【正文】 模塊提供了一個強(qiáng) 大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線 性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度 分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明 顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出 [13]。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機(jī)到大型機(jī)的多種計算機(jī)設(shè)備上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等。微機(jī)版的基本硬件要求為：顯示分辨率為1024768 ，顯示內(nèi)存為 2M 以上，硬盤大于 350 M，推薦使用 17英寸顯示器。這個模塊主要有兩部分內(nèi)容：實體建模和網(wǎng)格劃分。自頂向下進(jìn)行實體建模時，用戶定義一個模型的最高級圖元，如球 、棱柱，稱為基元，程序則自動定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點。無論使用自頂向下還是自底向新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 16 上方法建模，用戶均能使用布爾運算來組合數(shù)據(jù)集，從而 “ 雕塑出 ” 一個實體模型。在創(chuàng)建復(fù)雜實體模型時，對線、面、體、基元的布爾操作 能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。附加的功能還包括 圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動相交運算、自動倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點的建立、移動、拷貝和 刪除。 ANSYS 程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對 CAD 模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。延伸網(wǎng)格劃分可將一個二維網(wǎng)格延伸成一個三維網(wǎng)格。 ANSYS 程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對復(fù)雜模型直接劃分，避免了 用戶對各個部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。 求解模塊 （ SOLUTION） ： 前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項，然后開始有限元求解。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問 題。 ② 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 ： 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。 ANSYS 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。 ANSYS 程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料 非線性、幾何非 線性和單元非線性三種。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性， 并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。 ⑥ 電磁場分析 ： 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布 、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。 ⑦ 流體動力學(xué)分析 ： ANSYS 流體單元能進(jìn)行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。 并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示 [13]。 ⑧ 聲場分析 ： 程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析 浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。 ⑨ 壓電分析 ： 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對 AC（交流）、 DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。可進(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬 態(tài)響應(yīng)分析 。到 60 年代末 70 年代初出現(xiàn)了大型通用有限元程序，它們以功能強(qiáng)、用戶使用方便、計算結(jié)果可靠和效率高而逐漸形成新的技術(shù)商品，成為結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)有力的分析工具。當(dāng)前，在我國工程界比較流行，被廣泛使用的大型有限元分析軟件有 MSC/Nastran、 Ansys、 Abaqus、 Marc、 Adina 和 Algor 等。這些單元僅在頂角處相互聯(lián)接，稱這些聯(lián)接點為結(jié)點。但是這種聯(lián)接要滿足變形協(xié)調(diào)條件，即不能出現(xiàn)裂縫，也不允許發(fā)生重疊。通過結(jié)點來傳遞的內(nèi)力稱為結(jié)點力，作用在結(jié)點上的荷載稱為結(jié)點荷載。在有限元中，常以結(jié)點位移作為基本未知 量。然后利用插值函數(shù)確定單元集合體上的場函數(shù)。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 18 有限元法是建立在固體流動變分原理基礎(chǔ)之上的，用有限元進(jìn)行分析時，首先將被分析物體離散成為許多小單元，其次給定邊 界條件、載荷和材料特性，再者求解線性或非線性方程組，得到位移、應(yīng)力、應(yīng)變、內(nèi)力等結(jié)果，最后在計算機(jī)上，使用圖形技術(shù)顯示計算結(jié)果 [17]。 劃分網(wǎng)格注意事項 增加網(wǎng)格的數(shù)量會使 計算精度會有所提高，但同時計算規(guī)模也會增加，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時應(yīng)權(quán)衡兩個因數(shù)綜合考慮?？梢钥闯觯W(wǎng)格較少時增加網(wǎng)格數(shù)量可以使計算精度明顯提高，而計算時間不會有大的增加。所以應(yīng)注意增加網(wǎng)格的經(jīng)濟(jì)性。 圖 21 位移精度和計算時間隨網(wǎng)格數(shù)量的變化 在決定網(wǎng)格數(shù)量時應(yīng)考慮分析數(shù)據(jù)的類型 [19]。如果需要計算應(yīng)力，則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對較多的網(wǎng)格。在計算結(jié)構(gòu)固有動力特性時，若僅僅是計算少數(shù)低階模態(tài)，可以選擇較少的網(wǎng)格，如果計算的模態(tài)階次較高，則應(yīng)選擇較多的網(wǎng)格。 網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格 ，這是為了適應(yīng)計算數(shù)據(jù)的分布特點。而在計算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，為減小模型規(guī)模，則應(yīng)劃分相對稀疏的網(wǎng)格。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 19 圖 22是中心帶圓孔方板的四分之一模型，其網(wǎng)格反映了疏密不同的劃分原則。板的四周應(yīng)力梯度較小，網(wǎng)格分得較稀。由此可見，采用疏密不同的網(wǎng)格劃分，既可以保持相當(dāng)?shù)挠嬎憔?，又可使網(wǎng)格數(shù)量減小。 圖 22 帶孔方板的四分之一模型 劃分疏密不同的網(wǎng)格主要用于應(yīng)力分析 (包括靜應(yīng)力和動應(yīng)力 )，而計算固有特性時則趨于采用較均勻的鋼格形式。同樣，在結(jié)構(gòu)溫度場計算中也趨于采用均勻網(wǎng)格。質(zhì)量好壞將影響計算精度。直觀上看，網(wǎng)格各邊或各個內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過分扭曲、邊節(jié)點位于邊界等份點附近的網(wǎng)格質(zhì)量較好。 劃分網(wǎng)格時一般要求網(wǎng)格質(zhì)量能達(dá)到某些指標(biāo)要求。而在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低。圖 23 是三種常見的畸形網(wǎng)格，其中a 單元的節(jié)點交叉編號， b單元的內(nèi)角大于 180176。 圖 23 幾種常見的畸形網(wǎng)格 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 20 有限元的發(fā)展 有 限元網(wǎng)格生成是 工程科學(xué)與計算科學(xué)相交叉的一個重要研究領(lǐng)域。為了在計算機(jī)上實現(xiàn)對這些物理系統(tǒng)的行為或狀態(tài)的模擬，連續(xù)的方程必須離散化。這種數(shù)值方法非常重要的一個部分就是實現(xiàn)對求解區(qū)域的網(wǎng)格剖分。作為有限元走向工程應(yīng)用的橋梁的有限元網(wǎng)格生成 ，由此獲得了源源不斷的外在動力。 它們的研究解決對計算幾何與計算數(shù)學(xué)都具有重要的理論價值。以上算法各有優(yōu)缺點。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 21 3 殘膜回收機(jī)滾筒的工作原理及結(jié)構(gòu)分析 針對我國的實際耕地情況，已研制出多種類型的殘膜回收機(jī)。其原因在于 該機(jī)構(gòu)存在以下主要問題：彈齒撿膜時，無使殘膜沿彈齒上升的主動力，撿膜性能差。 為了使殘膜機(jī)的撿膜性能得到改善，將挑膜齒形狀的形狀由直齒型改為圓弧型，改變挑膜齒與滾筒間的運動傳遞方式。 根據(jù)以前機(jī)型存在的問題，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)機(jī)化所改進(jìn)設(shè)計思路，研制成4JSM1800 地膜聯(lián)合回收機(jī)。其挑膜齒形狀為圓孤型，挑膜齒與滾筒以鉸鏈相連，并由滾筒拖動 [9]。但該機(jī)型的機(jī)構(gòu)過于笨重，造價比較昂貴，尚需進(jìn)一步對主要部件的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高作業(yè)性能及可靠性。凸輪盤與凸輪軸通過普通平鍵聯(lián)接并固定在機(jī)架上，滾筒通過滾筒軸承 繞著與機(jī)架固聯(lián)的凸輪軸轉(zhuǎn)動；而 挑膜齒桿組 經(jīng)滾筒上的鉸鏈由滾筒帶動 ,其支點在帶有凹弧的固定凸輪槽 上，其滾輪沿凸輪槽作滑動，從而實現(xiàn)往復(fù)式旋轉(zhuǎn)運動。由于存在偏心距，運動時，彈齒相對滾筒表面伸出、縮回。由于凸輪上的半徑為 的弧 GF的存在，使彈齒位于筒內(nèi)的區(qū)域增大，便于脫膜及集膜機(jī)構(gòu)的配置。 由于凸輪盤中心與滾筒中心存在偏心距，運動過程中挑膜齒桿組繞滾筒中心擺動，使圓 弧型挑膜齒相對滾筒表面伸出、縮回。凸輪槽凹弧的存在 ,使圓弧型挑膜齒縮回滾筒內(nèi)的區(qū)域增大 ,有利于脫膜。當(dāng)挑膜齒桿組轉(zhuǎn)到滾筒右上方時，挑膜齒縮回滾筒，殘膜脫離并由推板送入集膜箱 [10]。在該過程中殘膜在挑膜齒齒端堆積，并且混有一些土壤和植株。 ②上移送膜過程 送膜過程是挑膜齒將殘膜由地表送到集膜箱箱門處的過程，該過程直接影響收凈率和膜與雜物分離的效果。 ③回抽脫膜過程 回抽過程是把接進(jìn)箱門的殘膜送入箱內(nèi)，待下排挑膜齒轉(zhuǎn)到接近箱門處時，前排挑膜齒完成 回抽脫膜過程。 弧行挑膜齒滾筒的結(jié)構(gòu)分析 滾筒一周上排齒量的確定 為使機(jī)構(gòu)具有連續(xù)拾膜的功能，滾筒一周上應(yīng)具有適當(dāng)?shù)呐琵X量，滾筒一周上排齒量的多少，應(yīng)依據(jù)挑膜齒齒端 A 的絕對運動軌跡曲線確定 [19]。 為了確保撿膜的連續(xù)性 ,兩相鄰挑膜齒軌跡曲線位于土內(nèi)部分應(yīng)有一重迭量2? (圖 32),這樣 ,挑膜齒的有效劃土長度為 ??? mmp LL 。齒間距過小，拾膜率高，但不容易與大土塊分離，從而降低工作效率；齒間距過大，容易造成小塊殘膜漏撿，從而降低拾膜率 [20]。 滾筒直徑和轉(zhuǎn)速的確定 機(jī)具作業(yè)時 ,機(jī)組前進(jìn)的距離就是需要回收的殘膜的長度 ， 因此挑膜滾筒的直徑和轉(zhuǎn)速與機(jī)組的工作速度有關(guān)。 挑膜滾筒的直徑可根據(jù)內(nèi)部機(jī)構(gòu)布置要求確定 。但是滾筒的直徑不能過大，過大將大幅度增加滾筒自身的重量，從而使整機(jī)結(jié)構(gòu)龐大，動力消耗大 [21]。 ＝機(jī)挑???? 機(jī)具作業(yè)速度取配套動力的慢 5檔分別計算，工作速度分別為 和。實際作業(yè)時，可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐姆N植模式和地塊作業(yè)條件確定工作速度，進(jìn)行選擇安裝，以獲得最佳工作效果。 ② 凸輪盤的軌道有強(qiáng)制挑膜齒伸縮的作用，使挑膜齒伸縮可靠、故障少。 ④經(jīng)過田間試驗，滾筒直徑為 600mm左右時，膜土分離效果較為理想 [14]。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 26 4 基于的 ANSYS 建模 ANSYS 雖然是一個有限元分析軟件，但是它同樣具有三維建模的功能。對于比較復(fù)雜的裝配件的繪制更實現(xiàn)的麻煩，那是因為它沒有裝配功能及智能驅(qū)動功能。 建模前要對 ANSYS 進(jìn)行一些設(shè)置：在 File 菜單中的 Change Directory 改變文件存放目錄（如 E: /part）； File 菜單中的 Change Jobname 改變文件的名字（如 tiao mo chi zu）。 挑膜齒組的建模過程 定義工作文件的目錄、文件名和工作標(biāo)題 1選擇 Utility Menu / File / Change Directory 命令，出現(xiàn) Change Working Directory 對話框，選擇工作目錄為 E:/part，單擊確定按鈕關(guān)閉對話框。 定義單元類型 1 選擇 Utility Menu / Preprocessor / Element Type / Add/Edit/Delete 命令，出現(xiàn) Element Types 對話框，單擊 [Add]按鈕，出現(xiàn) Library of Element Types 對話框（如圖 41）。 圖 42 Element Types 對話框 3單擊 Element Types 對話框上的 [Close]按鈕，關(guān)閉該對話框。 2選擇 Utility Menu / Preprocessor / Modeling / Create / Volumes / Cylinder / Hollow Cylinder 命令，出現(xiàn) Hollow Cylinder 對話框。 Wp y=0。 Rad2=。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 28 圖 43 Hollow Cylinder 對話框 4選擇 Utility Menu / work plane /offset Wp by Increments 命令 ,打開offset Wp 對話框 ,在 Snaps 下的對話框中輸入 0,0,17。 圖 44 offset Wp 對話框 5以上述同樣的操作將坐標(biāo)系以 Y 軸為旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 90 度，將移動后的坐標(biāo)定義為工作坐標(biāo)。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 29 圖 45 Solid Cylinder 對話框 7選擇 Utility Menu / work plane /offset Wp by Increments 命令 ,出現(xiàn) offset Wp 對話框，在 Snaps 下的對話框中輸入 64， 0， 0，單擊 [OK]關(guān)閉對話框 。 圖 46 Reflect Volumes 對話框 9以同樣的操作進(jìn)行多次鏡相得到（如圖 47）所示的實體。出現(xiàn)另一 Subtract Volumes 對話框，拾取 12 個圓柱體，單擊 [OK]關(guān)閉對話框，生成挑膜齒橫梁，（如圖 48）。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 31 13〉選擇 Utility Menu / Preprocessor / Modelin