实验报告模板

山东建筑大学实验报告纸第1页共14页现代机械工程基础实验2(机设)——ANSYS专题题目：平头塔机起重臂的有限元分析院（部）：机电工程学院专业：机械工程及自动化班级：机械113姓名：高辉学号：2011071171指导教师：沈孝芹周海涛完成日期：2014.12.31山东建筑大学实验报告纸第2页共14页一、实验目的：综合训练和培养学生利用有限元技术进行机械系统分析和设计的能力，独立解决本专业方向实际问题的能力；训练学生对机械结构问题分析规划的能力，能正确利用有限元分析软件ANSYS建立结构的有限元模型，合理定义单元、分析系统约束环境，正确加载求解，能够提取系统分析结果。通过实验分析使学生了解和掌握有限元技术辅助机械系统设计和分析的特点，推动学生进行创新设计，进一步提高动手操作能力，为将来所从事的机械设计打下坚实的基础。二、实验环境1.硬件：方正计算机1台2.软件：CAE软件ANSYS三、实验内容（任务及要求）：任务：本专题实验借用上一学期现代机械工程基础实验1-金属结构部分的参数和设计成果，采用有限元方法进行设计分析，用ANSYS软件对塔机的起重臂结构进行模型构建和强度、刚度分析，并与手工计算结果进行对比讨论。从而掌握有限元法进行工程实例计算的基本方法和步骤。本组数据：（列表已知数据）数据项数值（单位）额定起重力矩630KN.M最大起重量6T臂端起重量1.525T最大幅度45m最小幅度14.7m吊钩小车重量0.525T截面宽度B1.3m截面高度2m泊松比0.3实验要求：本实验要求学生以高度的责任感，严肃认真、一丝不苟的态度进行设计，充分发挥主观能动性，树立正确的设计思想和良好的工作作风，严禁抄袭和投机取巧。同时，按以下要求进行设计：1、按照国家标淮和设计规范进行设计：塔式起重机设计规范GB/T13752-92；起重机设计山东建筑大学实验报告纸第3页共14页规范GB/T3811-2008；钢结构设计规范GB50017-2003；塔式起重机安全规程GB5144-2006。2、进行塔式起重机起重臂的设计，额定起重力矩为630kNm、800kNm、1000kNm、1250kNm分别进行最大幅度为40m、45m、50m、55m、60m的起重臂的设计、计算。（额定起重量为630KN.m最大幅度45m的起重臂的设计计算）3、综合运用学过的力学知识和有限元理论，设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造起重臂的有限元模型，选择合适的单元，施加合适的载荷和边界条件，对结构进行静力分析，提取结果，进行强度和刚度校核，撰写实验报告并总结。四、实验步骤：（一）问题分析1.起重臂长度：根据最大回转半径，上塔身宽度和构造要求而定，起重臂长度为60m。2.起重臂截面形式：根据受力的构造要求而定，自升式塔式起重机截面采用格构式三角形的截面形式。3.起重臂的截面尺寸：截面高度和宽度根据强度，刚度，稳定性要求而定，取H=2m，B=2m。4.起重臂的运输单元考虑运输条件和原材料长度，将起重臂做成各个节段，在工地上将各个节段用销轴连接，拼成整体的起重臂，然后再和塔身等部件装配成塔机。(二)实验过程：1、单元分析：因为是起重臂，可以假想成是一个悬臂梁，用beam，选择用beam188，在定义截面积即可，分三种材料，上悬杆，下悬杆的材料截面是不一样的，上悬杆是实心圆管，下悬杆是方钢，侧肢是圆钢管，钢丝绳选择只是承受拉力，用link10即可，在耦合一下点即可。2、建模：（1）建模思路：45米的起重臂分3节，一节15米，根据计算数据选择每节分五小段，每小段分3米，建完一节，对一节的材料截面就行赋予，在复制3小节即可。山东建筑大学实验报告纸第4页共14页（2）设定单元类型选择菜单MainMenu-ElementType-Add/Edit/delet弹出对话框，单击add按钮，开始添加新的单元类型。弹出libraryofelementtype对话框，在libraryofeiementtype项的左列表中选择structuralbeam，在右侧列表中选择2node188.但要注意定义方向点；再次添加一个LINK10单元。（3）设置单元截面类型选择菜单MainMenu：preprocessor-sections-beam-commomsectns开始设置所需三个截面的具体截面形式。弹出beamtool对话框，在界面编号ID框中输入1，在截面形式sub-type中选择实心钢管截面，输入相应数值。这就设置好了门式钢架柱子和梁的具体截面形式和具体尺寸，再依次输入2、3的截面形式。在实常数选项选项里边添加LINK10的截面特性，在截面选项上输入截面积0.0000385.（4）定义材料特性Mainmenu-preprocessor-materialprops-materialmodels材料号1-structral（结构）-linear（线性）-elastic（弹性）-isotropic（各项同性）。在EX（弹性模量）中输入2.1e11，在PRXY（泊松比）中输入0.3；定义密度：在genersity选项输入数值7850.（5）创建模型山东建筑大学实验报告纸第5页共14页定义关键点：A（0，0，0）B(0，1.5，0)C(1.5，0.75，2)D(3，0，0)E(3，1.5，0)由点生成线Copy-line复制五份所有的线段构成起重臂的一小节，合并所有的点线并连接所有点赋予截面特性：选择菜单mainmenu-preprocessor-meshing-meshattribute-pickedline，拾取所有上悬杆赋予材料截面特性1，拾取所有下悬杆赋予截面特性2，拾取所有侧枝赋予截面特性3，这三个材料都选择beam188.再次copyline复制所有线段，复制四份，距离是X轴18米，点击ok。再次合并所有的点线，并压缩所有的点线。（6）划分网格选择菜单mainmenu-preprocessor-meshing-meshattribute-Pickedline设置当前默认的单元类型，实常数，材料属性及单元截面性质的编号。弹出的linesattributes对话框，然后拾取直线及方向点，同时定义梁和柱子的各项性质。选择菜单mainmenu-select-everything选择菜单mainmenu-preprocessor-meshing-sizecontrol-manulsize-pickedlines。控制创建网格划分单元的大小和数目。选择菜单mainmenu-preprocessor-meshing-mesh-lines将创建的各直线按上述所设定的要求划分网格。弹出meshlines对话框，选择直线，网格划分完毕。（7）创建钢丝绳对钢丝绳划分网格，节点耦合，创建节点A(0，0.75，10)B(40，0.75，2.5)，由这两点练成线。对钢丝绳进行材料赋予link10单元类型，对钢丝绳进行网格划分同上部，数量设置为一节点耦合：选择菜单mainmenu-preprocessor-coupling-coupledofs3、加载求解选择菜单mainmenu-solution-defineloads-apply-structrue-displacement-onkeypionts在起重臂右侧两点施加除绕Z轴转动的所有约束，在钢丝绳a点施加全约束。4.施加载荷（1）选择菜单Mainmenu-Solution-Defineloads-Apply-Structrue-Inertia-Gravity-Global在Z轴施加10的中立加速度，在Y轴施加1000的风载荷。（2）Mainmenu-Solution-Defineloads-Apply-Structrue-Force—Onnode依次在起重臂山东建筑大学实验报告纸第6页共14页末端和14.7米处施加吊重，再在同一点施加吊重风载荷。5.求解（1）选择菜单mainmenu-solution-ansystype-newanalysis选择分析类型static，即静态分析。（2）选择菜单mainmenu-solution-solve-currentLS对当前载荷进行求解。4、后处理选择菜单mainmenu-generalpostproc-elementtable-definetable-点击add，在lbb文本中输入ISHEAR,然后在左侧下拉菜单中选择bysepuencenum，在右侧下拉菜单选择SMISC，再在对话框内输入5，单击apply，在lbb文本中输入JSHEAR，输入18，单击apply，在lbb文本中输入JM，然后在下拉菜单中选择bysequencenum，再在框内输入15，单击ok，close。依次添加其余五个应力和弯矩。山东建筑大学实验报告纸第7页共14页在臂端变形图：风载变形图：山东建筑大学实验报告纸第8页共14页对XY轴的内力图：臂端弯矩图：山东建筑大学实验报告纸第9页共14页臂端剪力图：臂端轴力图：山东建筑大学实验报告纸第10页共14页支反力数据：PRINTELEMENTTABLEITEMSPERELEMENT*****POST1ELEMENTTABLELISTING*****STATCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTELEM1MXMYMZ16770.22100.9-0.10044E-070.000026770.22100.9-0.10044E-070.000036770.22100.9-0.10044E-070.000046770.22100.9-0.10044E-070.000056770.22100.9-0.10044E-070.0000619719.1859.90.22945E-070.0000719719.1859.90.22945E-070.0000819719.1859.90.22945E-070.0000919719.1859.90.22945E-070.00001019719.1859.90.22945E-070.00001128836.1683.30.13725E-070.00001228836.1683.30.13725E-070.00001328836.1683.30.13725E-070.00001428836.1683.30.13725E-070.00001528836.1683.30.13725E-070.000016-2768.3687.780.12445E-070.000017-2768.3687.780.12445E-070.000018-2768.3687.780.12445E-070.000019-2768.3687.780.12445E-070.000020-2768.3687.780.12445E-070.000021-514.81158.220.23307E-070.000022-514.81158.220.23307E-070.000023-514.81158.220.23307E-070.000024-514.81158.220.23307E-070.000025-514.81158.220.23307E-070.000026344.3939.6510.21036E-070.000027344.3939.6510.21036E-070.000028344.3939.6510.21036E-070.000029344.3939.6510.21036E-070.000030344.3939.6510.21036E-070.000031342.99-41.5390.26331E-070.000032342.99-41.5390.26331E-070.000033342.99-41.5390.26331E-070.000034342.99-41.5390.26331E-070.000035342.99-41.5390.26331E-070.00003617.450-102.070.83903E-080.00003717.450-102.070.8390