《塔吊塔頂取力裝置有限元方法分析》2300字

塔吊塔頂取力裝置有限元方法分析綜述1.1有限元方法及有限元軟件1.1.1有限元理論有限元設(shè)計方法理論是當前最有效的一種數(shù)學(xué)理論化和計算分析方法,在當今各種各樣需要深刻解決的復(fù)雜性和實際電子工程設(shè)計問題中已經(jīng)逐漸得到了十分廣泛的實際應(yīng)用。由于工業(yè)現(xiàn)代化和計算機電子科學(xué)信息技術(shù)的快速進步與不斷飛速發(fā)展以及相關(guān)有限元計算理論的進一步發(fā)展完善,有限元計算方法以及仿真器在模擬技術(shù)研究中所取得的一些相關(guān)技術(shù)理論研究成果也越來越多地用于切合實際的解決問題,因此也日益受到了專家學(xué)者和專業(yè)工程師們的廣泛青睞。有限元方法具有以下幾種特性:(1）對于復(fù)雜幾何構(gòu)型的適應(yīng)性由于每一種單元均有著不同的大小和形狀,在空間中以一定的點、面、體等形式出現(xiàn),例如是四面體、五面體及六個正方面體雖然它們的外型不同,但均被認為是一種屬于三維的單元。各種單位之間的聯(lián)接方式還有多種不同的形式。所以,從某些意義上來說,在實際工作時碰到的各類復(fù)雜的結(jié)構(gòu)均都可以通過利用有限元的思想,將其離散成若干個微小的單元體(2）對于各種物理問題的可適用性在一個有限元函數(shù)理論中,對于函數(shù)所有的需要滿足對應(yīng)的每個方程和其形式都一定是任意的,對于每一函數(shù)單元所有的需要滿足對應(yīng)的每個方程和其形式都不一定存在任何限制。所以,盡管最早它只是為了用來研究和幫助解決橡膠線性和粘彈性的流體應(yīng)力力學(xué)分析這個重要問題,才逐漸性地開始研究發(fā)展了新型有限元分析方法,但由于這些新型有限元分析方法的廣泛和普適性,很快就被廣泛應(yīng)用于用來研究和幫助解決橡膠彈塑性力學(xué)問題、黏彈性的塑性力學(xué)問題、熱傳導(dǎo)性力學(xué)問題等等。并且我們不僅可以通過綜合利用函數(shù)有限元的耦合方法分析來精確解釋多種場論中函數(shù)之間相互作用耦合的各種物理數(shù)學(xué)問題,進行函數(shù)求解后的耦合,從而對其結(jié)果進行精確有效的耦合分析。(3）推導(dǎo)過程的嚴密性有限元方程的推導(dǎo)是建立在嚴格的數(shù)學(xué)思想和理論基礎(chǔ)上:以積分為形式的變分原理和加權(quán)剩余法。若原問題的數(shù)學(xué)模型之間沒有任何誤差,那么單元個數(shù)就會越多(也就是說單元大小和尺寸就會越小)和插值函數(shù)的階次就會越高,則有限元方法的理論求解將會越來越接近真正的求解。(4）適合計算機實現(xiàn)的高效性由于許多有限元代數(shù)分析方程中的最簡單元素如位移、場積和函數(shù)都認為是矩陣可以被簡單地將其表述出來成為統(tǒng)一的一個矩陣代數(shù)形式,這就是說,對于能夠求解復(fù)雜性和實際中的工程物理問題的矩陣方法也同樣可以將其總結(jié)出來成為對矩陣的一個代數(shù)分析方程。由于個人電腦的各種工作系統(tǒng)性質(zhì)和功能特點,其中所具有的包括機械化、程序化等不可編程數(shù)學(xué)功能,它們都已經(jīng)可以被很好的廣泛應(yīng)用來達到對該類數(shù)學(xué)問題的統(tǒng)計處理和分析求解。因此,隨著應(yīng)用現(xiàn)代電子計算機科學(xué)技術(shù)以及對復(fù)雜數(shù)值電子計算應(yīng)用手段和設(shè)計方法的不斷持續(xù)改進,利用電子有限元計算技術(shù)的設(shè)計方法應(yīng)用來正確處理大型復(fù)雜電子工程設(shè)計問題已經(jīng)逐漸變得愈加必要。1.1.2有限元軟件隨著現(xiàn)代計算機和有限元理論的不斷進步和發(fā)展,當前全球各國己經(jīng)研發(fā)了大量的適用于不同類型工程問題而又功能強勁的通用有限元分析軟件。比如:UG、AbAQUS、ANSYS、COMSOLMULTIPHYSICS、SAP系列等。根據(jù)本文研究內(nèi)容的要求,本文選擇UG有限元分析軟件進行建模。REF_Ref12286\r\h[1]UG(Unigraphicsnx),這是公司SIEMENSPlMSOFTWARE公司自主開發(fā)和生產(chǎn)出品的一個適合專門從事工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計師和工程師的服務(wù)器軟件解決系列方案,它為廣大中國用戶的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計及其在生產(chǎn)過程加工整個生產(chǎn)流程中環(huán)節(jié)提供了一種完全數(shù)字化的產(chǎn)品造型和高可驗證性的技術(shù)手段。UG針對廣泛行業(yè)用戶的各種虛擬主機器件開發(fā)產(chǎn)品設(shè)計和軟件生產(chǎn)工藝的不同需求,并且充分考慮滿足了各種產(chǎn)品專業(yè)化和工業(yè)化的開發(fā)需求,提供了多年行業(yè)實踐和應(yīng)用驗證的虛擬軟件開發(fā)解決模式方案。這使它采用了一個基于交互式的的CAD/CAM(用于計算機圖形輔助設(shè)計與應(yīng)用計算機圖形輔助軟件制造)的操作系統(tǒng),它功能強大,可以很容易地用來實現(xiàn)各類復(fù)雜的圖形實體和軟件造型。主要的業(yè)務(wù)功能范圍包括:大型工業(yè)零件設(shè)計,產(chǎn)品設(shè)計及工程仿真,確認和設(shè)計優(yōu)化,CNC零件加工,模具設(shè)計。1.2取力裝置有限元分析利用UG對取力裝置進行有限元分析過程的步驟主要包括以下三步：（1）建立有限元模型（2）加載求解（3）查看求解結(jié)果取力裝置正常工作時作用在其上的力較為集中。支撐滑輪的軸為關(guān)鍵部位。利用UG軟件進行有限元分析，其整個過程不考慮慣性與阻尼的阻礙。保證靜載荷不變，靜力學(xué)分析其結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移與應(yīng)變亦或其他因素的受力。通過以上操作分析，得出軸部分最大應(yīng)力值、最大變形量數(shù)值及安全系數(shù)，與規(guī)定的數(shù)值值相比較。得出取力裝置是否滿足設(shè)計方案的要求。通過有限元分析確定軸上較容易出現(xiàn)危險的地方，與實際工作情況下出現(xiàn)危險情況的地方是否一致。首先，通過軟件創(chuàng)建各部分的結(jié)構(gòu)模型。然后，需要在其零部件模型各部位輸入各種載荷數(shù)值和相應(yīng)的參數(shù)值。最后，用力學(xué)分析模塊指令對其部位進行具體分析，從而獲得一系列的試驗結(jié)果。通過對比，甄選出符合我們設(shè)計要求的試驗方案。在通過有限元軟件分析以后，得出軸的實際受力情況，并生成受力圖。如圖所示。從軟件中得出軸的最大變形量，查閱相應(yīng)設(shè)計手冊，進行結(jié)果比對。與設(shè)計時的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行比較，若不滿足規(guī)定要求則需進行修改或重新制定設(shè)計方案。取力裝置在有限元分析后，查閱相關(guān)結(jié)構(gòu)件的最大變形量值進行對比。最終的軸部件都在應(yīng)力變形的安全范圍內(nèi)，由此得出其有較高的抗彎曲能力。分析軸的等效應(yīng)力圖，可得