《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(jì)方法理論是當(dāng)前最有效的一種數(shù)學(xué)理論化和計(jì)算分析方法,在當(dāng)今各種各樣需要深刻解決的復(fù)雜性和實(shí)際電子工程設(shè)計(jì)問(wèn)題中已經(jīng)逐漸得到了十分廣泛的實(shí)際應(yīng)用。由于工業(yè)現(xiàn)代化和計(jì)算機(jī)電子科學(xué)信息技術(shù)的快速進(jìn)步與不斷飛速發(fā)展以及相關(guān)有限元計(jì)算理論的進(jìn)一步發(fā)展完善,有限元計(jì)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(lái)越多地用于切合實(shí)際的解決問(wèn)題,因此也日益受到了專(zhuān)家學(xué)者和專(zhuān)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(duì)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(diǎn)、面、體等形式出現(xiàn),例如是四面體、五面體及六個(gè)正方面體雖然它們的外型不同,但均被認(rèn)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(lái)說(shuō),在實(shí)際工作時(shí)碰到的各類(lèi)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)均都可以通過(guò)利用有限元的思想,將其離散成若干個(gè)微小的單元體(2）對(duì)于各種物理問(wèn)題的可適用性在一個(gè)有限元函數(shù)理論中,對(duì)于函數(shù)所有的需要滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)的每個(gè)方程和其形式都一定是任意的,對(duì)于每一函數(shù)單元所有的需要滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)的每個(gè)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(lái)研究和幫助解決橡膠線(xiàn)性和粘彈性的流體應(yīng)力力學(xué)分析這個(gè)重要問(wèn)題,才逐漸性地開(kāi)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(lái)研究和幫助解決橡膠彈塑性力學(xué)問(wèn)題、黏彈性的塑性力學(xué)問(wèn)題、熱傳導(dǎo)性力學(xué)問(wèn)題等等。并且我們不僅可以通過(guò)綜合利用函數(shù)有限元的耦合方法分析來(lái)精確解釋多種場(chǎng)論中函數(shù)之間相互作用耦合的各種物理數(shù)學(xué)問(wèn)題,進(jìn)行函數(shù)求解后的耦合,從而對(duì)其結(jié)果進(jìn)行精確有效的耦合分析。(3）推導(dǎo)過(guò)程的嚴(yán)密性有限元方程的推導(dǎo)是建立在嚴(yán)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(wèn)題的數(shù)學(xué)模型之間沒(méi)有任何誤差,那么單元個(gè)數(shù)就會(huì)越多(也就是說(shuō)單元大小和尺寸就會(huì)越小)和插值函數(shù)的階次就會(huì)越高,則有限元方法的理論求解將會(huì)越來(lái)越接近真正的求解。(4）適合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的高效性由于許多有限元代數(shù)分析方程中的最簡(jiǎn)單元素如位移、場(chǎng)積和函數(shù)都認(rèn)為是矩陣可以被簡(jiǎn)單地將其表述出來(lái)成為統(tǒng)一的一個(gè)矩陣代數(shù)形式,這就是說(shuō),對(duì)于能夠求解復(fù)雜性和實(shí)際中的工程物理問(wèn)題的矩陣方法也同樣可以將其總結(jié)出來(lái)成為對(duì)矩陣的一個(gè)代數(shù)分析方程。由于個(gè)人電腦的各種工作系統(tǒng)性質(zhì)和功能特點(diǎn),其中所具有的包括機(jī)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(lái)達(dá)到對(duì)該類(lèi)數(shù)學(xué)問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)處理和分析求解。因此,隨著應(yīng)用現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及對(duì)復(fù)雜數(shù)值電子計(jì)算應(yīng)用手段和設(shè)計(jì)方法的不斷持續(xù)改進(jìn),利用電子有限元計(jì)算技術(shù)的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用來(lái)正確處理大型復(fù)雜電子工程設(shè)計(jì)問(wèn)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(jì)算機(jī)和有限元理論的不斷進(jìn)步和發(fā)展,當(dāng)前全球各國(guó)己經(jīng)研發(fā)了大量的適用于不同類(lèi)型工程問(wèn)題而又功能強(qiáng)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?jī)?nèi)容的要求,本文選擇UG有限元分析軟件進(jìn)行建模。REF_Ref12286\r\h[1]UG(Unigraphicsnx),這是公司SIEMENSPlMSOFTWARE公司自主開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出品的一個(gè)適合專(zhuān)門(mén)從事工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和工程師的服務(wù)器軟件解決系列方案,它為廣大中國(guó)用戶(hù)的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其在生產(chǎn)過(guò)程加工整個(gè)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(yàn)證性的技術(shù)手段。UG針對(duì)廣泛行業(yè)用戶(hù)的各種虛擬主機(jī)器件開(kāi)發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和軟件生產(chǎn)工藝的不同需求,并且充分考慮滿(mǎn)足了各種產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化和工業(yè)化的開(kāi)發(fā)需求,提供了多年行業(yè)實(shí)踐和應(yīng)用驗(yàn)證的虛擬軟件開(kāi)發(fā)解決模式方案。這使它采用了一個(gè)基于交互式的的CAD/CAM(用于計(jì)算機(jī)圖形輔助設(shè)計(jì)與應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形輔助軟件制造)的操作系統(tǒng),它功能強(qiáng)大,可以很容易地用來(lái)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)復(fù)雜的圖形實(shí)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(jì),產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工程仿真,確認(rèn)和設(shè)計(jì)優(yōu)化,CNC零件加工,模具設(shè)計(jì)。1.2取力裝置有限元分析利用UG對(duì)取力裝置進(jìn)行有限元分析過(guò)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(shí)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(jìn)行有限元分析，其整個(gè)過(guò)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(guò)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(mǎn)足設(shè)計(jì)方案的要求。通過(guò)有限元分析確定軸上較容易出現(xiàn)危險(xiǎn)的地方，與實(shí)際工作情況下出現(xiàn)危險(xiǎn)情況的地方是否一致。首先，通過(guò)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(duì)其部位進(jìn)行具體分析，從而獲得一系列的試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)比，甄選出符合我們?cè)O(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)方案。在通過(guò)有限元軟件分析以后，得出軸的實(shí)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(jì)手冊(cè)，進(jìn)行結(jié)果比對(duì)。與設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行比較，若不滿(mǎn)足規(guī)定要求則需進(jìn)行修改或重新制定設(shè)計(jì)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(jìn)行對(duì)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