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40KN液压起重机吊臂结构建模及有限元分析

2020-09-23 18:16编辑: www.51jrft.com51今日论文网
40KN液压起重机吊臂结构建模及有限元分析
利用UG软件对液压起重机吊臂中的各个结构进行相应的三维建模,在装配图中通过装配约束、移动约束等功能把吊臂各个零件进行相应的组装,通过提升体的功能,将各零件组装成一个整体,最终完成吊臂的整体三维建模。最后在UG软件中对吊臂的三维模型进行网格划分,材料属性、边界条件及载荷的设置并进行有限元分析,分析在不同的固定约束与给定的力之间观察吊臂的稳定性,最终通过对得到的数据进行分析对比后,确定吊臂模型的有效性。
关键词  吊臂,三维建模,有限元分析
1  绪论    1
1.1  有限元在吊臂的三维模型的应用    1
1.2  液压起重机吊臂有限元模型的建立    1
1.3  有限元法的优点和缺点    1
1.4  本文研究的内容    2
2  液压起重机吊臂的三维建模    2
2.1  吊臂各零件的三维建模    2
2.2  吊臂装配    13
2.3  吊臂的提升体    19
3  吊臂的有限元分析    20
3.1  模型的预处理    20
3.2  求解及后处理    22
3.3  结果分析    25
结论    26
致谢    27
参考文献    28
1绪论
起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械,而液压起重机则具有结构紧凑、输出功率高、坚实、性能可靠、维修保养费用低廉等特点。液压起重机采用的是电液控制和手动操纵相结合,操作简单可靠。通常它还装有露天操纵台,亦可按照要求提供舒适的驾驶室。
吊臂在起重机上是最重要的金属结构部件,也是主要受力构件,吊臂的结构设计直接决定着整个起重机的外观和性能。吊臂结构设计的质量是起重机作业性能和安全的保证,因此在吊臂设计时对吊臂进行受力计算和结构分析计算是十分必要的。所以,通过对吊臂的三维模型进行有限元分析,才能更好的保证起重机载物时的安全性与可靠性。
1.1   有限元在吊臂的三维模型的应用
通过UG软件,对吊臂的三维模型进行有限元分析,通过给定不同类型的约束,给定不同大小的载荷力时,对这些分析进行一些列的运算后,可以得到很多数据。这些数据可以探索吊臂节点的位移对承受载荷的变化;可以对吊臂的运动进行模拟仿真,观察吊臂的运动轨迹与运动速度;可以对吊臂生产前进行安全模拟检测,对吊臂的安全性可以起到和好的保证作用。
1.2液压起重机吊臂有限元模型的建立
建立吊臂的有限元模型,是进行有限元分析的前提和基准。建立模型的最基本原则有两点,一点是要如实反映结构的主要特征,另一点是要尽量降低模型的复杂程度。通过这两点可以保证优化结果有较高的计算精度的同时,还能降低计算工作量,可以节约优化计算所需的时间。为了能更好的反映吊臂的实际情况,建模时必须以吊臂的真实工况位置进行建模,运用工作平面、三维坐标系以及布尔运算完成建模。再通过网格划分、材料属性选择来完成有限元模型。
1.3有限元法的优点和缺点
随着社会发展,有限元分析技术在多个领域都取得了较快的发展,有限元法具有很强的通用性,并且可以增加设计功能,减少设计成本;缩短设计和分析的循环周期;增加产品和工程的可靠性等,这些都让它成为解决各种问题的强有力和灵活通用的工具。
优点:(1)有限元法可以模拟各种几何形状复杂的结构,得出其近似解。(2)有限元法的解题步骤可以系统化、标准化,能够开发出灵活通用的计算机程序,使其能够广泛地应用于各种场合。(3)边界条件与结构模型具有相对独立性,可以导入其他CAD软件中创建好的模型。(4)有限元法不需要适用于整个结构的插值函数,而是每个单元本身有各自的插值函数。这就使得数学处理比较方便,对复杂形状的结构也能适用。(5)有限元法很容易处理非均匀连续介质,可以求解非线性问题和进行耦合场分析。(6)有限元法可以与优化设计方法相结合,以便发挥各自的优点。
缺点:(1)有限单元对于复杂问题的分析计算所耗费的计算资源是相当惊人的。(2)对无限求解域问题没有较好的处理方法。(3)有限元软件在具体应用时需依赖使用者的经验,而且在精度分析时需耗费相当大的计算资源。
1.4本文研究的内容
   本文研究内容利用UG对起重机吊臂进行三维建模与有限元模型,并通过在不同约束与不同受力情况下,分析吊臂的模型的受力情况,最终通过所得的数据分析吊臂能否承受40KN的力。
2 液压起重机吊臂的三维建模
UG是一个交互的计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助工程系统它可以提供常规的工程、设计与制图能力;CAM功能利用UG描述的零件最终设计模型,为数控机床提供NC编程;CAE功能跨越广泛的工程学科,提供了产品、装配和零件性能的仿真能力。
UG被划分成不同功能的“应用”。这些应用均由一称为NX Gateway的先决必备的应用支持,也就是说,每个UG用户都必须拥有NX Gateway,而其他的应用则可以为可选项,并可以进行配置以适合个别用户的需求。
UG是一个全三维、双精度的系统,它允许用户精确地描述几乎所有的几何形状。通过这些形状,用户可以设计、分析、存档和制造其产品。
本实验利用UG软件对液压起重机吊臂进行三维建模。
2.1  吊臂各零件的三维建模
  打开UG软件,弹出对话框(图2-1),选择名称为模型,名称为zst1,单击确定按钮。
 
图2-1  利用模板建立新文件               图2-2  草图命令按钮
2.1.1  吊臂主板的建立
(1)进入软件后,单击草图命令按钮(图2-2)。
(2)选择合适的平面(图2-3),单击确定,进入草图绘制。
(3)绘制入图2-4所示的零件模型后,单击完成草图(图2-5)。
(4)完成草图后,单击拉伸按钮,弹出对话框图(图2-6),选择之前所画的草图后,在结束距离处打入20mm,确定的板的厚度,单击确定按钮。
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