机架支承板有限元强度与变形计算(附件)【字数：8048】
摘 要 本文研究了机架支承板的三维建模和有限元分析，支承板在机器上主要是起定位作用，防止零部件脱落并承受其压力。使用UG制图软件先绘制出机架支承板的三维模型，导入到HyperMesh进行有限元分析，观察零件的应力图和应变图，判断出零件不合理。于是要优化设计，根据优化方向重构零件的三维模型，增大了螺栓孔的口径，减小其应力集中现象。再次导入HyperMesh进行有限元分析，观察两个云图，可以看到最大应变量降低了48%，最大应力降低了41.8%，优化非常的明显这时候能看到优化后的应力与形变符合要求，零件的设计合理化。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 国际有限元法的发展现状 1
1.2 国内有限元法的发展 1
1.3 有限元法的应用 2
1.4 机架支承板的作用 2
1.4.1 提高劳动生产率 2
1.4.2 保证稳定加工质量 2
1.4.3 扩大机床适用范围 3
1.4.4 减少工人劳动强度 3
1.5 研究机架支承板的意义 3
第二章 有限元概念与理论 4
第三章 零件模型处理与有限元文件建立过程 5
3.1 软件介绍 5
3.1.1 UG制图软件简介 5
3.1.2 有限元分析软件HyperMesh简介 5
3.2 三维模型处理 6
3.2.1 模型建立 6
3.3 材料属性定义 7
3.4 划分网格 7
3.5 施加约束和载荷 7
第四章 计算结果分析与优化 9
4.1 应力应变云图 9
4.2 优化结构 9
第五章 总 结 11
致 谢 12
参考文献 13
第一章 绪 论
1.1 国际有限元法的发展现状
1943年，R.Courant提出了有限元法[2] 。1943年后，从有限元法的首次提出后法,有限元法的理论和应用脱胎换骨，业内科研人员的女里使其发展迅速。曾经难以解 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
决的问题都由于有限元法的发展而变得更好处理。在经过大量的实际验证后，人们发现以前的有限元假设和实际生活所遇到的问题是有很大的去别的，甚至是完全背道而驰的[3]。为了克服这一类问题,有美国学者提出使用广义有限元法来达到解决分析域内含有大量孔洞特征的问题[4];而比利时学者则相应地提出使用高速切削来处理实际生活中遇到的单元裂开问题[5] 。如今全球有限元法发展迅速，计算分析的能力也在不断上升，有限元法也在向优化设计这条路前行[6] 。印度有一位博士叫Mahanty优化拖拉机的前桥设计就是利用ANSYS，使前轴重量降低了多达40%，不光是这样，这个优化还使繁复得焊接工艺的制造过程被消除，极大减少成本。 国内对于有限元法的应用也涉足许多。我国从开发第一个有限元软件开始，有限元法就慢慢的应用到各个领域，不论是大型的民生建筑工程还是实验室里的微小零件[78]。有限元法不仅在我国或是在世界上，发展都很光明。现在，在做大型工程的有限元分析时，因为要将误差控制在某个范围内，采用自适应有限元。在后处理方法的计算误差的基础之上，网格的自适应过程可以被分为两个迭代过程，即均匀化和变密度化。均匀化迭代分割区域用的是均匀大小的网格，变密度化迭代没有分割，而是利用之前的迭代结果，然后再用局部网格细化在三角区域单位的弧形边缘，从而保证的合理性和适用性的全局网格尺寸分布，具有光滑的收敛网格的大小，为为了提高网格质量。整个方案简单，易于操作，稳定可靠，并可以进行快速收敛与多次迭代[9]。
1.2 国内有限元法的发展
在有限元方法的发展的漫长过程之中，出现过形形色色的卓越的科学家和研究者的身影，早在有限元方法发展的初期阶段，中国的许多力学研究者都有伟大的科研成果，比如：陈博平发表的世人皆知的矩阵结构，还有冯康的有限元理论，钱伟长的广义定律，常虎的广义变分原理，钱令希的余能原理等等。但是非常遗憾，因为当时的科研环境非常不利发展研究有限元法，国内关于此方面的研究慢慢地与国外呈现出了差距。在上世纪70年代早期，钱玲希教授提出了一些设计方案用于优化设计还有力学的发展，这些理论就像一盏明灯指引着科研人员的研究方向。崔俊志院士在1964年初研制成功的一种通用有限元程序可以应用于第一平面问题，成功地解决了刘家峡大坝应力分析的复杂情况。1960至1970年间，当有限元法及其软件在国内面世之后，科研工作者们曾用它来计算过很多个大型工程，如水利，电力等。1975年前后，大连理工大学成功地研制开发出JEFIX有限元软件，HAJIF系列程序等也成功在我国航天工业部揭开帷幕。80年代中期，通过移植国外的SAP软件，北大的袁明武教授成功开发出sap84；北京农业大学的李明瑞教授研制开发出了FEM软件；因为我国对有限元发展的支持，国内一些单位也相继开发出了有限元软件。在上世纪90年代之后，许许多多国外开发的CAE软件进入中国，不断冲击国内的CAE市场，侵占国内有限元的一些领域，全国各地的高等院校、各级研究机构、理论实际应用场所到处充满了外国的有限元技术，国外的科研人员在这些场所不遗余力地展现他们本国有限元技术的发展水平。在外界的这种强力的压力下，国内负责管理相关技术的部门在理解有限元技术的作用，尤其是在制造国内精尖装备的行业内时对这种技术的应有地位持有质疑态度。所以在中国CAE技术创新上个世纪的最后十年一直非常缓慢，并且相对于国外的CAE软件有很大的差距。截止到现在，我国的CAE软件市场内占据大部分市场份额的依旧是国外的CAE软件，据估计，目前市场份额的配比仍然会照此情况持续很久。不过令人欣慰的是，我国CAE软件的研究开发有了新的起色，打开了新的局面。由于我国的CAE发展起步较晚，前行之路就显得困难重重，即使是在这种高压情况下，我国CAE的发展仍然取得了不小的成果，这与国内广大研究人员的辛勤付出是密切相关的，他们艰苦朴素，砥砺奋斗，为国家的发展贡献了自己毕生的心血。21世纪迎来信息时代的到来，尤其是在最近的几年内，“数字设计”这一理念可谓是家喻户晓，我国国内的大批高等院校紧紧扣住时代发展的潮流，不断对数字技术设计的理念进行深刻的研究，并且将现有的知识体系不断完善。信息的潮流在将世界各国紧密相连的同时，也将国外各种先进的理论和技术带进了中国，在新理念新思维的冲刷之下，国家相关管理部门对待CAE发展的态度和观念也发生了不小的改变。国家相关部门对CAE平台的自主研究越来越重视，所给予的支持也越来越有力，在这种良好形势之下，国内CAE的研究逐渐远离了几乎停滞不前的低谷时期，取得了相当好的成就。必须高度留意的是，有限元技术的发展非常迅速，就现在而言，它不只是停驻在各级研究所和高等学院的实验室内，而进入诸如工厂等实际的应用场所中的这种现象越来越多。与此同时，市场上也开始大规模的运用使用方便简捷、操作步骤简单的专用型分析软件。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 国际有限元法的发展现状 1
1.2 国内有限元法的发展 1
1.3 有限元法的应用 2
1.4 机架支承板的作用 2
1.4.1 提高劳动生产率 2
1.4.2 保证稳定加工质量 2
1.4.3 扩大机床适用范围 3
1.4.4 减少工人劳动强度 3
1.5 研究机架支承板的意义 3
第二章 有限元概念与理论 4
第三章 零件模型处理与有限元文件建立过程 5
3.1 软件介绍 5
3.1.1 UG制图软件简介 5
3.1.2 有限元分析软件HyperMesh简介 5
3.2 三维模型处理 6
3.2.1 模型建立 6
3.3 材料属性定义 7
3.4 划分网格 7
3.5 施加约束和载荷 7
第四章 计算结果分析与优化 9
4.1 应力应变云图 9
4.2 优化结构 9
第五章 总 结 11
致 谢 12
参考文献 13
第一章 绪 论
1.1 国际有限元法的发展现状
1943年，R.Courant提出了有限元法[2] 。1943年后，从有限元法的首次提出后法,有限元法的理论和应用脱胎换骨，业内科研人员的女里使其发展迅速。曾经难以解 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
决的问题都由于有限元法的发展而变得更好处理。在经过大量的实际验证后，人们发现以前的有限元假设和实际生活所遇到的问题是有很大的去别的，甚至是完全背道而驰的[3]。为了克服这一类问题,有美国学者提出使用广义有限元法来达到解决分析域内含有大量孔洞特征的问题[4];而比利时学者则相应地提出使用高速切削来处理实际生活中遇到的单元裂开问题[5] 。如今全球有限元法发展迅速，计算分析的能力也在不断上升，有限元法也在向优化设计这条路前行[6] 。印度有一位博士叫Mahanty优化拖拉机的前桥设计就是利用ANSYS，使前轴重量降低了多达40%，不光是这样，这个优化还使繁复得焊接工艺的制造过程被消除，极大减少成本。 国内对于有限元法的应用也涉足许多。我国从开发第一个有限元软件开始，有限元法就慢慢的应用到各个领域，不论是大型的民生建筑工程还是实验室里的微小零件[78]。有限元法不仅在我国或是在世界上，发展都很光明。现在，在做大型工程的有限元分析时，因为要将误差控制在某个范围内，采用自适应有限元。在后处理方法的计算误差的基础之上，网格的自适应过程可以被分为两个迭代过程，即均匀化和变密度化。均匀化迭代分割区域用的是均匀大小的网格，变密度化迭代没有分割，而是利用之前的迭代结果，然后再用局部网格细化在三角区域单位的弧形边缘，从而保证的合理性和适用性的全局网格尺寸分布，具有光滑的收敛网格的大小，为为了提高网格质量。整个方案简单，易于操作，稳定可靠，并可以进行快速收敛与多次迭代[9]。
1.2 国内有限元法的发展
在有限元方法的发展的漫长过程之中，出现过形形色色的卓越的科学家和研究者的身影，早在有限元方法发展的初期阶段，中国的许多力学研究者都有伟大的科研成果，比如：陈博平发表的世人皆知的矩阵结构，还有冯康的有限元理论，钱伟长的广义定律，常虎的广义变分原理，钱令希的余能原理等等。但是非常遗憾，因为当时的科研环境非常不利发展研究有限元法，国内关于此方面的研究慢慢地与国外呈现出了差距。在上世纪70年代早期，钱玲希教授提出了一些设计方案用于优化设计还有力学的发展，这些理论就像一盏明灯指引着科研人员的研究方向。崔俊志院士在1964年初研制成功的一种通用有限元程序可以应用于第一平面问题，成功地解决了刘家峡大坝应力分析的复杂情况。1960至1970年间，当有限元法及其软件在国内面世之后，科研工作者们曾用它来计算过很多个大型工程，如水利，电力等。1975年前后，大连理工大学成功地研制开发出JEFIX有限元软件，HAJIF系列程序等也成功在我国航天工业部揭开帷幕。80年代中期，通过移植国外的SAP软件，北大的袁明武教授成功开发出sap84；北京农业大学的李明瑞教授研制开发出了FEM软件；因为我国对有限元发展的支持，国内一些单位也相继开发出了有限元软件。在上世纪90年代之后，许许多多国外开发的CAE软件进入中国，不断冲击国内的CAE市场，侵占国内有限元的一些领域，全国各地的高等院校、各级研究机构、理论实际应用场所到处充满了外国的有限元技术，国外的科研人员在这些场所不遗余力地展现他们本国有限元技术的发展水平。在外界的这种强力的压力下，国内负责管理相关技术的部门在理解有限元技术的作用，尤其是在制造国内精尖装备的行业内时对这种技术的应有地位持有质疑态度。所以在中国CAE技术创新上个世纪的最后十年一直非常缓慢，并且相对于国外的CAE软件有很大的差距。截止到现在，我国的CAE软件市场内占据大部分市场份额的依旧是国外的CAE软件，据估计，目前市场份额的配比仍然会照此情况持续很久。不过令人欣慰的是，我国CAE软件的研究开发有了新的起色，打开了新的局面。由于我国的CAE发展起步较晚，前行之路就显得困难重重，即使是在这种高压情况下，我国CAE的发展仍然取得了不小的成果，这与国内广大研究人员的辛勤付出是密切相关的，他们艰苦朴素，砥砺奋斗，为国家的发展贡献了自己毕生的心血。21世纪迎来信息时代的到来，尤其是在最近的几年内，“数字设计”这一理念可谓是家喻户晓，我国国内的大批高等院校紧紧扣住时代发展的潮流，不断对数字技术设计的理念进行深刻的研究，并且将现有的知识体系不断完善。信息的潮流在将世界各国紧密相连的同时，也将国外各种先进的理论和技术带进了中国，在新理念新思维的冲刷之下，国家相关管理部门对待CAE发展的态度和观念也发生了不小的改变。国家相关部门对CAE平台的自主研究越来越重视，所给予的支持也越来越有力，在这种良好形势之下，国内CAE的研究逐渐远离了几乎停滞不前的低谷时期，取得了相当好的成就。必须高度留意的是，有限元技术的发展非常迅速，就现在而言，它不只是停驻在各级研究所和高等学院的实验室内，而进入诸如工厂等实际的应用场所中的这种现象越来越多。与此同时，市场上也开始大规模的运用使用方便简捷、操作步骤简单的专用型分析软件。
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