支架三维建模及其有限元仿真
摘 要本文主要讲述了利用solidworks软件，对支架进行结构设计，然后通过软件进行三维建模，得到支架的三维模型，之后利用有限元分析软件ABAQUS对支架三维模型进行有限元分析，通过得出的数据分析支架的机械强度是否符合设计要求，并进行结构优化，最后总结出最优方案。本文针对生产中支架经常承受不住压力而变形断裂的情况，建立一个支架的三维模型，采用了有限元分析仿真的方法，对支架进行应力和静力学的分析仿真，从而达到未生产就能判断支架是否符合设计要求的目的。有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。支架在日常生活中应用广泛，各种机床，医疗器械，建筑结构等各个领域中都有它的身影，甚至连日用的衣架，空调架都需要用到，而支架的刚度，自身应力都影响着支架的安全性和有效性，所以我们在对支架的生产时要充分考虑到这些问题并及时更正以确保支架的性能。
目 录
第一章：绪论 1
1.1课题研究的目的及其意义 1
1.2 有限元国内外的发展现状 1
1.3研究内容支架 2
第二章：支架的三维建模 3
2.1三维建模软件SolidWorks的简介 3
2.2支架底板的绘制 3
2.3支架靠板的绘制 4
2.4支架两边侧板的绘制 5
2.5支架底板四个通孔的绘制 6
2.6支架靠板12个螺纹孔的绘制 7
第三章：有限元法的概念及软件 10
3.1 有限元分分析 10
3.2有限元分析问题的步骤 11
3.3网格划分 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.4载荷施加 11
3.5变形图 12
3.6应力图 13
结束语 14
致谢 15
参考文献 16
第一章：绪论
1.1课题研究的目的及其意义
经过几百年的发展，机械行业得到了空前的发展。这个可以在西方国家的身上，体现的非常清楚。我们国家相比较这些西方国家差距还是很大的，毕竟，我们的计算机技术相对来说起步较晚。但是在国家的大力扶持之下，得到了快速的发展。我相信在不久的以后，有限元分析我们一定取得瞩目的成就。在没有有限元的年代，人们对机械零件的加工都靠的是经验，有时候真的是经验害死人，很多东西我们没有科学的去分析，得到的往往是错误的。每当遇到结构非常复杂的零件，我们往往会花费非常多的时间去分析，但是有了有限元，我们的工作就变得简单了。有限元的发展大大的减少了我们对零件分析的周期。这个的作用是非常大的。
在我们的机械工程中，零件重量的减少和零件在设计阶段周期的减少非常重要，在我们的传统的机械行业设计中，往往要对零件结构的复杂程度进行分析，工作人员通常都是根据经验进行设计，都是对零件的结构进行大概的计算，分析零件的结构比较粗略。为了零件的安全性，我们往往选择粗糙度要求不严的，精度要求不高的，结果使我们加工出来的零件很难满足要求较高的工件，材料的好性能得不到发挥，并且零件的性能满足不了实际需要的，同时，传统行业加工出来的机械作品都有一个通病，那就是在实际操作的过程中，噪声大，使用寿命较小。所以在我们大脑中传统的思维已经不能满足新时代机械行业设计的需要。面对这种情况，有限元分析方法在机械行业中得到了非常好的发展，机械行业也越来越离不开有限元分析。几年的发展，有限元分析的优点逐渐被越来越多的工作人员发现。特别是对于一些结构复杂的机械铸造结构件，Hyperworks 的有限元分析技术和形状优化技术的推广使得零件的各种要求得以展现。本文详细介绍利用Hyperworks的拓扑优化和形状优化技术对支架进行减重优化设计的应用过程。以及如何应用Hyperworks验证改进结构后的应力和应变情况，使该支架减重优化后的结构能够满足产品的使用性能和铸造工艺性要求。
1.2 有限元国内外的发展现状
有限元法师克拉夫在1960年引用的，它随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算法，由于有限元理论的普遍性，他在很多工程领域中都能解决棘手问题，随后又广泛应用于应力场，位移场，电磁场，温度场，流体场等连续性的问题，涉及了许多的工程学科，比如机械设计，流体力学等，而在我们研究的机械工程领域上，有限元分析法又被广泛的用于机械结构，机械振动等问题上。
当今国际上的有限元发展情况中就可以看出今后有限元的发展趋势，有限元软件的大量出现以及更新换代，和CAD等三维模型软件的集成传输，组成了非常强大的网格处理能力，从求线性问题到求非线性问题，从单一结构场的求解发展到耦合场的求解，都是一次次的质的飞跃，有限元软件的多样化，界面的友好化，程序面向用户的开放性等，都无不显示着有限元分析法的快速发展及其重要性。
1.3研究内容支架
支架使我们日常生活中常见的部件，在机械，医疗等各种行业都有支架的身影。而支架又根据作用分很多种，列如心脏支架，液压支架，太阳能支架，笔记本支架，空调支架，管道支架，温室大棚支架。医学器械的支架，上调心支架，下调心支架等。支架还包括输配电的支架，电缆支架，电缆沟支架，光伏电站支架等。种类繁多，下面我就介绍几种常用的支架。
大棚支架：
大棚支架是在温室或蔬菜大棚中用于支撑棚膜及膜上物的骨架结构，可分为拱形支架、拉杆、立柱、压杆等部分。
矿用支架：
矿用支架是在矿井中承受矿山压力的构件，由顶梁和柱腿组成，可分为梯形与拱形两种。新型菱镁矿用支架是以改性菱镁水泥为胶凝材料，辅以必要的填充料，再以玻璃纤维、竹筋为增强材料而成，是采掘工业、特别是煤炭行业新兴的代木材料，它响应国家保护和节约使用木材的号召，大大缓解了我国森林资源贫乏与木材需求量与日俱增的矛盾，可广泛用于采掘工业矿井巷道和垛眼的支护。
光伏支架：
光伏支架是太阳能光伏发电系统中为了摆放，安装，固定太阳能面板设计的特殊的支架。一般材质有铝合金，钢架构，不锈钢。光伏支架产品分地面支架系统、平面屋顶支架系统、可调角度屋面支架系统、斜屋面支架系统、立柱支架系统等。
摄像机支架：
如果摄像机只是固定监控某个位置不需要转动，那么只用摄像机支架就可以满足要求了。普通摄像机支架安装简单，价格低廉，而且种类繁多。 普通支架有短的、长的、直的、弯的，根据不同的要求选择不同的型号。室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求，再有就是安装位置，因为不同的场合的很多室外摄像机安装位置特殊，有的安装在电线杆上，有的立于塔吊上，有的安装在铁架上由于种种原因，现有的支架可能难以满足要求，需要另外加工或改进，这里就不再多说了。
在本文中我选取了生活中比较常见得承重支架，这种支架主要用来承受压力，由压力板和底板，两块靠板，以及一些螺纹孔构成。
第二章：支架的三维建模
目 录
第一章：绪论 1
1.1课题研究的目的及其意义 1
1.2 有限元国内外的发展现状 1
1.3研究内容支架 2
第二章：支架的三维建模 3
2.1三维建模软件SolidWorks的简介 3
2.2支架底板的绘制 3
2.3支架靠板的绘制 4
2.4支架两边侧板的绘制 5
2.5支架底板四个通孔的绘制 6
2.6支架靠板12个螺纹孔的绘制 7
第三章：有限元法的概念及软件 10
3.1 有限元分分析 10
3.2有限元分析问题的步骤 11
3.3网格划分 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.4载荷施加 11
3.5变形图 12
3.6应力图 13
结束语 14
致谢 15
参考文献 16
第一章：绪论
1.1课题研究的目的及其意义
经过几百年的发展，机械行业得到了空前的发展。这个可以在西方国家的身上，体现的非常清楚。我们国家相比较这些西方国家差距还是很大的，毕竟，我们的计算机技术相对来说起步较晚。但是在国家的大力扶持之下，得到了快速的发展。我相信在不久的以后，有限元分析我们一定取得瞩目的成就。在没有有限元的年代，人们对机械零件的加工都靠的是经验，有时候真的是经验害死人，很多东西我们没有科学的去分析，得到的往往是错误的。每当遇到结构非常复杂的零件，我们往往会花费非常多的时间去分析，但是有了有限元，我们的工作就变得简单了。有限元的发展大大的减少了我们对零件分析的周期。这个的作用是非常大的。
在我们的机械工程中，零件重量的减少和零件在设计阶段周期的减少非常重要，在我们的传统的机械行业设计中，往往要对零件结构的复杂程度进行分析，工作人员通常都是根据经验进行设计，都是对零件的结构进行大概的计算，分析零件的结构比较粗略。为了零件的安全性，我们往往选择粗糙度要求不严的，精度要求不高的，结果使我们加工出来的零件很难满足要求较高的工件，材料的好性能得不到发挥，并且零件的性能满足不了实际需要的，同时，传统行业加工出来的机械作品都有一个通病，那就是在实际操作的过程中，噪声大，使用寿命较小。所以在我们大脑中传统的思维已经不能满足新时代机械行业设计的需要。面对这种情况，有限元分析方法在机械行业中得到了非常好的发展，机械行业也越来越离不开有限元分析。几年的发展，有限元分析的优点逐渐被越来越多的工作人员发现。特别是对于一些结构复杂的机械铸造结构件，Hyperworks 的有限元分析技术和形状优化技术的推广使得零件的各种要求得以展现。本文详细介绍利用Hyperworks的拓扑优化和形状优化技术对支架进行减重优化设计的应用过程。以及如何应用Hyperworks验证改进结构后的应力和应变情况，使该支架减重优化后的结构能够满足产品的使用性能和铸造工艺性要求。
1.2 有限元国内外的发展现状
有限元法师克拉夫在1960年引用的，它随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算法，由于有限元理论的普遍性，他在很多工程领域中都能解决棘手问题，随后又广泛应用于应力场，位移场，电磁场，温度场，流体场等连续性的问题，涉及了许多的工程学科，比如机械设计，流体力学等，而在我们研究的机械工程领域上，有限元分析法又被广泛的用于机械结构，机械振动等问题上。
当今国际上的有限元发展情况中就可以看出今后有限元的发展趋势，有限元软件的大量出现以及更新换代，和CAD等三维模型软件的集成传输，组成了非常强大的网格处理能力，从求线性问题到求非线性问题，从单一结构场的求解发展到耦合场的求解，都是一次次的质的飞跃，有限元软件的多样化，界面的友好化，程序面向用户的开放性等，都无不显示着有限元分析法的快速发展及其重要性。
1.3研究内容支架
支架使我们日常生活中常见的部件，在机械，医疗等各种行业都有支架的身影。而支架又根据作用分很多种，列如心脏支架，液压支架，太阳能支架，笔记本支架，空调支架，管道支架，温室大棚支架。医学器械的支架，上调心支架，下调心支架等。支架还包括输配电的支架，电缆支架，电缆沟支架，光伏电站支架等。种类繁多，下面我就介绍几种常用的支架。
大棚支架：
大棚支架是在温室或蔬菜大棚中用于支撑棚膜及膜上物的骨架结构，可分为拱形支架、拉杆、立柱、压杆等部分。
矿用支架：
矿用支架是在矿井中承受矿山压力的构件，由顶梁和柱腿组成，可分为梯形与拱形两种。新型菱镁矿用支架是以改性菱镁水泥为胶凝材料，辅以必要的填充料，再以玻璃纤维、竹筋为增强材料而成，是采掘工业、特别是煤炭行业新兴的代木材料，它响应国家保护和节约使用木材的号召，大大缓解了我国森林资源贫乏与木材需求量与日俱增的矛盾，可广泛用于采掘工业矿井巷道和垛眼的支护。
光伏支架：
光伏支架是太阳能光伏发电系统中为了摆放，安装，固定太阳能面板设计的特殊的支架。一般材质有铝合金，钢架构，不锈钢。光伏支架产品分地面支架系统、平面屋顶支架系统、可调角度屋面支架系统、斜屋面支架系统、立柱支架系统等。
摄像机支架：
如果摄像机只是固定监控某个位置不需要转动，那么只用摄像机支架就可以满足要求了。普通摄像机支架安装简单，价格低廉，而且种类繁多。 普通支架有短的、长的、直的、弯的，根据不同的要求选择不同的型号。室外支架主要考虑负载能力是否合乎要求，再有就是安装位置，因为不同的场合的很多室外摄像机安装位置特殊，有的安装在电线杆上，有的立于塔吊上，有的安装在铁架上由于种种原因，现有的支架可能难以满足要求，需要另外加工或改进，这里就不再多说了。
在本文中我选取了生活中比较常见得承重支架，这种支架主要用来承受压力，由压力板和底板，两块靠板，以及一些螺纹孔构成。
第二章：支架的三维建模
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