多自由度平板电视支架有限元仿真分析
随着社会经济的不断发展，平板电视基本走进了每家每户，而随之而来的就是安装问题，更多的家庭愿意将电视挂于墙上，从而节省空间与装修成本，然而与置于电视柜上相比，传统的固定支架不可将电视机进行角度的微调，这就给消费者观看电视的区域变得很局限。本文设计的多自由度平板电视支架将有效解决这个难题，不仅可将电视机固定于墙上，更可对电视机的角度进行全方位的调节。设计中以Solid Works软件为建模工具，通过对草图的修改与完善得出初步的设计方案，并通过软件的三维特征的编辑对草图方案进行实体建模，得出原始设计模型。接下来通过ANSYS程序对制作出的原始模型进行全面的有限元仿真分析，研究出模型的应力分布与变形位置，以对应力集中点与变形严重处结构的优化为基础，从而得出强度与硬度的优化方案，不断完善设计。关键词 电视支架，结构设计，三维建模，有限元分析
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 论文选题的意义 1
1.3 有限元法在结构设计中的应用现状 2
1.3.1 电视支架结构有限元模型的形式 2
1.3.2 电视支架结构有限元分析类型及优化 2
1.3.3 有限元法在电视支架结构分析中存在的问题 3
1.4 本文的主要研究内容 3
2 平板电视支架三维模型的建立 3
2.1 SolidWorks软件的简介 4
2.1.1 关于SolidWorks 4
2.1.2 SolidWorks的主要功能模块 4
2.1.3 平板电视支架零件图的绘制 5
3 电视支架有限元模型的建立 8
3.1 ANSYS软件的介绍 9
3.1.1 ANSYS的发展概述 9
3.1.2 ANSYS的主要特点 9
3.1.3 ANSYS分析步骤 10
3.1.4 ANSYS的主要功能 11
3.1.5 ANSYS的结构分析文件 11
3.2 电视支架有限元计算模型的建立 11
4 平板电视支架模型有限元分析 15
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1平板电视支架的静力分析 15
4.1.1 平板电视支架设计分析概述 15
4.1.2 平板电视支架的静力分析 16
4.1.3 有限元模型后处理分析 18
结论 22
致谢 23
参考文献 24 1 引言
本文采用有限元分析的方法对多自由度平板电视支架进行刚度及强度的分析，根据分析结果，提出比较合理的优化及改进方案。
在以往，设计师在对此类简单的机械结构用有限元进行分析时，都要对模型进行一系列的简单化及假设处理，然后根据材料力学、弹性力学或者塑性力学进行分析。而随着工业不断的发展，越来越多复杂的机械结构需要进行分析研究，这些复杂的问题用常规方法往往得不出他们的解析解。而要解决这些问题，通常有两种途径：第一是试验法，即通过提出一些假设或者回避一些比较难的点，把复杂的问题进行简单化，使其成为能够用常规方法解决的问题。然而，由于太多的假设与简化，常常导致结果不准确甚至错误。另外一种比较有效的方法是尽可能保留问题的实际状况，寻求近似的数值解。这种方法因为其比较突出的有点，在众多方法中应用的最为广泛。
本文主要的研究方法是：第一，建立多自由度平板电视支架的三维模型，将装配中的各种部件通过简化成为有限元计算的模型。第二，以国家标准及权威的材料实验数据，对支架的弯曲刚度及强度进行分析，并与评估指标进行对比。第三通过第二步的分析对比得出优化方案，并对模型加以改进，最后再次分析研究确认结果。
1.1 课题背景
平板电视支架是为平板电视、液晶电视挂在墙壁而研发的设备。既适用于家里的客厅、卧室，又能在办公室、会议室、酒店等地方进行应用。目前，随着平板电视支架商家的激烈竞争，电视挂架已从普通的固定功能发展为多种功能。平板电视支架质量参差不齐，形成很多隐患，近年来，平板电视迅速走入越来越多的消费者家庭，而消费者也都基本选择了壁挂式安装。但随之而来的各种安装问题也开始出现。支架无标准设计、安装误差大、材料用料差等问题已成为各消费者家庭的安全隐患。因此，为了保证支架的性能可靠同时实现功能多样化，支架的强度在总体的设计中显得尤为重要。
1.2 论文选题的意义
随着人们对多自由度平板电视支架的需求越来越强烈，用有限元分析法分析平板电视支架的设计已成主流趋势，尤其是本文设计中的多自由度平板电视支架，其结构复杂，常规方法无法对其进行全面解析，因此更需要有限元法对其分析进行支持。其实际应用主要为：
（1）将有限元分析的方法运用在多自由度平板电视支架的设计上，将显著提高电视支架在设计效率和制造出来的电视支架的性能。
（2）支架在电视机重力的作用下，通过螺栓的传递，将会发生变形。普通的电视支架设计方法很难对支架各个接触面的受力状态及属性进行分析，而有限元分析法却能够比较完善的处理这些问题。
（3）使用有限元后处理得出的位移及应力云图的研究，可以得出车架结构的主要变形区域及应力集中区域，从而在设计时可加重对这些地方的优化及改良。
（4）用有限元分析从而优化多自由度平板电视支架设计，可以显著减少其本身的大小及重量，在保证支架有足够强度和刚度的前提下节约材料，对优化电视支架的结构及减少其制造成本是极为重要的手段。
通过以上观点可发现，有限元分析法对现代化的多自由度平板电视支架的设计具有突破性的意义，主要体现在提高平板电视支架的质量、降低产品开发与生产制造的成本，同时也是提高多自由度平板电视支架市场竞争能力的重要措施。
1.3 有限元法在结构设计中的应用现状
1.3.1 电视支架结构有限元模型的形式
有限元分析是将整体用各种单元离散化，从而进行结构分析的。在我们知道各单元的刚度特性的前提下，就可以根据其单元的特殊性质和受力分析研究出结构的主要特性，而后对其特性进行研究。
因为有限元分析法是一种没有精确解只有无限接近解的方法，它的计算结果是一种近似值，其精度主要受到离散化的误差的影响。所以，用有限元分析法研究时最重要的一环就是建立准确的有限元模型。有限元模型的种类主要为两种。第一种实体单元模型的前处理较为简单，计算机的内存处理快，计算精度相对比较低；第二种板桥单元模型能够准确描述模型的形状，但前处理较为复杂，工作量大，需要计算机内存大，且运算速度缓慢，一般如果设计或者研究需要的精度比较高时可以使用。。
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 论文选题的意义 1
1.3 有限元法在结构设计中的应用现状 2
1.3.1 电视支架结构有限元模型的形式 2
1.3.2 电视支架结构有限元分析类型及优化 2
1.3.3 有限元法在电视支架结构分析中存在的问题 3
1.4 本文的主要研究内容 3
2 平板电视支架三维模型的建立 3
2.1 SolidWorks软件的简介 4
2.1.1 关于SolidWorks 4
2.1.2 SolidWorks的主要功能模块 4
2.1.3 平板电视支架零件图的绘制 5
3 电视支架有限元模型的建立 8
3.1 ANSYS软件的介绍 9
3.1.1 ANSYS的发展概述 9
3.1.2 ANSYS的主要特点 9
3.1.3 ANSYS分析步骤 10
3.1.4 ANSYS的主要功能 11
3.1.5 ANSYS的结构分析文件 11
3.2 电视支架有限元计算模型的建立 11
4 平板电视支架模型有限元分析 15
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1平板电视支架的静力分析 15
4.1.1 平板电视支架设计分析概述 15
4.1.2 平板电视支架的静力分析 16
4.1.3 有限元模型后处理分析 18
结论 22
致谢 23
参考文献 24 1 引言
本文采用有限元分析的方法对多自由度平板电视支架进行刚度及强度的分析，根据分析结果，提出比较合理的优化及改进方案。
在以往，设计师在对此类简单的机械结构用有限元进行分析时，都要对模型进行一系列的简单化及假设处理，然后根据材料力学、弹性力学或者塑性力学进行分析。而随着工业不断的发展，越来越多复杂的机械结构需要进行分析研究，这些复杂的问题用常规方法往往得不出他们的解析解。而要解决这些问题，通常有两种途径：第一是试验法，即通过提出一些假设或者回避一些比较难的点，把复杂的问题进行简单化，使其成为能够用常规方法解决的问题。然而，由于太多的假设与简化，常常导致结果不准确甚至错误。另外一种比较有效的方法是尽可能保留问题的实际状况，寻求近似的数值解。这种方法因为其比较突出的有点，在众多方法中应用的最为广泛。
本文主要的研究方法是：第一，建立多自由度平板电视支架的三维模型，将装配中的各种部件通过简化成为有限元计算的模型。第二，以国家标准及权威的材料实验数据，对支架的弯曲刚度及强度进行分析，并与评估指标进行对比。第三通过第二步的分析对比得出优化方案，并对模型加以改进，最后再次分析研究确认结果。
1.1 课题背景
平板电视支架是为平板电视、液晶电视挂在墙壁而研发的设备。既适用于家里的客厅、卧室，又能在办公室、会议室、酒店等地方进行应用。目前，随着平板电视支架商家的激烈竞争，电视挂架已从普通的固定功能发展为多种功能。平板电视支架质量参差不齐，形成很多隐患，近年来，平板电视迅速走入越来越多的消费者家庭，而消费者也都基本选择了壁挂式安装。但随之而来的各种安装问题也开始出现。支架无标准设计、安装误差大、材料用料差等问题已成为各消费者家庭的安全隐患。因此，为了保证支架的性能可靠同时实现功能多样化，支架的强度在总体的设计中显得尤为重要。
1.2 论文选题的意义
随着人们对多自由度平板电视支架的需求越来越强烈，用有限元分析法分析平板电视支架的设计已成主流趋势，尤其是本文设计中的多自由度平板电视支架，其结构复杂，常规方法无法对其进行全面解析，因此更需要有限元法对其分析进行支持。其实际应用主要为：
（1）将有限元分析的方法运用在多自由度平板电视支架的设计上，将显著提高电视支架在设计效率和制造出来的电视支架的性能。
（2）支架在电视机重力的作用下，通过螺栓的传递，将会发生变形。普通的电视支架设计方法很难对支架各个接触面的受力状态及属性进行分析，而有限元分析法却能够比较完善的处理这些问题。
（3）使用有限元后处理得出的位移及应力云图的研究，可以得出车架结构的主要变形区域及应力集中区域，从而在设计时可加重对这些地方的优化及改良。
（4）用有限元分析从而优化多自由度平板电视支架设计，可以显著减少其本身的大小及重量，在保证支架有足够强度和刚度的前提下节约材料，对优化电视支架的结构及减少其制造成本是极为重要的手段。
通过以上观点可发现，有限元分析法对现代化的多自由度平板电视支架的设计具有突破性的意义，主要体现在提高平板电视支架的质量、降低产品开发与生产制造的成本，同时也是提高多自由度平板电视支架市场竞争能力的重要措施。
1.3 有限元法在结构设计中的应用现状
1.3.1 电视支架结构有限元模型的形式
有限元分析是将整体用各种单元离散化，从而进行结构分析的。在我们知道各单元的刚度特性的前提下，就可以根据其单元的特殊性质和受力分析研究出结构的主要特性，而后对其特性进行研究。
因为有限元分析法是一种没有精确解只有无限接近解的方法，它的计算结果是一种近似值，其精度主要受到离散化的误差的影响。所以，用有限元分析法研究时最重要的一环就是建立准确的有限元模型。有限元模型的种类主要为两种。第一种实体单元模型的前处理较为简单，计算机的内存处理快，计算精度相对比较低；第二种板桥单元模型能够准确描述模型的形状，但前处理较为复杂，工作量大，需要计算机内存大，且运算速度缓慢，一般如果设计或者研究需要的精度比较高时可以使用。。
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