液压起重机吊臂建模及有限元分析(附件)
液压起重机是一种普遍用于装卸货物的设备，随着时代的发展，它的应用越来越广泛。吊臂作为主要承载部件，它的结构直接影响整个起重机的外观和性能。首先要对吊臂进行三维建模，通过UG NX8.0设计出液压起重机吊臂的各个零件图，通过装配将它们焊接成一个整体，再通过关联复制下的提升体将其提升为一个整体，通过布尔运算求和,这样吊臂的三维建模就完成了。接着通过UG软件对起重机吊臂进行网格划分、材料属性、边界条件设定及载荷的设置，并进行有限元分析，即对有限元模型进行检查和求解，并对结果进行后处理，以验证模型的有效性。关键词 液压起重机，吊臂，三维建模，有限元分析目 录
1引言 1
1.1 软件介绍1
1.2有限元在机械工程方面的应用 1
1.3液压起重机吊臂三维有限元模型的建立 2
1.4有限元的优缺点 3
1.5本文研究的内容 4
2液压起重机吊臂的三维建模 4
2.1吊臂的零件建模 4
2.2吊臂的整体装配 7
2.3提升体和布尔操作 9
3有限元分析 10
3.1UG预处理 10
3.2边界条件 13
3.3检查模型 14
3.4求解运行 14
3.5结果后处理 15
4 液压起重机的运动仿真 16
4.1 运动仿真模型管理 17
4.2 连杆 18
4.3 运动分析和仿真 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 引言
随着科技的迅速发展，液压起重机在现代化生产中的应用越来越广泛，因此企业对起重机也有着越来越高的要求。近几年，起重机的发展更趋向于大型化，而且在结构和功能方面也在不断创新，各大公司通过研究新的核心技术来提高自己产品的竞争力[1]。
起重机主要是用来起吊、转运货物的，因此起重能力是它的主要性能[2]。吊臂作为液压起重机的重要构件，在滑轮处会承受一定的集中力。吊臂设计的合理性，对起重机的起重性能和承载能力有着重大的影响[3]。液压起重机吊臂主要包括基本臂、滑块、伸缩钢铰点轴、二节臂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
要求。近几年，起重机的发展更趋向于大型化，而且在结构和功能方面也在不断创新，各大公司通过研究新的核心技术来提高自己产品的竞争力[1]。
起重机主要是用来起吊、转运货物的，因此起重能力是它的主要性能[2]。吊臂作为液压起重机的重要构件，在滑轮处会承受一定的集中力。吊臂设计的合理性，对起重机的起重性能和承载能力有着重大的影响[3]。液压起重机吊臂主要包括基本臂、滑块、伸缩钢铰点轴、二节臂和转台铰点轴等组成[4]。起重机通过吊臂把重物提升到一定的高度，主要是通过改变吊臂的倾角来完成变幅的，从而可以扩大起重机的工作范围。吊臂设计的合理性将会直接影响整个起重机的整体性能[5]。起重机的活动不仅仅是单向的，必须要控制铰链处的移动自由度，防止它在轴向上来回移动。
在设计吊臂方面，为了保证局部稳定，壁厚需要设计的薄一点，也能减轻它的重量。起重机吊臂的设计一般都是采用的传统力学方法，所以呢，计算比较复杂，而且计算的精度也较低，设计中通常使用较大的安全系数，并且浪费材料，使设备过于笨重[6]。为了能得出构件在各种工况和不同截面形式下的应力分布情况，可以使用有限元法对其进行结构强度和刚度分析，并且这种分析方法价格低廉，准确可靠[7]。
1.1 软件介绍
UG软件是一款集CAD/CAM/CAE于一体的3D绘图软件，是如今先进计算机辅助设计、分析和制造的软件之一，有着强大的功能，可以进行产品设计，即可以建立各种复杂的零部件和三维参数化实体装配体模型，并且能够自动生成图纸。也可以进行产品分析，即对模型进行受热、受力和模态分析，通过云图上不同的颜色观察出受力状况，可以利用有限元分析产品的实际运动状况。还可以进行产品加工，即利用加工模块，根据装配体模拟出刀具路径，进行数控加工。NX8.0不仅能够产生强大的曲面造型、实体造型和虚拟装配等，还可以用来进行有限元分析、动力学分析以及运动仿真等，大大提高了设计的可靠性。随着版本的不断更新和功能的不断改善，NX更加智能化和专业化，越来越先进，是不可替代的软件。
1.2有限元在机械工程方面的应用
有限元法是随着计算机技术的应用而发展起来的一种先进的技术，广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中，成功的解决了许多复杂的设计和分析问题，己成为工程设计和分析中的重要工具。
对于起重机吊臂来说，传统的计算方法大多都是根据经验公式的手工计算得出的，然而由于手工计算的物理模型太简单，建立的数学模型不能够完全的符合结构的所有力学特性，所以根本就无法保证到计算的准确。如今，有限元技术已经是非常的成熟了，若能够借助有限元软件去计算大型复杂的物理结构，不仅可以大大的减少人工劳动量，还能准确无误的计算出精确的结果。目前对于工程机械的强度刚度分析，有限元软件已经得到了广泛的应用[5]。
近些年来，许多学者对机械零件的有限元分析进行了研究，主要是一下几个方面：
静力学分析，静力学分析是针对于作用在结构上面的载荷随时间变化很慢或者就是不随时间变化的情况而使用的，这是对受力后的应变、变形和应力的一种分析，也是有限元分析方法中最简单，最基本的一种分析类型了。动力学分析，这是针对机械零件不仅受到静载荷作用，而且当外界有与其固有频率相近的激励时，还会引起共振，从而破坏结构，使得零件失效，所以很多零件在设计的时候，特别是复杂零件，不仅要满足静态刚度要求，还要满足动态刚度要求。接触分析，这是用来分析两个结构物发生接触时的状态、力等。因为机械结构中力的传递都是通过接触来实现的，所以在机械结构中，一般都是用的接触分析。因为这种分析是一种非线性的分析，所以过去受到计算能力的约束，接触分析用的较少。热应力分析，这是用于工作温度与安装温度不等的结构，分析其的温度应力。屈曲分析，这种分析方法用来确定结构变得不稳定时的屈曲模态和临界载荷，这是一种几何非线性分析[8]。
彭亿祥[9]等通过ANSYS软件对全伸吊臂的一个臂段进行计算，主要是对吊臂筒体滑块部位的接触状态和应力分布等进行研究。杨晶[10]等使用有限元分析软件的结构分析模块建立了吊臂的有限元模型，并计算了在不同工况下吊臂的各个臂段的应力和位移情况，分析计算结果。
1.3液压起重机吊臂三维有限元模型的建立
有限元软件的实体建模功能本来就不强，对于结果比较复杂的实体模型来说，建模的难度是相当的大。但是软件可与多种绘图制图软件集成并且有接口，利用这种数据的接口，可以准确的将制图软件中生成的几何数据导入有限元中。因此，可以在一些制图软件中建立好实体模型，然后转化为有限元可用的格式，并且导入有限元进行分析即可了。
基于有限元软件对吊臂进行有限元分析通常的方法都是将吊臂结构视为线框模型，然后赋予梁单元属性并进行刚度和强度等方面的分析计算，可是梁单元是用线来代替三维实体结构的，这并不能代替结构的所有细节，而且吊臂本身只要是由很多块的钢板焊接而成的，考虑到模型可能会比较大，所以通常会选用单元库中的Solid92单元。该单元有中间节点的2次10节点四面体实体单元，这可以用来仿真3D实体结构。在这里的每个节点都是具有了X,Y,Z位移方向的3个自由度，但是由于吊臂主要是受到了力矩的作用，所以在选择单元类型后又增加了3个转动自由度，因为这样做，可以更好的描述出吊臂的受力和变形情况。
有限元软件
1引言 1
1.1 软件介绍1
1.2有限元在机械工程方面的应用 1
1.3液压起重机吊臂三维有限元模型的建立 2
1.4有限元的优缺点 3
1.5本文研究的内容 4
2液压起重机吊臂的三维建模 4
2.1吊臂的零件建模 4
2.2吊臂的整体装配 7
2.3提升体和布尔操作 9
3有限元分析 10
3.1UG预处理 10
3.2边界条件 13
3.3检查模型 14
3.4求解运行 14
3.5结果后处理 15
4 液压起重机的运动仿真 16
4.1 运动仿真模型管理 17
4.2 连杆 18
4.3 运动分析和仿真 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 引言
随着科技的迅速发展，液压起重机在现代化生产中的应用越来越广泛，因此企业对起重机也有着越来越高的要求。近几年，起重机的发展更趋向于大型化，而且在结构和功能方面也在不断创新，各大公司通过研究新的核心技术来提高自己产品的竞争力[1]。
起重机主要是用来起吊、转运货物的，因此起重能力是它的主要性能[2]。吊臂作为液压起重机的重要构件，在滑轮处会承受一定的集中力。吊臂设计的合理性，对起重机的起重性能和承载能力有着重大的影响[3]。液压起重机吊臂主要包括基本臂、滑块、伸缩钢铰点轴、二节臂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
要求。近几年，起重机的发展更趋向于大型化，而且在结构和功能方面也在不断创新，各大公司通过研究新的核心技术来提高自己产品的竞争力[1]。
起重机主要是用来起吊、转运货物的，因此起重能力是它的主要性能[2]。吊臂作为液压起重机的重要构件，在滑轮处会承受一定的集中力。吊臂设计的合理性，对起重机的起重性能和承载能力有着重大的影响[3]。液压起重机吊臂主要包括基本臂、滑块、伸缩钢铰点轴、二节臂和转台铰点轴等组成[4]。起重机通过吊臂把重物提升到一定的高度，主要是通过改变吊臂的倾角来完成变幅的，从而可以扩大起重机的工作范围。吊臂设计的合理性将会直接影响整个起重机的整体性能[5]。起重机的活动不仅仅是单向的，必须要控制铰链处的移动自由度，防止它在轴向上来回移动。
在设计吊臂方面，为了保证局部稳定，壁厚需要设计的薄一点，也能减轻它的重量。起重机吊臂的设计一般都是采用的传统力学方法，所以呢，计算比较复杂，而且计算的精度也较低，设计中通常使用较大的安全系数，并且浪费材料，使设备过于笨重[6]。为了能得出构件在各种工况和不同截面形式下的应力分布情况，可以使用有限元法对其进行结构强度和刚度分析，并且这种分析方法价格低廉，准确可靠[7]。
1.1 软件介绍
UG软件是一款集CAD/CAM/CAE于一体的3D绘图软件，是如今先进计算机辅助设计、分析和制造的软件之一，有着强大的功能，可以进行产品设计，即可以建立各种复杂的零部件和三维参数化实体装配体模型，并且能够自动生成图纸。也可以进行产品分析，即对模型进行受热、受力和模态分析，通过云图上不同的颜色观察出受力状况，可以利用有限元分析产品的实际运动状况。还可以进行产品加工，即利用加工模块，根据装配体模拟出刀具路径，进行数控加工。NX8.0不仅能够产生强大的曲面造型、实体造型和虚拟装配等，还可以用来进行有限元分析、动力学分析以及运动仿真等，大大提高了设计的可靠性。随着版本的不断更新和功能的不断改善，NX更加智能化和专业化，越来越先进，是不可替代的软件。
1.2有限元在机械工程方面的应用
有限元法是随着计算机技术的应用而发展起来的一种先进的技术，广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中，成功的解决了许多复杂的设计和分析问题，己成为工程设计和分析中的重要工具。
对于起重机吊臂来说，传统的计算方法大多都是根据经验公式的手工计算得出的，然而由于手工计算的物理模型太简单，建立的数学模型不能够完全的符合结构的所有力学特性，所以根本就无法保证到计算的准确。如今，有限元技术已经是非常的成熟了，若能够借助有限元软件去计算大型复杂的物理结构，不仅可以大大的减少人工劳动量，还能准确无误的计算出精确的结果。目前对于工程机械的强度刚度分析，有限元软件已经得到了广泛的应用[5]。
近些年来，许多学者对机械零件的有限元分析进行了研究，主要是一下几个方面：
静力学分析，静力学分析是针对于作用在结构上面的载荷随时间变化很慢或者就是不随时间变化的情况而使用的，这是对受力后的应变、变形和应力的一种分析，也是有限元分析方法中最简单，最基本的一种分析类型了。动力学分析，这是针对机械零件不仅受到静载荷作用，而且当外界有与其固有频率相近的激励时，还会引起共振，从而破坏结构，使得零件失效，所以很多零件在设计的时候，特别是复杂零件，不仅要满足静态刚度要求，还要满足动态刚度要求。接触分析，这是用来分析两个结构物发生接触时的状态、力等。因为机械结构中力的传递都是通过接触来实现的，所以在机械结构中，一般都是用的接触分析。因为这种分析是一种非线性的分析，所以过去受到计算能力的约束，接触分析用的较少。热应力分析，这是用于工作温度与安装温度不等的结构，分析其的温度应力。屈曲分析，这种分析方法用来确定结构变得不稳定时的屈曲模态和临界载荷，这是一种几何非线性分析[8]。
彭亿祥[9]等通过ANSYS软件对全伸吊臂的一个臂段进行计算，主要是对吊臂筒体滑块部位的接触状态和应力分布等进行研究。杨晶[10]等使用有限元分析软件的结构分析模块建立了吊臂的有限元模型，并计算了在不同工况下吊臂的各个臂段的应力和位移情况，分析计算结果。
1.3液压起重机吊臂三维有限元模型的建立
有限元软件的实体建模功能本来就不强，对于结果比较复杂的实体模型来说，建模的难度是相当的大。但是软件可与多种绘图制图软件集成并且有接口，利用这种数据的接口，可以准确的将制图软件中生成的几何数据导入有限元中。因此，可以在一些制图软件中建立好实体模型，然后转化为有限元可用的格式，并且导入有限元进行分析即可了。
基于有限元软件对吊臂进行有限元分析通常的方法都是将吊臂结构视为线框模型，然后赋予梁单元属性并进行刚度和强度等方面的分析计算，可是梁单元是用线来代替三维实体结构的，这并不能代替结构的所有细节，而且吊臂本身只要是由很多块的钢板焊接而成的，考虑到模型可能会比较大，所以通常会选用单元库中的Solid92单元。该单元有中间节点的2次10节点四面体实体单元，这可以用来仿真3D实体结构。在这里的每个节点都是具有了X,Y,Z位移方向的3个自由度，但是由于吊臂主要是受到了力矩的作用，所以在选择单元类型后又增加了3个转动自由度，因为这样做，可以更好的描述出吊臂的受力和变形情况。
有限元软件
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3641.html
