基于Ansys Workbench的圆管带式输送机桁架结构的有限元分析

合集下载

ansys桁架和梁的有限元分析

ansys桁架和梁的有限元分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：桁架和梁的有限元分析第一节基本知识一、桁架和粱的有限元分析概要1．桁架杆系的有限元分析概要桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中晕常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。

桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。

由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。

2．梁的有限元分析概要梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。

梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。

根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。

二、桁架和梁的常用单元桁架和梁常用的单元类型和用途见表7-1。

通过对桁架和粱进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。

第128页第二节桁架的有限元分析实例案例1--2D桁架的有限元分析问题人字形屋架的几何尺寸如图7—1所示。

杆件截面尺寸为0．01m^2，试进行静力分析，对人字形屋架进行静力分析，给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。

条件人字形屋架两端固定，弹性模量为2．0x10^11N/m^2，泊松比为0．3。

解题过程制定分析方案。

材料为弹性材料，结构静力分析，属21)桁架的静力分析问题，选用Link1单元。

建立坐标系及各节点定义如图7-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000N的力作用。

1．ANSYS分析开始准备工作(1)清空数据库并开始一个新的分析选取Utility Menu>File>Clear&Start New，弹出Clears database and Start New对话框，单击OK按钮，弹出Verify对话框，单击OK按钮完成清空数据库。

带式输送机卸料小车车架结构静力分析与结构改进设计研究

带式输送机卸料小车车架结构静力分析与结构改进设计研究作者：程熊豪王秀杰牛润芝付秀芳来源：《粘接》2022年第07期摘要：针对带式输送机卸料小车车架变形大、易开裂的问题，利用有限元法对小车车架结构进行静力分析改进小车车架结构。

采用CATIA软件建立车架三维模型，就ANSYS Workbench软件对65 t载荷工况下的小车车架进行静力分析，其最大应力为267.5 MPa，最大变形为17.46 mm，不满足强度和刚度要求。

通过静力分析结果提出了车架结构改进的设计方案，将H型连接块更换为实体连接块，车架两侧梁之间焊接20 mm厚的钢板，并在钢板上加工一定尺寸的孔。

最后对改进后的车架进行静力分析，其最大应力为123.7 MPa，最大变形为7.33 mm，满足强度和刚度要求。

关键词：带式输送机;卸料小车车架;静力分析;有限元法;结构改进中图分类号：U294.27 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）07-0110-04Static analysis and structural improvement design ofunloading trolley frame of belt conveyorCHENG Xionghao， WANG Xiujie， NIU Runzhi， FU Xiufang（MCC South Engineering Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430223， China）Abstract：In view of the large deformation and easy cracking of the unloading trolley frame of belt conveyor， the static analysis of the trolley frame structure is carried out by using the finite element method to improve the trolley frame structure. CATIA software is used to establish the three-dimensional model of the frame， and ANSYS Workbench software is used to analyze the static force of the trolley frame under 65 t load condition. The maximum stress is 267.5 MPa and the maximum deformation is 17.46 mm， which does not meet the requirements of strength and stiffness. Through the static analysis results， the design scheme for the improvement of the frame structure is put forward. The H-shaped connection block is replaced with a solid connection block. A 20 mm thick steel plate is welded between the beams on both sides of the frame， and holes of a certain size are machined on the steel plate. Finally， the static analysis of the improved frame is carried out. The maximum stress is 123.7 MPa and the maximum deformation is 7.33 mm， which meets the requirements of strength and stiffness.Key words：belt conveyor; unloading trolley frame; static analysis; finite element method; structural improvement帶式输送机具有结构简单、输送距离远、输送能力强等优点，在机械、电器、化工等行业具有广泛的应用。

基于ANSYS?WORKBENCH的桁架结构的分析

基于ANSYS WORKBENCH的桁架结构的分析有不少朋友经常问到在WB中的桁架分析问题。

例如下面的桁架，有两个端点被固定，而在C处施加一个向下的集中力，如何计算该问题？在ANSYS APDL中，计算该问题非常简单。

但是在WB中，则比较麻烦。

对于线体模型，WB中默认的单元类型是BEAM188，如果直接使用默认单元会带来一些出乎意料的结果。

本文使用LINK180建模，这样就需要插入命令流。

下面说明使用LINK180的建模方法。

1. 创建静力学结构分析系统。

2. 创建几何模型（1）创建草图（2）根据草图生成线体模型创建圆形截面，其半径为10mm（该尺寸随便设置，后面会被覆盖）将截面属性赋予给线体模型3. 设置杆的单元类型在线体模型下添加命令在命令文件编辑窗口输入下列命令、上述命令的含义是：第1行，设置单元类型是LINK180第2-3行，设置截面类型是实心圆，且其横截面积是10mm24. 划分网格在MESH下添加一个单元尺寸控制，设置给所有边划分1等份。

网格划分结果如下图5. 施加边界条件该下面两个关键点施加固定支撑，给上面点施加数值向下的力100N,结果如下图6. 求解并进行后处理进行求解。

然后进行后处理。

可以发现应力，应变，能量等按钮均不可使用。

使用BEAM TOOL。

但是ANSYS表明，该梁工具不能使用。

添加BEAM RESULTS但是ANSYS表明，该梁工具也不能使用。

使用WORKSHEET所提供的自定义数据类型，选择其中的总位移结果、得到位移如下图读者可尝试使用WORKSHEET中的其它用户自定义结果，【评论】1. 通过在几何体模型后面添加命令，并编辑命令文本，可以设定单元为杆单元LINK180.2. 可以在MESH后添加尺寸控制，而对各根杆件设置网格划分份数。

3. 在后处理时，WB所提供的大多数后处理按钮均不可使用，此时只能使用WORKSHEET中提供的用户自定义变量。

Ansys Workbench有限元分析

Ansys Workbench培训大纲 Ansys有限元分析Ansys Workbench的基础知识，包括基本操作、几何建模方法、网格划分方法、mechanical基础等内容；Ansys Workbench的工程应用，包括线性静态结构分析、模态分析、谐响应分析、随机振动分析、瞬态动力学、显示动力学分析、热分析、线性屈曲分析和结构非线性分析、接触分析及流体动力学分析等相关知识1． Workbench技术Workbench技术特点CAD-CAE协同仿真概述DesignModeler建模功能综述实体模型的建立，板壳、梁模型的建立DM几何修补工具，创建参数化模型，DM与DS的双向整合针对有限元分析的几何建模技巧与特殊要求从CAD导入几何模型2．DesignModeler建模DM 用户界面DM 草图模式DM 3D几何体DM高级3D几何体DM 概念建模DM 参数化模型3．DesignSimulation基本架构和分析流程DS基础DS通用前处理: 几何模型导入, 接触，网格划分，命名选择，坐标系DS高质量的有限元网格划分技术和使用技巧DS结构静力线性分析的基本流程和使用技巧DS各种工程载荷和边界条件的处理方法DesignSimulation的非线性概述材料、几何、接触非线性的基本过程与应用技巧4．DesignSimulation基本架构和分析流程DS结果后处理：查看，显示，输入结果，结果组合DS如何提高有限元分析的精度DS与CAD软件的交互性及参数传递DS通过参数管理器和多工况多方案的优化方法快速完成分析5．DesignSimulation的工程分析类型疲劳分析动力学分析：瞬态等分析基本过程与技巧DesignSimulation稳态热分析：热分析基础，基本的热传递分析，热分析模式，实例分析:建模，求解及后处理DesignSimulation瞬态热分析：时间与载荷步，子步及平衡迭代，收敛准则，初始温度，阶跃及渐变载荷输出控制，查看瞬态分析结果，耦合场分析：热应力分析有限元基本概念把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成能够整体进行综合求解。

有限元分析 ansys 桁架.ppt

整体位移和局部位移之间的关系为：
UiX uix cos uiy sin UiY uix sin uiy cos U jX u jx cos u jy sin U jY u jx sin u jy cos
将以上方程写成矩阵形式有： U T u
0 0 0
0 k 0
0
0 0

uiy
u jx
u jy

其中
k keq

AE L
，写成矩阵形式： f K u
将 f 和 u替换成 F和 U ，有：
T 1F K T 1U
其中 T 1是变换矩阵 T 的逆矩阵，为：
FjY

k

sin
cos
cos2

sin cos
sin cos sin2
sin cos sin2
cos2 sin cos
cos2 sin cos
sin cos UiX
sin2 sin cos
U和u分别代表整体XY坐标和局部xy参考系下节点i和j的
位移。T 是从局部变形转化到整体变形的变换矩阵。
类似地，局部力和整体力之间有以下关系：
FiX fix cos fiy sin FiY fix sin fiy cos FjX f jx cos f jy sin FjY f jx sin f jy cos
L
E 在弹性区域，应力和应变服从虎克定律：
由以上三个方程我们得到：
F

AE L

L
所得方程和线性弹簧的方程 F kx 很相似。因此，统一横截面的中心受力的杆建模时可以有如下刚度的弹簧：

有限元上机实验：ANSYS桁架分析

机电工程学院有限元法课程设计学号：专业：学生姓名：任课教师：2016年5月桁架有限元分析本问题研究针对机器人腿部机体的受力变形研究。

在机器人的所有结构中，该结构受力较复杂，强度要求较高，需要对其进行受力分析并进行结构优化。

一、研究对象由等直杆构成的平面桁架如图1所示，等直杆的截面积为30cm2，弹性模量为E=2.1e5 Mpa，泊松比为μ=0.3，密度为7800kg/m3，所受的集中力载荷为2.0N。

分析该桁架的强度是否符合要求，给出约束节点的支反力、杆件受力以及受力节点的位移。

载荷：1.0e8 N图1 超静定桁架二、分析过程1.打开软件，更改文件名称和存储位置：File>Change Jobname and Change Directory 。

图2 更改文件名图3 更改存储位置2.选取有限元单元：Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Link > 3D finit stn180 > OK > Close。

图4 选取有限元单元3.定义截面积：Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete > Add > 输入截面面积“0.03”> Ok > Close。

图5定义截面积4.输入材料弹性参数：Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear >Elastic > Isotripic > 输入弹性模量> 输入泊松比＞Ok > 关闭窗口> SA VE_DB 保存数据。

图6 输入材料弹性参数5.建立节点，坐标分别为(0,1) (1,0) (1,1) (2,1) ：Preprocessor >Modeling>Create>Nodes>On working Plane>选取点。

ansys workbench有限元总结

7力载荷Force（N）：力可以施加在结构的最外面，边缘或者表面。当一个力施加在两个同样的表面上时，每个表面将承受这个力的一半。
压力载荷Pressure:压力只能施加在表面并且通常与表面的法向一致。
轴承载荷Bearing Load：其仅适用于圆柱表面。其径向分量据投影面积来分布压力和载荷，而轴向载荷分量则沿着圆周均匀分布。一个圆柱表面只能施加一个轴承载荷，假如一个圆柱表面切分为两个部分，那么在施加轴承载荷的时候一定要保证这两个圆柱面都要选中。
Rough（粗糙的）: 这种接触方式和无摩擦类似。但表现为完全的摩擦接触，即没有相对滑动。只适用于面接触。默认情况下，不自动消除间隙。这种情况相当于接触体间的摩擦系数为无穷大。
Frictional（有摩擦）: 这种情况下，在发生相对滑动前，两接触面可以通过接触区域传递一定数量的剪应力。有点像胶水。模型在滑动发生前定义一个等效的剪应力，作为接触压力的一部分。一旦剪应力超过此值，两面将发生相对滑动。只适用于面接触，摩擦系数可以是任意非负值。
Bonded无相对位移。就像共用节点一样。
No-separation法向不分离，切向可以有小位移。
后面三种为非线性接触
Frictionless法向可分离，但不渗透，切向自由滑动
Rough法向可分离，不渗透，切向不滑动
Frictional法向可分离，但不渗透，切滑动，有摩擦力。
15.Workbench疲劳：载荷类型：应力比R=0与Zero-Based（基于0）载荷相同即脉动循环变应力；R=-1相当于Fully Reversed（完全相反）载荷即对称循环载荷；History Date（历程数据）与-1<R<1不定振幅载荷一样，另外在Workbench中还可以设置应力比Ratio。平均应力会影响S-N曲线的结果，而Analysis Type说明了程序对平均应力的处理方法：SN-None：忽略平均应力的影响；SN-Mean Stress Curves：使用多重S-N曲线；SN-Goodman，SN-Soderberg，SN-Gerber：可以使用平均应力修正理论。除了平均应力影响S-N外，还有其他一些影响sn曲线的因素，这些因素可以集中体现在疲劳强度因子中，其值可在Fatigue Tool的细节栏中输入，这个值小于1，以便说明实际部件和试件的差异。Fatigue Tool的细节栏中的应力分量（Stress Component）让用户定义应力结果如何与疲劳曲线S-N进行比较。等效应力Equivalent（Von Mises）表示的是最大绝对主应力，最大主应力（Max Principal），最大剪切应力（Max Shear）。

用ANSYSY命令流方式有限元结构分析实例L1

利用ANSYS 软件进行结构分析的实例1. 用ANSYS 软件命令流方式求解桁架结构应用实例一题目：用ANSYS 求解如图所示三杆平面桁架的问题xP 1附录图1已知：各杆的面积为A 1＝32.30e-4m 2, A 2=38.70e-4m 2, A 3=25.80e-4m 2,各杆的弹性模量为E 1=6.9E10N/m 2, E 2=E 3=20.7e10N/m 2 , 横杆与竖杆的长度a=2.54m ，桁架结构所受的载荷为 P1x=111000N, P2x=22200N用ANSYS 求解的命令流：/UNITS,SI ！国际单位制/TITLE,EXP1-2A:TRUSS STRUCTURAL ANASYS/PREP7 ！进入前处理器ET,1, LINK1R,1, 32.3E-4 ! A 1＝32.30e-4m 2R,2, 38.7E-4 ! A 2=38.70e-4m 2R,3, 25.8E-4 ! A 3=25.80e-4m 2MP,EX,1, 6.9E10 ! E 1=6.9E10N/m 2MP,EX,2, 20.7E10 ! E 2=E 3=20.7e10N/m 2N,1, 2.54, 2.54 ! 节点坐标N,2, 2.54, 0N,3, 0, 0TYPE,1 $ REAL,1 $ MAT,1 ！单元信息E, 2, 3TYPE,1 $ REAL,2 $ MAT,2E, 1, 2TYPE,1 $ REAL,3 $ MAT,2E, 1, 3FINISH/SOLU ！进入求解处理器ANTYE, STATIC！静力分析OUTPR,BASIC,ALLD, 3, ALL, 0 ！进行边界处理D, 2, UY, 0F,1, FX, 111000 ！加入节点载荷F,1, FY, 22200ALLSELSOLVEFINISH/POST1！进入后处理器PRDISP ！显示数据列表（列出变形资料）PLDISP ！显示图形列表（检查变形图）FINISH注：用命令流运行的具体方法是：1．用记事本编辑完命令流，存盘时以*.log为后缀名。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

析和目标驱动优化分析找到设计优化点，使优化尺寸既能满足强度的要求，又能减少用料，达到降低成本的
目的。
关键词：圆管带式输送机；桁架；Ａｎｓｙｓ；Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ；结构优化设计中图分类号：ＴＨ２２２文献标识码：Ａ文章编号：１００１— ０７８５（２０１３）０３— ０００６— ０４
０引言
圆管带式输送机（以下简称管带机）是一种
将物料包裹在强制形成管状胶带内进行输送的特殊带式输送机，与普通带式输送机相比，具有物
１有限元模型的建立
ＤｅｓｉｇｎＭｏｄｅｌｅｒ是ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的建模平台，其功能类似于一个ＣＡＤ的工具，但与普通ＣＡＤ软件不同，它主要用于有限元网格划分，所以它的一些功能也是一般ＣＡＤ软件所不具备的，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｏｎｅｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｒｕｓｓｂｅａｍｏｆｔｈｅｐｉｐｅｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒａｓｔｈｅｓｔｕｄｙｏｂｊｅｃｔ，３Ｄｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｔｕｓｒｓｂｅａｍ
ｉｚｉｎｇｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｃｏｓｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｐｅｂｅｈｃｏｎｖｅｙｏｒ；ｔｕｓｒｓｓｔｕｃｒｔｕｒｅ；Ａｎｓｙｓ；Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ；ｓｔｕｃｒｔｕｒｌａｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｎｇ
基于ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的圆管带式输送机桁架结构的有限元分析
吴炳胜胡明伟陈秋平１河北工程大学机电学院
摘
邯郸
０５６０３８２邯郸市牛儿庄采矿公司邯郸
０５６０３８
ａｎｌｙａｓｉｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｍｅｅｔｔｈｅｓｔｒｅｎｔｈｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｂｕｔｌｓａｏｒｅｄｕｃｅｍａｔｅｉａｒｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｒｅａｌ —
ｉｓｂｕｉｌｔｂｙＤｅｓｉｇｎＭｏｄｅｌｅｒ．ＷｉｔｈｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｒｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｔｕｓｒｓｂｅｍａｂｙＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｎｅｐｈｏｇｒａｍｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｎｄａｉｒｇｉｄｉｔｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｒｕｓｓｂｅａｍａｒｅｃｈｅｃｋｅｄ．Ｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｓｔｕｃｒｔｕｒｅｏｒｆｔｈｅａｎｇｌｅｓｔｅｅｌｉｎｔｈｅｔｒｕｓｓｂｅｍａｃｒｏｓｓ — ｓｅｃｔｉｏｎａｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓａｓｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍａｌｐｏｉｎｔｉｓｉｆｇｕｒｅｄｏｕｔｔｈｒｏｕｇｈｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｕｒｖｅｎａａｌｙｓｉｓａｎｄｇｏｌ— ａｄｉｒｖｅｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
要：以圆管带式输送机的一段桁架梁为研究对象，采用ＤｅｓｉｇｎＭｏｄｅｌｅｒ建立了桁架梁的三维模型，通过
ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对桁架梁结构进行静力分析，得到桁架梁结构的等效应力和位移云图，对桁架梁的强度和刚度条件进行校核，并以最大等效应力为约束条件，对桁架梁的截面角钢进行尺寸结构优化，通过相应曲面分