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機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)范文第1篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；創(chuàng)新

引言

機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是基于完成了總體設(shè)計(jì)的前提下，只有把整體的設(shè)計(jì)完成了才能夠?qū)崿F(xiàn)接卸結(jié)構(gòu)的調(diào)整。那么這樣做的原因主要是要確定好原有的原理圖方案，這樣才能夠得到一些較為細(xì)致的原理結(jié)構(gòu)圖，只有這樣才能體現(xiàn)出原理圖具體的作用和其功能；要進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要原因是為了把原來的理論原理變化成為實(shí)際中的一些零件或者工具，那么在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時就要把零件的參數(shù)標(biāo)示出來等等，這樣才能夠最后在組裝時得到想要的整體部件。本篇文章主要就針對于機(jī)械設(shè)計(jì)中變元法的運(yùn)用進(jìn)行了一些說明和簡單的介紹。

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要性

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我們機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展也極為迅速，而且，機(jī)械制造是我國重大生產(chǎn)行業(yè)之一，對推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著極大的作用。但是，我國作為一個機(jī)械制造大國，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上卻欠缺太多，很多機(jī)械制造都是模仿其他發(fā)達(dá)國家的機(jī)械設(shè)計(jì)工藝來進(jìn)行生產(chǎn)的，雖然一些機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也發(fā)生了改變，而從本質(zhì)上卻依然沒有太大的變動，缺乏自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)，一直引用技術(shù)會造成我國的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會隨著發(fā)達(dá)國家的后面走，無法將其真正的超越，而且，很多機(jī)械企業(yè)認(rèn)為創(chuàng)建機(jī)械研發(fā)中心較為奢侈，這樣的思想很難為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技發(fā)展帶來更大的推動作用。我國作為一個經(jīng)濟(jì)大國、機(jī)械制造大國，不能僅將目光停留在機(jī)械的生產(chǎn)制造中，更應(yīng)將目光放在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新上，同時，還要注重機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，這才是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新發(fā)展的根本。

二、簡要介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的七種變元創(chuàng)新

（一）材料變元

現(xiàn)實(shí)生活中很多種材料都可以用來設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結(jié)構(gòu)類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變元可以變化出不一樣的結(jié)構(gòu)模式。比如說：在進(jìn)行鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，零件的截面面積越大，材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大、越硬；在鐵材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了使結(jié)構(gòu)變強(qiáng)變硬，人們通常使用加強(qiáng)筋和隔板的方法；在塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，塑料件的筋板和壁厚應(yīng)該無差而別且對稱均勻。

（二）數(shù)量變元

機(jī)械產(chǎn)品數(shù)量變元，是指考慮到把機(jī)械產(chǎn)品整個零件或者零件的每一個輪廓、工作和加工的面、線均視為結(jié)構(gòu)基本元素，通過改變調(diào)整這些基本元素的數(shù)量，來達(dá)到對機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改變的實(shí)現(xiàn)目的。比如：為達(dá)到力求簡單的目標(biāo)，我們盡量對鑄件結(jié)構(gòu)的形狀，采用直線形輪廓的設(shè)計(jì)。又如：為防止螺釘松脫，我們將螺紋連接結(jié)構(gòu)的螺釘、墊圈等設(shè)計(jì)成一體化，這樣在減少零件數(shù)量下，實(shí)現(xiàn)了防松措施的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

（三）形狀變元

根據(jù)形狀變元可以看出這一變元法主要就是對于元器件的整體進(jìn)行調(diào)整變形以后得到一些需要的元器件，這樣就可以達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)的目的要求以及想要的元器件的參數(shù)。來達(dá)到最好的優(yōu)化效果。舉個例子：充分利用彈簧的彈簧彈性來進(jìn)行元器件的安裝，那么在進(jìn)行安裝時彈簧有很多種類型，那么相應(yīng)的通過彈簧安裝的元器件也就會有很多種不同的形狀，就好像有圓柱型，平面型等等。那么我們可以充分利用這些元器件的形狀來進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化作用。那么彈簧要考慮它的物理特性不能不起作用也不能過于壓緊，因?yàn)榍罢卟荒苤v彈簧的特性發(fā)揮出來，而后者將會使彈簧在以后的使用中失去它的彈性作用。那么彈簧一定要保持穩(wěn)定不能夠輕易的松動，彈簧的特性我們可以充分的利用，因?yàn)閺椈刹粌H體積小而且便于和各個元器件相互進(jìn)行結(jié)合。

（四）工藝的變元

加工工藝技術(shù)對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新有著極大的作用，機(jī)械的任何結(jié)構(gòu)在完成理想設(shè)計(jì)之前，都必須有著可靠的加工工藝作為支持，這樣才能有效的提高機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的效果。變元法中所提到的工藝變元主要是根據(jù)工藝技術(shù)選擇的不同，來實(shí)現(xiàn)對各個元器件產(chǎn)生相應(yīng)的作用，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)械整個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用。工藝手段與結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能等變元有著很大的差異性，工藝手段選取和使用的合理性，直接影響到機(jī)械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能，因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須對工藝手段進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，利用新穎的工藝手段來確保機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性。

（五）尺寸的變元

高質(zhì)量的產(chǎn)品，不僅需要好的產(chǎn)品性能，而且還需要滿足用戶對產(chǎn)品外觀、安裝方式、外形尺寸等要求。 這就需要機(jī)械設(shè)計(jì)師，利用科學(xué)的方法對機(jī)械零件進(jìn)行推算，找出對零件最佳的設(shè)計(jì)方案，并通過對零件外形的修正與優(yōu)化，使零件在機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)中達(dá)到最好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 我們對液浮式陀螺羅經(jīng)的內(nèi)部零件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足強(qiáng)度的同時縮小了部分零件的尺寸，并采用模塊的結(jié)構(gòu)方式，使液浮式陀螺羅經(jīng)內(nèi)部零件得到更好協(xié)調(diào)，從而大大縮小了產(chǎn)品的外形尺寸，減輕產(chǎn)品的重量。

（六）位置變元

在實(shí)際操作過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元素之間的位置是可以進(jìn)行調(diào)換的，這樣可以無形中使結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)更加完善。比如，零件的焊縫位置應(yīng)該對應(yīng)中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產(chǎn)品的變形。

（七）聯(lián)接變元

機(jī)械產(chǎn)品的聯(lián)接變元創(chuàng)新，我們需要考慮應(yīng)元素的兩層含義：一層是需考慮到對元素連接方式的變化，比如說日常用的鉚接、膠接、焊接、螺紋接等；二是需要考慮到對每一種連接方法不同聯(lián)接結(jié)構(gòu)的元素創(chuàng)新，從而獲得多種結(jié)構(gòu)類型方案。

（八）對機(jī)械結(jié)構(gòu)變元創(chuàng)新設(shè)計(jì)的優(yōu)化評測

對變元創(chuàng)新后的各類機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，往往我們要給一個綜合評測，通常情況下，采用綜合考慮到設(shè)計(jì)中的七個變元因素，對新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行模糊評測。在評測過程中，我們要先在腦海中形成一套基本的設(shè)計(jì)方案，然后通過建立起一些數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)者對每一種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合分析，并憑借自己掌握的經(jīng)驗(yàn)及知識能力進(jìn)行綜合評判。其中，要考慮到一些指標(biāo)，具體細(xì)化為社會效益，工藝性及可操作性、維修性、安全性等方面，同時借助推理、模擬等邏輯方法，最終從多種備用的不同結(jié)構(gòu)方案中，選取一個具有創(chuàng)造性的作為最后優(yōu)化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。對已確定的結(jié)構(gòu)方案，也可在采用上述評價變元因素基礎(chǔ)上，在變元之間聯(lián)動配合修改，達(dá)到更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)目的。

結(jié)語

機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于機(jī)械行業(yè)的發(fā)展而言具有舉足輕重的作用，它不僅能夠更好地滿足當(dāng)前社會對機(jī)械設(shè)備不斷升高的要求，實(shí)現(xiàn)各類機(jī)械零件的最佳組合，同時還可以推動機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此各機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)理應(yīng)在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)過程中充分采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，尋找最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以設(shè)計(jì)出更多的結(jié)構(gòu)方案，推動企業(yè)自身的發(fā)展，最終促進(jìn)社會的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]徐慧勇.淺析機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2010，（30）.

機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過程；注意事項(xiàng)

一、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。用基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細(xì)部等結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個階段：結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。

1.1方案階段的內(nèi)容：根據(jù)根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

1.2結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容：首先，荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載（例如，風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計(jì)算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。再次，內(nèi)力的計(jì)算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對構(gòu)件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。

1.3施工圖設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容：這一階段主要通過圖紙，把設(shè)計(jì)者的意圖和全部設(shè)計(jì)結(jié)果表達(dá)出來，作為施工制作的依據(jù)，它是設(shè)計(jì)和施工工作的橋梁。這一階段主要包括：設(shè)計(jì)總說明，總平面布置及說明，各專業(yè)全項(xiàng)目的說明及室外管線圖，工程總概算；各建筑物、構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)文件：建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、電氣、衛(wèi)生、熱機(jī)等專業(yè)圖紙及說明，以及公用設(shè)施、工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備安裝，非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備制造詳圖、單項(xiàng)工程預(yù)算等。

二、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)注意的事項(xiàng)

2.1關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽角問題。

2.1.1陽角面積在整個基礎(chǔ)底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。

2.1.2如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。

2.2關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節(jié)約；出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計(jì)算時此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。當(dāng)然此問題并不絕對，當(dāng)有數(shù)層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時，可靈活考慮；當(dāng)?shù)叵滤缓芨?，出基礎(chǔ)挑板，有利于解決抗浮問題；從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。

2.3關(guān)于梁、板的計(jì)算跨度一般的手冊或教科書上所講的計(jì)算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在應(yīng)用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結(jié)構(gòu)，簡單點(diǎn)講，可認(rèn)為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統(tǒng)一認(rèn)為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中，梁高比板厚大不了多少時，應(yīng)將計(jì)算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用臺階式獨(dú)立基礎(chǔ)變截面處的概念）柱子也可認(rèn)為是超大截面梁，所以梁配筋時應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。

2.4基坑開挖時，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計(jì)算沉降時，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計(jì)算沉降時應(yīng)按基底壓力計(jì)算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

2.5抗震縫應(yīng)加大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，按規(guī)范要求設(shè)的防震縫在地震時有40%發(fā)生了碰撞。故應(yīng)增大抗震縫間距。

2.6關(guān)于回彈再壓縮基坑開挖時，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，如獨(dú)立基礎(chǔ)，回彈可以忽略，在計(jì)算沉降時，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計(jì)算沉降時應(yīng)按基底壓力計(jì)算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

2.7主梁有次梁處加附加筋：一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋，附加箍筋可認(rèn)為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側(cè)補(bǔ)上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應(yīng)絕對。規(guī)范說的清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時，應(yīng)加附加筋。當(dāng)主梁高度很高，次梁截面很小、荷載很小時，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。還有當(dāng)主次梁截面均很大，如工藝要求形成的主次深梁，而荷載相對不大，主梁也可不加附加筋?？偟脑瓌t，當(dāng)主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產(chǎn)生的剪力在整個梁范圍內(nèi)是一樣，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時，也可滿足。

2.8一般情況下，懸挑梁宜做成等截面，尤其出挑長度較短時。與挑板不同，挑梁的自重占總荷載的比例很小，作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋，每個都不一樣，加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當(dāng)然，外露的大挑梁，可適當(dāng)變截面，使感官效果好些。

2.9當(dāng)建筑大多數(shù)房間較小，而僅一兩處房間較大時，如按大房間確定基礎(chǔ)板厚會造成浪費(fèi)，而按小房間確定則造成配筋困難，當(dāng)承載力能滿足要求時，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎(chǔ)板厚。

機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)范文第3篇

Abstract： In engineering practice， the mechanical structure analysis is common used analytical tool. ANSYS as a large finite element analytical software has powerful features in structural analysis. Combined with typical examples， this paper introduces the application of ANSYS in mechanical and structural engineering， elaborates the basic methods and simulation of ANSYS structural analysis， and discusses the development trends of ANSYS software in mechanical and structural analysis.

關(guān)鍵詞： ANSYS；機(jī)械；結(jié)構(gòu)分析；應(yīng)用

Key words： ANSYS；machinery；structural analysis；application

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）03-0203-02

0 引言

ANSYS是一款以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級CAD工具之一[1]。ANSYS中的Structral模塊提供了完整的結(jié)構(gòu)分析功能，包括幾何非線性、材料非線性、各種動力學(xué)分析等計(jì)算能力，此程序包在結(jié)構(gòu)分析方面具有強(qiáng)大的功能。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，常常會遇到各種各樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析問題：如機(jī)械結(jié)構(gòu)受力，變形及內(nèi)部應(yīng)力情況等等。利用ANSYS軟件對機(jī)械模型進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，通過應(yīng)力、應(yīng)變云圖直觀展示構(gòu)件的性能特點(diǎn)，從而為解決機(jī)械結(jié)構(gòu)中常見的問題提供理論依據(jù)。ANSYS仿真分析的結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)人員對實(shí)際生產(chǎn)方案作出準(zhǔn)確的判斷，節(jié)省物力財(cái)力，為提高生產(chǎn)效率及縮短設(shè)計(jì)研發(fā)周期的產(chǎn)生有很大的作用。本文結(jié)合典型工程實(shí)例介紹了ANSYS結(jié)構(gòu)分析的基本方法和分析過程，且對ANSYS軟件在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討。

1 ANSYS軟件計(jì)算分析的原理

ANSYS軟件計(jì)算分析的原理是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限多個單元，并在每一個單元中設(shè)定有限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連續(xù)的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一個插值函數(shù)來表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，進(jìn)而利用彈性力學(xué)、固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等力學(xué)中的變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元方程，從而將一個連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題[2]。求解后就可以利用解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個集合上的場函數(shù)。

2 ANSYS機(jī)械結(jié)構(gòu)分析的步驟

用戶可以使用ANSYS軟件進(jìn)行不同類型的分析。從簡單的線性、靜態(tài)分析，到復(fù)雜的非線性、瞬態(tài)分析，無論什么類型的分析，ANSYS都有基本固定的分析流程。ANSYS軟件具有多種有限元分析的能力，一個典型的ANSYS分析過程可分為以下三個步驟[3]：①創(chuàng)建有限元模型。包括創(chuàng)建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元 （節(jié)點(diǎn)及單元）；②施加載荷進(jìn)行求解。包括施加載荷及邊界條件；求解；③查看結(jié)果。包括查看分析結(jié)果；檢驗(yàn)分析是否正確。

ANSYS 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析的具體步驟如圖1所示。

3 工程實(shí)例分析

立體鋼架頂面承受1000N/m2的均布載荷，鋼架通過兩個孔的內(nèi)表面固定在墻上，鋼架材料的彈性模量為2.1×1011N/m2，泊松比為0.3，分析鋼架的變形及應(yīng)力分布。

①創(chuàng)建立體鋼架幾何模型及有限元模型，如圖2、3；

②加載求解，如圖4；

③查看結(jié)果，如圖5、6、7。

通過以上例子闡述了ANSYS在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中的基本原理和步驟，將ANSYS用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)仿真分析的結(jié)果進(jìn)一步了解機(jī)構(gòu)的性能特點(diǎn)，主動地尋求最佳設(shè)計(jì)方案，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更為合理，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量與工作性能[4]。

4 ANSYS在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中的發(fā)展趨勢

目前，ANSYS軟件已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究[5]，其技術(shù)涵蓋多個學(xué)科領(lǐng)域。隨著發(fā)展，ANSYS提供的機(jī)械工程仿真技術(shù)將越來越成熟。設(shè)計(jì)人員以真正耦合的方式使用 ANSYS技術(shù)，可獲得符合現(xiàn)實(shí)條件的解決方案，而綜合多物理場產(chǎn)品組合能使用戶利用集成環(huán)境中的多個耦合物理場進(jìn)行仿真與分析。ANSYS軟件可讓用戶更深入地鉆研，從而解決更多種類的問題，處理更為復(fù)雜的情況。因此，ANSYS產(chǎn)品以其靈活的仿真性能將會被越來越廣泛地關(guān)注和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]谷俊斌，賈宏玉.ANSYS軟件在工程力學(xué)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國冶金教育，2013（4）.

[2]莫維尼.有限元分析：ANSYS理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3]鄧凡平.ANSYS 12有限元分析自學(xué)手冊[M].北京：人民郵電出版社，2011.

機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞 機(jī)械設(shè)計(jì)；農(nóng)業(yè)；虛擬樣機(jī)技術(shù)

中圖分類號 TH166；TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）04-0191-01

虛擬樣機(jī)技術(shù)是指通過使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在沒有建造物理樣機(jī)的時候建立數(shù)字化的機(jī)械模型系統(tǒng)，并使用仿真分析方式，將該系統(tǒng)模型在實(shí)際運(yùn)作中的特性以圖形的形式顯示出來，從而尋找出最佳的機(jī)械設(shè)計(jì)方案。將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，有利于提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上應(yīng)用的意義

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中往往需要經(jīng)歷多個步驟，如再試驗(yàn)、設(shè)計(jì)的改進(jìn)、田間的試驗(yàn)、試制樣機(jī)等。而設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時候更多的是以自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)參數(shù)也通常靠經(jīng)驗(yàn)來確定，這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品對提高其質(zhì)量起到了嚴(yán)重的阻礙作用。而且我國的農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)用地的地形也具有多樣性的特點(diǎn)，以及對機(jī)械的要求也具有差異性，所以研制的農(nóng)業(yè)機(jī)械也應(yīng)當(dāng)具有針對性，結(jié)合作物的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在試制的時候由于受季節(jié)和氣候等因素的影響，將會造成設(shè)計(jì)周期的延長。隨著社會的進(jìn)步，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)難以滿足新時期的需求，在虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中之后，不但能夠模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能、結(jié)構(gòu)，還能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)的樣機(jī)缺陷，然后做出相應(yīng)的改進(jìn)，有效地在設(shè)計(jì)之初完善機(jī)械設(shè)計(jì)方案。另外，虛擬樣機(jī)技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了同步進(jìn)行設(shè)計(jì)工作和完善工作的目標(biāo)，對優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、做出前瞻性的決策發(fā)揮了重要作用。另外，還有利于節(jié)約機(jī)械原材料，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)成本的降低[1]。

2 虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的具體應(yīng)用

虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結(jié)合ADAMS進(jìn)行仿真分析農(nóng)業(yè)機(jī)械，以此來提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

2.1 ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

這種方法主要是將虛擬樣機(jī)的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析樣機(jī)的功能等。其優(yōu)勢在于可以無縫連接數(shù)據(jù)，但也存在較弱的建模功能的不足之處。較為復(fù)雜的、大型的模型很難建立起來。例如在設(shè)計(jì)農(nóng)用運(yùn)輸車的時候，基于原有的多體動力學(xué)模型，使用ADAMS仿真分析其平順性，對完善其性能發(fā)揮了重要作用；在建造稻麥聯(lián)合收割機(jī)模型的時候使用ADAMS中的仿真軟件，優(yōu)化了該模型的結(jié)構(gòu)；在使用ADAMS仿真建立收割機(jī)結(jié)構(gòu)的模型時，還仿真設(shè)計(jì)了割刀的運(yùn)動，仿真之后得出的結(jié)果也比較合理，仿真設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性較高，對機(jī)械設(shè)計(jì)具有極大的幫助[2]。

2.2 結(jié)構(gòu)分析軟件結(jié)合ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

由于ADAMS的結(jié)構(gòu)分析能力相對較弱，而且剛體是ADAMS主要的分析對象。因此，為了有效地分析柔性體，在仿真的時候就需要結(jié)合相關(guān)的結(jié)構(gòu)分析軟件。如ANSYS有限元分析軟件結(jié)合ADAMS，建立了水稻缽苗模型、水稻移栽機(jī)模型，比較物理試驗(yàn)的結(jié)果與仿真結(jié)果，驗(yàn)證模型的可行性，從而設(shè)計(jì)出質(zhì)量更優(yōu)的產(chǎn)品；這2個軟件結(jié)合還仿真建立了耕整機(jī)的樣機(jī)模型，并在實(shí)際測量具體的尺寸之后，研究耕整機(jī)的實(shí)際震動原理，從而根據(jù)其性能設(shè)計(jì)符合農(nóng)業(yè)實(shí)際需求的耕整機(jī)；另外使用ADAMS與ANSYS結(jié)合建模，還需要分析具體的作物特性，如基于了解了甘蔗的物理性能之后，先使用ANSYS將其數(shù)字模型建立起來，然后在虛擬樣機(jī)ADAMS引入數(shù)字模型，構(gòu)建工作對象甘蔗與虛擬樣機(jī)之間的聯(lián)系，使收獲機(jī)作用于甘蔗，并對機(jī)器的具體工作過程進(jìn)行精確的描述[3]。

2.3 控制系統(tǒng)分析軟件結(jié)合ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向是結(jié)合控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)，能夠促進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)自身復(fù)雜性的降低，利用結(jié)合的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以往不能完成的復(fù)雜運(yùn)動。同時還能促進(jìn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動，增強(qiáng)可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統(tǒng)的時候使用Mat lab結(jié)合ADAMS的方法，仿真分析其受到徑向正弦載荷作用之后，所呈現(xiàn)出的動力學(xué)的具體特征；在研究馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的特性時，可以先仿真收獲機(jī)輸送臂的液壓模塊、機(jī)械模型，仿真的時候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中構(gòu)件其控制模型，最終結(jié)合Mat lab與ADAMS集成仿真系統(tǒng)的模型。在分析系統(tǒng)模型之后，就可以實(shí)現(xiàn)仿真分析輸送臂工作原理的目的。

3 結(jié)語

總之，通過對虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的研究，可以了解目前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)存在的不足，將虛擬樣機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中可以有效解決其不足，還能夠滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的需求，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 牛.虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的應(yīng)用和發(fā)展初探[J].科技資訊，2013（31）：58，60.

機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)范文第5篇

關(guān)鍵詞：高性能塑料 螺桿 擠出纖維 生產(chǎn)線系統(tǒng)

高性能塑料螺桿擠出纖維的系統(tǒng)方法是按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的方法。要按照系統(tǒng)方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì),就要把所要設(shè)計(jì)的機(jī)器看成一個系統(tǒng),分析其所包含的組成部分與生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部及環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)作用,以及系統(tǒng)在更大范圍系統(tǒng)中的地位和作用,并從整體的角度將系統(tǒng)中人、物、能量和信息協(xié)調(diào)、處理好。在高性能塑料螺桿擠出纖維機(jī)械的設(shè)計(jì)中,往往要處理整體和部分的關(guān)系。整個目標(biāo)、整體功能是一切設(shè)計(jì)工作的基本出發(fā)點(diǎn),能夠體現(xiàn)出設(shè)計(jì)工作的最終目的。任何部分,特別是起關(guān)鍵作用部分的優(yōu)劣都會影響到整體功能。從系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)來看,部分性能的不協(xié)調(diào)會在經(jīng)濟(jì)上造成一定程度的浪費(fèi)或者是在功能上造成一定程度的損失。

1、高性能塑料螺桿擠出纖維的機(jī)理

在現(xiàn)今社會,以聚醚醚酮為代表的新型高性能塑料螺桿擠出纖維材料的生產(chǎn)具有非常重要的意義。高性能塑料具有高性能、高附加價值等特點(diǎn),在能源、電子、航空、信息、石油化工等領(lǐng)域發(fā)揮相當(dāng)大的作用,已經(jīng)被公認(rèn)為新材料領(lǐng)域的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。但是由于高性能塑料的熔點(diǎn)較高、熔體粘度較大,缺乏適宜的溶劑,難以制作預(yù)浸料和使復(fù)合材料成型,就算是制得預(yù)浸料,也會因?yàn)槿狈峁绦灶A(yù)浸料所具有的柔性和鋪敷性,制作復(fù)雜形狀鋪層很困難,進(jìn)而限制使用范圍。若是將高性能塑料制成纖維,就可以解決其溶解性較差、熔點(diǎn)較高、熔融粘度較大所造成的加工困難問題。

高性能塑料螺桿擠出纖維生產(chǎn)線的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)包括兩個主要的內(nèi)容,就是建立優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型和選擇優(yōu)化問題的求解方法。解析式的數(shù)學(xué)模型不僅取決于預(yù)定的優(yōu)化目標(biāo),還在相當(dāng)程度上依賴其對部件的工作情況及理論的認(rèn)識。三段式螺桿擠出機(jī),物料依次經(jīng)過固體輸送、熔融和熔體輸送等不同的輸送階段。螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是在保證擠出物質(zhì)量的前提下達(dá)到最高生產(chǎn)能力或最小功率消耗。一組基本參數(shù)的數(shù)值可以表示一個設(shè)計(jì)方案,高性能塑料螺桿直徑、長徑比、螺紋升角及螺桿槽深等參數(shù)直接關(guān)系到高性能塑料螺桿的生產(chǎn)能力、承載能力、動力消耗、擠出物質(zhì)量以及螺桿的機(jī)加工性等等。

高性能螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有多個特點(diǎn),例如:設(shè)計(jì)變量多,多目標(biāo)與單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)并存,數(shù)學(xué)模型的多維性和非線性,設(shè)計(jì)變量中多種量綱并存；螺桿擠出機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)可采用的算法,螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程根據(jù)擠出過程的現(xiàn)象建立物理模型,根據(jù)物理模型建立數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件編寫螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)程序,將程序輸入計(jì)算機(jī)并通過改變優(yōu)化目標(biāo)的取值進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,通過對計(jì)算機(jī)輸出的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析和驗(yàn)證,得出螺桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)。

2、高性能塑料螺桿擠出纖維的生產(chǎn)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)方法與總體設(shè)計(jì)

高性能塑料螺桿擠出纖維的生產(chǎn)要按照系統(tǒng)方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì),將所要設(shè)計(jì)的機(jī)器看成一個系統(tǒng)。在高性能塑料螺桿擠出纖維的機(jī)械設(shè)計(jì)中,經(jīng)常要處理整體和部分的關(guān)系。片面的提高其中的某一部分,忽略各部分的協(xié)調(diào)作用,都不會提高整體的性能,反而會因?yàn)椴糠值囊筇?使設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用增大。運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)知識,從各部分的協(xié)調(diào)匹配中提高機(jī)器整體的功能和價值,有可能促成機(jī)器整體功能發(fā)生質(zhì)變性突破。

高性能塑料螺桿擠出纖維生產(chǎn)系統(tǒng)所含的要素及其功能確定后,要根據(jù)各要素的特點(diǎn)、作用合理地確定其在系統(tǒng)中的地位、層次及順序,按照一定的次序?qū)⑾到y(tǒng)各部分安排在恰當(dāng)?shù)奈恢蒙?。高性能塑料螺桿擠出纖維生產(chǎn)系統(tǒng)的專業(yè)化程度越來越高,系統(tǒng)總體的某一功能由相應(yīng)部分專門來實(shí)現(xiàn),各組成部分之間相互協(xié)作,形成一個有機(jī)的整體。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,應(yīng)該注意協(xié)調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度與動作,適應(yīng)動力和阻力,負(fù)載、強(qiáng)度、壽命及精度要均衡等等。

2.2 總體設(shè)計(jì)方案

在高性能塑料螺桿擠出纖維的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中,要不斷地通過搜集、篩選、吸收有效信息,將處于無序狀態(tài)的各個組成部分綜合為有序的機(jī)械系統(tǒng),也就是機(jī)器方案的擬定、改進(jìn),產(chǎn)品的試制、改型和定型過程。應(yīng)用系統(tǒng)方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì),首先要根據(jù)調(diào)查研究確定整體目標(biāo),再將整體目標(biāo)分解為若干子目標(biāo)和功能團(tuán),形成多層次、有關(guān)聯(lián)的目標(biāo)集。然后根據(jù)目標(biāo)集構(gòu)造機(jī)器的組成部分及其結(jié)構(gòu)方式,合理地安排部署各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作。

在高性能塑料螺桿擠出纖維生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中,系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容為目標(biāo)分析和結(jié)構(gòu)分析。目標(biāo)分析就是把系統(tǒng)的總目標(biāo)分解為具有層次性的目標(biāo)集,為系統(tǒng)的分析奠定基礎(chǔ)。然后進(jìn)一步分析更低層次的目標(biāo),直到確定各功能團(tuán)的性能、參數(shù)和實(shí)施辦法。結(jié)構(gòu)分析就是根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)集確定系統(tǒng)的組成部分及其相互關(guān)系。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的功能是相關(guān)的。高性能塑料螺桿擠出纖維生產(chǎn)系統(tǒng)的組成部分和結(jié)構(gòu)方式有所不同,其性能也有所不同。在具體進(jìn)行設(shè)計(jì)時,結(jié)構(gòu)分析體現(xiàn)為總體方案的擬定,在進(jìn)行設(shè)計(jì)的步驟上總是會根據(jù)系統(tǒng)功能和工作原理把系統(tǒng)分為若干的相應(yīng)部分。進(jìn)而根據(jù)各部分的工作要求將其劃分為若干更小的部分,直到確定其具體的參數(shù)和尺寸。根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)分析和結(jié)構(gòu)的科學(xué)理論進(jìn)行系統(tǒng)分析,得出高性能塑料螺桿擠出纖維生產(chǎn)線的目標(biāo)樹和總體設(shè)計(jì)方案,為生產(chǎn)線的具體設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

3、結(jié)語

高性能塑料螺桿擠出纖維的過程是一個復(fù)雜的流變學(xué)和傳熱過程。將系統(tǒng)科學(xué)知識應(yīng)用于高性能塑料的螺桿擠出纖維生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中,運(yùn)用系統(tǒng)方法的觀點(diǎn),提出高性能塑料螺桿擠出纖維生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)原則,從其中的各部分協(xié)調(diào)匹配中提高整體的生產(chǎn)線功能與價值,進(jìn)而降低高性能塑料螺桿擠出纖維的研究成本,提高機(jī)械設(shè)備的利用效率,形成綜合性的開發(fā)、研究優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

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