50吨吊管机工作装置的强度分析毕业设计说明书(编辑修改稿)

50吨吊管机工作装置的强度分析毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

研究内容 及目的 吊管机主要实现的工作有吊钩的升降，吊臂的摆动和配重的升降。 其主要的工作装置 —— 吊臂 的 工作环境 十分恶劣 ，吊臂的结构强度是否满足施工要求变成了 一个急河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 5 待解决的问题。 为了 GDY50 吊管机工作的安全性、工作装置的优化设计和主要受力部件的安全，本文 首先利用 UG 进行吊臂的三维建模，再 利用 目前最主流且最具优势的结构分析方法 —— 有限元分析法对 GDY50 吊管机吊臂的 结构强度 进行分析计算 ，校验其是否满足既定要求。 其中用到的有限元软件有 UG， ANSYS和 ABAQUS，由于 ABAQUS需要的数据较多且在数据不多的 情况下结果和显示不是很理想，本文只论述了 UG 和ANSYS。 得出正确结果，以便指导工程设计 ，增加吊管机工作的安全性。 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 6 2 工作装置 三维 模型的建立 建模工具 UG 简介 UG 全称 Unigraphics NX， 是 Siemens PLM Software 公司推出的 工程 分析解决软件，它把 产品的设计加工过程进行了数字化的处理，这样就可以大大的减少 操作人员的工作量 ， 节省 了大量的 时间。 Unigraphics NX 针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方 案。 这是一个设计人员与机器双向交流的系统，它的功能非常强大，对于各种复杂繁琐的造型它可以轻松的实现造型。 UG 最开始主要的用户是工程师们，随着电脑技术的发展和软件的优化 处理 等 ，个人电脑上使用 UG 的用户越来越多，这就大大提升了 UG 的用户市场，也很大程度上刺激了 UG 的发展和进步。 其中 UG 主要的功能有： 工业设计 首先， UG 产生就是为了满足设计人员对于复杂模型的建模。 所以， UG 在复杂造型方面有不错的表现。 这种建模功能为工业设计人员提供了强大的支持并节省了大量的线下工作时间。 产品设计 在满足工业设计以后 ，工程师们越来越多的希望辅助软件可以在专业领域的设计方面提供更多的帮助，这就催生了 UG 在产品设计方面的应用。 例如：专业的管路和线路设计系统、钣金模块、焊接模块和其他行业设计所需的专业应用程序。 仿真、确认和优化 UG 功能的强大不仅仅限于它在各种建模方面的应用，也在于它整合了各种仿真软件。 例如：有限元分析的 NASTRAN。 在完成建模以后， UG 自己 可以完成对该模型的有限元分析，从而节省各种软件来回转换所浪费的时间。 但仿真分析的有些方面 UG并没有其他的专业软件操作简单，功能也没有别的专业软件丰富。 模具设 计 UG 是当今较为流行的一种模具设计软件，主要是因为其功能强大。 Mold Wizard（注塑模向导）是基于 NX 开发的，它是针对注塑模具设计方面的一河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 7 个专业的解决方案。 模块中配有常用的模具设计功能， 用户可以方便的进行设计，也可以按照个人 的操作习惯设计属于自己的操作界面 ， 还可以开发出新的模具等。 这在很大程度上节省了模具设计时间。 此外， Mold Wizard（注塑模向导）模块为设计人员提供了一个简单易懂的操作流程 ， 这些流程包括了从实体设计到最终成型的各个阶段。 直观形象、简便的操作大大 减少了工作时间，还可以轻松完 成 复杂的模具设计 【 13】。 模型的导入 首先 ， 打开 NX ，新建模型， 确定后 点击 菜单栏 “文件” 选项 ，选择导入 ，在下拉菜单中点击 parasolid， 从打开的窗口中 选择 文件 ，确定。 完成后即可导入整体 的 吊管机三维模型。 软件默认的背景颜色为渐变浅色，点击菜单栏“首选项”，选择“背景”，在弹出来的窗口中将渐变改为纯色，普通颜色设为白色，单击确定。 如图 21。 图 21整体 三维 模型 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 8 在导出结构模型后，在 UG 窗口中选择测量距离按钮，测量各个部件的具体数据，为接下来的建模做准备。 模型的建立 打开 ，新建模型，名称输入为“ shangzhibi”，单击确定， 开始建模。 点击 插入草图命令，这里选择默认的设置，即选择 XY 平面为草图的基准平面，单击确定。 选择视图，定向视图到草图 ，这时正对着草图基准平面。 选择草图工具栏里的矩形 命令 ，单击原点后输入数值，单击空白处确定。 再选择“圆”工具，画出四个圆，输入直径。 最后选择快速修剪命令，将草图中多余的线去掉，完成草图。 选择工具栏“拉伸”命令，选中草图曲线，矢量为 ZC 方向，开始距离值 55mm，单击确定。 完成上支臂的三维建模。 如图 22。 图 22上支臂三维模型建立 下支臂建模时先拉伸底面平板，再以平板左面为草图基准面，画出草图后拉伸弯杆。 具体步骤为： 新建基准平面，选择按某一距离，选择第二次拉伸的草图平面，距离输入 ，单击确定，即建立一个基准面。 选择插入，关联复制，镜像体命令。 选择好体和镜像平面后确定 ，产生平板左侧结构的镜像体。 然后在建立的基准面上画河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 9 一个草图，外径 57mm，内径 50mm，约束好位置后拉伸， XC 方向，开始值 ，结束值 ，单击确定。 调整边倒圆 为半径 30mm， 完成下支臂的建模。 如图 23。 图 23下支臂三维模型建立 吊臂建模 时 先建立各个部件的三维模型，再通过 装配 约束将各个部件连接在一起，组成整体的吊臂模型。 装配 具体步骤如下：打开 UG，新建装配，确定后即系统提示添加部件。 选择窗口中打开命令，选中优先装配的 几个 部件，单击确定。 坐标可以选择默认值 ，确定。 这时几个部件处在原点处，且相互嵌插。 右击要移动的部件，选择移动命令。 拖动移动坐标的箭头和弧形可以相应移动部件的空间位置。 移动到大概位置后选择装配工具条里约束按钮，相应选择接触对齐、平行、胶合等约束将各个部件连结成一整体。 装配好后再选择装配 条里的添加按钮，循环上一步骤。 显示约束的 装配图 如图 24。 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 10 图 24吊臂三维模型建立 本章小结 本章首先是建模工具 UG 的简介，介绍了 UG 建模的优势和主要功能。 随后导入整机三维模型，将三个部件导出后进行数据测量，详细记录数据后开始结构三维模型的建立。 三维建模这一步骤十分关键，直接影响后续的网格划分和结果的正确性。 充分做好建模工作后开始进行有限元分析步骤。 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 11 3 UG中 有限元模型 有 限元模型 简化 在前期的学习准备中进行了上下支臂的有限元分析，过程很简单且内容与接下来的吊臂分析步 骤有重叠，这里不再赘述。 模型结构 复杂，有缺陷面和小细缝等都会导致后续网格划分的失败或者网格划分成功后结果不能显示等问题，所以需要进行有限元模型简化。 有限元模型简化是一个不断尝试 和需要经验 的过程。 首先 去掉对模型应力影响不大的结构或特征，检查模型细微处是否有瑕疵。 修剪好模型 后 ，用工具栏求和命令将部件进行整体求和。 这里有一个小技巧，在装配状态下不能进行求和或者模型的修剪。 需要进行插入，关联复制，提升体命令，选择所有部件，单击应用。 这样就可以对模型进行修剪、求和、删除面、填补缝隙等操作了。 如图 31， 32。 图 31修剪部分 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 12 图 32填补缝隙部分 通过 UG 的 拉伸求差命令将多余部分修剪掉；通过 投影，拉伸等功能将问题处的空隙填补上，再经过 工具栏的 求和 命令求和 成一个 整 体。 在进行网格划分时 还是 由于结构复杂 ，电脑卡机， 网格划分失败。 再次 经过拉伸求差、删除圆角面、抑制部分部件、改变部分部件形状等操作将吊臂进行简化 ，去除了一些对结构力学性能影响不大的零件等 ，最后简化模型如图 33： 图 33简化后吊臂 模型 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 13 有限元模型网格划分 点击“开始”，“高级仿真”， 右击仿真导航器里部件名称，选择“新建 FEM 和仿真”选 项。 两个“确定”后右击仿真文件视图里 fem 为后缀的文件，选择“设为显示部件”。 后指定材料“ SteelRolled”， 再 进行网格划分。 选择 “ 3D 四面体网格 ”， 单元大小为 20mm。 网格划分成功后如下图所示： 图 34有限元网格划分局部图 1 图 35有限元模型网格划分 局部图 2 河北工业大学 2020 届本科毕业设计说明书 14。