现代机械设计方法 末作业 桁架的ansys设计.doc

内蒙古科技大学 现代机械设计方法 期末作业 00000国际学院 机械0000班 2010/6/15 关于ANSYS桁架分析的现代设计方法 和传统机械设计的比较 任课教师：0000 关于ANSYS桁架分析的现代设计方法 和传统机械设计的比较 00000 （内蒙古科技大学 国际学院 机械0000班 0000000） 摘要：通过桁架分析的具体实例，比较传统理论力学计算与ANSYS辅助设计的过程，体会现代设计方法的重要性。 关键词：桁架；ANSYS；传统设计；现代设计 （一）关于传统设计 1、理论设计 根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。 如对简单受拉杆的强度设计： 设计强度计算式 σ≤σlim/s 或 F/A≤σlim/s 式中 F:作用在杆上的外载荷 A:拉杆的横截面积 σlim:拉杆材料的极限应力 S:安全系数 可以利用上面公式直接求解杆件必须的横截面积，也可以按其他方法先初步设计杆件的横截面尺寸，然后用强度计算公式去校核。 2、经验设计 根据某类零件已有的设计方法与经验关系式，或根据设计者个人的工作经验用类比办法所进行的设计叫经验设计。 （二）关于优化设计 在设计过程中，常常需要根据产品设计的要求，合理确定各种参数，例如：重量、成本、性能、承载能力等等以期达到最佳的设计目标。优化设计就是为解决这一问题而发展起来的一门新的学科，它建立在近代数学最优化方法和计算机程序设计的基础上,成为解决复杂设计问题的一种有效工具。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，使得在解决复杂问题时，能从众多的设计方案中寻求尽可能完善的或最适宜的设计方案,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。在农业机械设计中采用优化设计方法,不仅可以减轻机械设计自重，降低材料消耗与制造成本，而且可以提高产品的质量与工作性能。因此,优化设计已成为现代机械设计理论和方法中的一个重要领域，并且愈来愈受到从事机械设计的科学工作者和工程技术人员的重视。包装机械优化设计的步骤概括起来为： （1）描述工程问题,获取材料的机械性质及几何条件、外力、边界条件。 （2）定义材料特性,建立实体模型。 （3）根据工程实际问题定义设计变量、状态变量和目标函数。 （4）针对数学模型选择一个或几个最佳算法。 （5）按照算法，编成计算机迭代程序。 （6）利用计算机进行计算，寻求最优解。 （三）关于ANSYS 把物理结构分割成不同大小、不同类型的区域，这些区域就称为单元。根据不同分析学科，推倒出每个单元的作用力方程，组集成整个结构的系统方程，最后求解该系统方程就是有限元法。简单地说，有限元法是一种离散化的数值方法。离散后的元与单元间只通过节点相联系，所有力和位移都通过节点进行计算。对每个单元，选取适当的插值函数，使得该函数在子域内部、子域分界面上（内部边界）以及子域与外界分界面（外部边界）上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程组合起来，就得到了整个结构的方程。求解该方程，就可以得到结构的近似解。离散化是有限元方法的基础。必须依据结构的实际情况，决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式。这样做的目的是：将结构分割成足够小的单元，使得简单位移模型能足够近似地表示精确解。同时，又不能太小，否则计算量很大。选取的函数通常是多项式，最简单的情况是位移的线形函数。这些函数应当满足一定条件，该条件就是平衡方程，位能指的是弹性体由于变形存储起来的内能和外载荷施加的能量之和，如果物体处于平衡状态，则位能将处于极小值。所以对位能求导数，并令该导数为零，就得到平衡方程。在数学上，其理论基础是变分法。应用到结构上时，就是能量原理。根据所用方法的不同，得到的方程组中所含未知数的性质分为三种情况： （1）当以最小的位能原理为基础的位移法求解时，未知量为位移； （2）当以最小的余能原理为基础的应力法求解时，未知量是应力； （3）以这两种方法混合求解时，则未知量为位移和应力的组合。 在广义上，有限元的未知量称为场变量，比如结构分析中的位移、热分析中的温度等。场变量模型和模式，是一个假设函数，用它来近似表示有限元上场变量的分布或变化。对于分析载荷矢量，用节点作用量或节点力参数量来代替，比如施加的温度，流体力学中的流量等。 （四）应用实例 如图（a）所示平面桁架，各杆件的长度都等于1m。在节点E,G,F上分别作用载荷FE=10KN,FG=7KN,FF=5KN。试计算杆1,2和3的内力。 1、理论设计 解：先求桁架的支座反力，以桁架整体为研究对象，受力如图（a）。列出平衡方程： ∑FX=0，FAX+FF=0 ∑FY=0，FAY+FBY－FE－FG=0 ∑MB(F)=0，FE·2m+FG·1m－FAY·3m—FFsin60°·1m=0