弧形深松铲的有限元分析
—基于Pro/E5．0与ANSYS Workbench
袁军，王景立
（吉林农业大学工程技术学院，长春130118）
摘要：采用Pro/E5．0软件建立弧形深松铲的三维模型，并将三维模型导入到ANSYS Workbench中，在Work-bench中对其进行结构强度、刚度校核以及模态分析，得到其在工作载荷下的变形、应力和模态频率，并在结构尺寸上进行优化设计，使其在结构强度上得到了改进。
关键词：深松铲；Pro/E；ANSYS Workbench；有限元
中图分类号：S222．12+9文献标识码：A文章编号：1003－188X（2012）01－0037－04
0引言
深松铲作为深松技术的核心部件，主要受到来自土壤的复杂、随机变化的载荷的作用，由于阻力过大，常导致深松铲弯曲变形，同时大块土壤被翻起［1］。传统的类比设计方法是在经验的基础上进行的，对于深松铲的结构尺寸与结构分析不够精确。本文利用Pro/E5．0三维设计软件对弧形深松铲进行参数化建模，并运用Pro/E与ANSYS Workbench软件间的数据接口，将模型导入到ANSYS Workbench中，对其进行结构强度、刚度校核以及模态分析。有限元法是一种在工程分析工程中常用的解决复杂问题的近似的数值分析方法，并因在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用。
1弧形深松铲有限元模型的建立
1．1弧形深松铲Pro/E模型的建立
建立准确可靠的弧形深松铲三维模型是进行有限元分析的重要步骤之一［2］。Pro/E作为专业的CAD/CAM系统，具有强大的参数化功能。用Pro/E 建立弧形深松铲模型，如图1所示；并将深松铲的尺寸参数d34、d35与d33的参数名称前加DS，如图2所示，这样可以将3个尺寸参数导入ANSYS中。为了方便计算机模拟分析，把模型进行简化，忽略一些小
收稿日期：2011－03－21
基金项目：吉林省科技厅资助项目（20090212）
作者简介：袁军（1985－），男，江苏宿迁人，硕士研究生，（E－mail）yuanjun20008@163．com。
通讯作者：王景立（1965－），男，吉林吉林人，副教授，硕士生导师，（E－mail）wjlwy2004@sina．com 圆角、小圆孔和一些小实体
。
图1弧形深松铲Pro/E模型
Fig．1The Pro/E model of the curved sub－soiling shovel
图2Pro/E参数定义
Fig．2The definition of the Pro/E parameters
1．2ANSYS Workbench中的参数化定义
将Pro/E5．0与ANSYS12．1安装在同一机器中，
利用ANSYS12．1的ANSYS CAD Configuration manag-er12．1模块指定Pro/Engineer的安装位置和启动项位置，确定后启动Pro/E5．0，会在软件的工具栏中出现ANSYS12．1工具条，软件连接完毕。打开深松铲模型，点击Pro/E5．0工具栏里的ANSYS12．1下的Workbench，进入ANSYS Workbench环境中，双击Grometry进入DesignModeler环境，点击Generate导入模型，并在Details View中的Parameters中选中DS_ d33，DS_d34与DS_d353个尺寸作为参数，界面如图3所示。
图3ANSYS Workbench参数定义
Fig．3The definition of the ANSYS Workbench parameters
1．3网格的划分
将模型导入Static Structure中，进行网格划分是有限元前处理的关键工作，网格划分的质量和优劣将对计算结果产生很大影响［3］。ANSYS Workbench的网格划分是非常智能化的，设定Element Size为5．0mm，Relevance Center为fine，transition为slow，然后进行网格划分，共可生成77878个节点，49771个单元，如图4所示
。
图4网格划分
Fig．4The meshing in ANSYS Workbench 1．4载荷与边界的约束
深松铲所受载荷的确定是在吉林大学农机实验室的土槽试验台上测得的。在本实验中用合力的形式将其作用在深松铲的铲头部分，分别为沿X方向的3000N的力和沿Y方向的－2000N的力，位置约束是根据深松铲在实际工作过程中的状态确定的，对前后两个面进行固定支点约束，如图5所示
。
图5边界约束
Fig．5The boundary constraint in ANSYS Workbench
2深松铲的刚度、强度分析
深松铲的应力主要集中在铲柄中部和铲刃（22．4 179．2MPa），如图6所示。
最大应力位于铲柄与机架连接处，为201．6MPa。铲的材质为65Mn钢，屈服极限784MPa，由此可见结构强度满足要求。深松铲最大应变为0．001008mm，其最大位移位于铲尖部分，数值为1．3877mm，如图7所示
。
图6应力云图
Fig．6The stress nephogram in ANSYS Workbench
图7位移云图
Fig．7The displacement of convective in ANSYS Workbench
3深松铲模态分析
在Modal模块中对深松铲进行模态分析，模态频率如表1所示，第1阶模态变形主要为Z轴方向的摆动，如图8所示。第2阶模态频率变形为X方向的摆动，第3阶模态变形主要为绕Y轴方向的转动。通过对深松铲的模态分析可知，深松铲各阶模态频率之间都有较大间隔，发生外界干扰时，不会同时与几个频率接近，不会发生振动的叠加［4］。
表1模态频率
Tab．1Modal frequency of the model
Mode Frequency/Hz
175．909
2168．740
3333．710
4601．770
5735．230
61282．
300
图8一阶模态频响图
Fig．8The first－order modal response 4结构改进
返回到DesignModeler模块中修改参数DS_d33的值为20mm，自动生成模型。而模型自动生成相应的静态分析与模态分析也将自动更新，更新后的结果为最大应力为188．45MPa，最大位移为1．3464mm，如图9所示，模态频率如表2所示。通过对比，改进后的强度及一阶模态频率都优于改进前
。
图9优化后应力云图
Fig．9The stress nephogram of the optimized model
表2优化后模态频率
Tab．2Frequency of the optimized model
Mode Frequency/Hz
176．808
2172．93
3338．41
4617．62
5757．38
61330．4
5结论
优化前的模型最大应力位于铲柄与机架连接处，大小为201．6MPa，最大位移在铲尖处，为1．3877mm；优化后的模型最大应力也是位于铲柄与机架连接处，大小为188．45MPa，最大位移为1．3464mm。优化后的模型较优化前在最大应力、最大位移与模态频率方面都有所改进，进一步验证了修改方案的合理性。
本文通过Pro/E5．0软件建立弧形深松铲的三维模型，并利用软件接口将三维模型导入到ANSYS Workbench中，在Workbench中对其进行结构的强度、刚度校核及模态分析，并对结构尺寸上进行优化设计，改进了深松铲的结构强度，节省了设计时间，为弧形深松铲进一步优化设计提供依据。
参考文献：
［1］张功学，田杨．基于ANSYS Workbench的变速自行车车架的有限元分析［J］．信息化纵横，2009（6）：63－65．
［2］牛彦．基于COSMOS_works的深松铲强度有限元分析［J］．辽宁工业大学学报（自然科学版），2009，28（3）：195
－197．
［3］毛显红．基于有限元分析的摩托车车架优化设计［J］．小型内燃机与摩托车，2007，36（5）：35－37．
［4］牛彦．深松铲的模态试验与分析［J］．农机化研究，2008（1）：45－47．
Finite Element Analysis of Strength of Curved Sub－soiling
Shovel Based on Pro/E5．0and ANSYS Workbench
Yuan Jun，Wang Jingli
（College of Engineering Technology，Jilin Agricultural University，Changchun130118，China）
Abstract：The3－D model of curved sub－soiling shovel was created，using Pro/E5．0software，and the model was sent to ANSYS workbench．The finite element analysis of curved sub－soiling shovel model was carried out with work-bench．The strength and rigidity of structural was studied．The distortion，stress and modal frequency of curved sub－soi-ling in service load were obtained．The dimension of the curved sub－soiling shovel was modified based on the analysis result，and the strength and rigidity of structural were optimized．
Key words：sub－soiling；Pro/E；ANSYS Workbench；finite element analysis
（上接第32页）
Abstract ID：1003－188X（2012）01－0029－EA
Status Quo and Outlook of Value Research of
Cultivated Land Resource in China
Wu Zhaojuan，Wei Chaofu
（College of Resources and Environments，Southwest University，Chongqing400715，China）
Abstract：The purpose of the paper is to review and forecast the study of cultivated land value in china，and point out flaws in the existing studies and the in－depth directions in future studies．Method of documentation was employed，results indicate that existing studies of cultivated land value mainly focus on the constitution of value，value calculation in region-al scale、calculation method and influencing factor．It is concluded that the studies regarding the realization，promotion，parcel research scale，evaluation model，influencing factor model，farmer behaviour shall be enhanced．
Key words：land resource；the value of cultivated land；status quo and outlook
《有限元分析与应用》详细例题 试题1：图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比 较： 1）分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算； 2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算； 3）当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。 一．问题描述及数学建模 无限长的刚性地基上的三角形大坝受齐顶的水压作用可看作一个平面问题，简化为平面三角形受力问题，把无限长的地基看着平面三角形的底边受固定支座约束的作用，受力面的受力简化为受均布载荷的作用。 二．建模及计算过程 1. 分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算 下面简述三节点常应变单元有限元建模过程（其他类型的建模过程类似）： 1.1进入ANSYS 【开始】→【程序】→ANSYS 10.0→ANSYS Product Launcher →change the working directory →Job Name: shiti1→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 单元是三节点常应变单元，可以用4节点退化表示。 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4 node 42 →OK (back to Element Types window)→Options… →select K3: Plane Strain→OK→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数
农机深松整地作业工作情况汇报农机深松整地 精心组织强力推进农机深松工作成效显著按照《全国农机深松整地作业实施规划（2016-2020）》和省、市农机部门关于农机深松整地作业的要求，我市精心组织、强力推进，采取有效措施，农机深松工作取得显著成效，顺利完成了今年的农机深松整地作业任务，现将工作情况汇报如下：一、深松作业完成情况今年我市农机深松整地作业工作在**、**、**等*镇全面展开，共上阵深松机237台，已完成农机深松整地作业面积16.1万亩，其中农机深松作业试点补助在**、**、、、**等镇实施，已完成合格作业面积3万亩，全面完成了今年的农机深松作业和试点补助任务。 二、深松监测仪安装及使用情况我市参加农机深松作业试点补助的深松机全部安装了由山东科大微机应用研究所有限公司生产的深松监测仪，共安装深松监测仪32台,对深松作业进行全程监控，实时传输作业深度、地点、速度、面积等，保证了深松作业的质量和面积，实现了对农机深松试点作业补助的智能化、信息化管理。但也存在部分问题，如数据传输延迟，作业作息不能及时上传显示；有时作业作息传输错误，正常合格作业面积不能统计；监测仪使用可靠性较差，故障率较高。 三、工作开展情况1、精心组织，加强领导，完善工作机制。 为保证农机深松整地作业工作的顺利开展，我市专门成立了**市农机深松整地作业补助试点工作领导小组，并明确各镇主要负责同志为第一责任人，定期召开会议，研究解决农机深松整地作业的问题，制定了实施方案，建立了督导考核机制，组成了联合督导检查组，不定期进行督导检查，并将工作开展情况作为各镇工作目标责任制考核内容，形成了分工负责、逐级负责的组织领导体系，为农机深松作业工作的开展提供了强有力的组织机制保障。 2、大力宣传，营造良好舆论氛围。
有限元分析及应用作业报告
目录 有限元分析及应用作业报告....................................... I 目录 ........................................................ II 试题1 . (1) 一、问题描述 (1) 二、几何建模与分析 (2) 三、第1问的有限元建模及计算结果 (2) 四、第2问的有限元建模及计算结果 (7) 五、第3问的有限元建模及计算结果 (13) 六、总结和建议 (16) 试题5 (17) 一、问题的描述 (17) 二、几何建模与分析 (18) 三、有限元建模及计算结果分析 (18) 四、总结和建议 (26) 试题6 (27) 一、问题的描述 (27) 二、几何建模与分析 (27) 三、有限元建模及计算结果分析 (27) 五、总结和建议 (35)
试题1 一、问题描述 图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较： 1)分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算； 2)分别采用不同数量的三节点常应变单元计算； 3)当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。 图1-1模型示意图及划分方案
二、几何建模与分析 图1-2力学模型 由于大坝长度>>横截面尺寸，且横截面沿长度方向保持不变，因此可将大坝看作无限长的实体模型，满足平面应变问题的几何条件；对截面进行受力分析，作用于大坝上的载荷平行于横截面且沿纵向方向均匀分布，两端面不受力，满足平面应变问题的载荷条件。因此该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图1-2所示，建立几何模型，进行求解。 假设大坝的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3 三、第1问的有限元建模 本题将分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算。1）设置计算类型：两者因几何条件和载荷条件均满足平面应变问题，故均取Preferences为Structural 2）选择单元类型：三节点常应变单元选择的类型是PLANE42（Quad 4node42），该单元属于是四节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为三节点单元；六节点三角形单元选择的类型是PLANE183（Quad 8node183），该单元属于是八节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为六节点单元。因研究的问题为平面应变问题，故对Element behavior（K3）设置为plane strain。 3）定义材料参数：按以上假设大坝材料为钢，设定：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3 → OK 4）生成几何模型： a. 生成特征点：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints→In Active CS→依次输入三个点的坐标：
同济大学本科课程期终考试统一命题纸A卷 2007—2008学年第二学期 一．是非题（认为该题正确，在括号中打√；该题错误，在括号中打×。）(每小题2分) （1）用加权余量法求解微分方程，其权函数V和场函数u的选择没有任何限制。（）（2）四结点四边形等参单元的位移插值函数是坐标x、y的一次函数。（）（3）在三角形单元中，其面积坐标的值与三结点三角形单元的结点形函数值相等。（）（4）二维弹性力学问题的有限元法求解，其收敛准则要求试探位移函数C1连续。（）（5）有限元位移法求得的应力结果通常比应变结果精度低。（）（6）等参单元中Jacobi行列式的值不能等于零。（）（7）在位移型有限元中，单元交界面上的应力是严格满足平衡条件的。（）（8）四边形单元的Jacobi行列式是常数。（）（9）利用高斯点的应力进行应力精度的改善时，可以采用与位移插值函数不同结点的形函数进行应力插值。（）（10）一维变带宽存储通常比二维等带宽存储更节省存储量。（）二．单项选择题（共20分，每小题2分） 1 在加权余量法中，若简单地利用近似解的试探函数序列作为权函数，这类方法称为 ________________。 （A）配点法（B）子域法（C）伽辽金法 2 等参变换是指单元坐标变换和函数插值采用______的结点和______的插值函数。 （A）不相同，不相同（B）相同，相同（C）相同，不相同（D）不相同，相同 3 有限元位移模式中，广义坐标的个数应与___________相等。 （A）单元结点个数（B）单元结点自由度数（C）场变量个数 4 采用位移元计算得到应力近似解与精确解相比较，一般___________。 （A）近似解总小于精确解（B）近似解总大于精确解（C）近似解在精确解上下震荡（D）没有规律 5 如果出现在泛函中场函数的最高阶导数是m阶，单元的完备性是指试探函数必须至少 是______完全多项式。 （A）m-1次（B）m次（C）2m-1次 6 与高斯消去法相比，高斯约当消去法将系数矩阵化成了_________形式，因此，不用进 行回代计算。 （A）上三角矩阵（B）下三角矩阵（C）对角矩阵 7 对称荷载在对称面上引起的________________分量为零。 （A）对称应力（B）反对称应力（C）对称位移（D）反对称位移 8 对分析物体划分好单元后，__________会对刚度矩阵的半带宽产生影响。 （A）单元编号（B）单元组集次序（C）结点编号 9 n个积分点的高斯积分的精度可达到______阶。 （A）n-1 （B）n（C）2n-1 （D）2n 10 引入位移边界条件是为了消除有限元整体刚度矩阵K的__________。 （A）对称性（B）稀疏性（C）奇异性 三．简答题（共20分，每题5分）
开展农机深松整地作业情况汇报:农机深松整地 开展农机深松作业，提高耕地质量-**市开展农机深松整地作业 情况汇报长期以来，受传统农业耕作方式的影响，农民习惯用旋耕 进行耕作，从而造成耕层变浅，板结严重，土壤蓄水保墒能力明显 不足，切实迫切需要改变耕作方式，为此，**市从2011年以来，大 力推广了农机深松整地作业，截止目前深松面积约占耕地面积的70%，取得了农户、农机专业合作社、政府主管部门等多方满意的良 好效果，推动了农业机械化水平的进一步提高。 一、经验作法（一）、精心组织，加强领导，完善工作机制。 为保证农机深松整地作业工作的顺利开展，**市专门成立**市农机深松整地作业补贴工作领导小组，并明确各镇（办）主要负责同 志为第一责任人，定期召开会议，研究解决农机深松整地作业的问题，研究制定了《**市农机深松整地作业补贴实施方案》，建立了 督导考核机制，抽调财政、农机等部门，组成联合督导检查组，不 定期进行督导检查，并将工作开展情况作为各镇（办）工作目标责 任制考核内容，形成了分工负责、逐级负责、镇（办）主要领导负 总责的强有力的组织领导体系，为农机深松整地作业工作的开展提 供了强有力的组织机制保障。 （二）、宣传发动，积极引导，营造良好农机深松整地作业舆论氛围。 农机深松整地作业是一项改善土层结构、增强土壤抗旱排涝能力、提高土地产出水平和产出效益的农机作业新技术。为了使这项技术 迅速推广开来，**市首先在加强宣传引导上狠下了功夫。一是基层 发动。根据市政府统一安排部署，各镇（办）、村庄分别通过召开 会议、大喇叭广播等形式，传达了《**市农机深松整地作业补贴实 施方案》及春、秋季《农机深松整地作业补贴工作实施意见》，基 本做到了家喻户晓。二是部门推动。**市农机局多次召开镇（办） 农机站长、农机大户和部分农民代表座谈会，对推行农机深松整地
深松铲耐磨堆焊技术 北京固本科技有限公司 深松铲是深松机的核心部件，其性能代表着深松技术水平，其工作条件相对比较恶劣，在较硬物料磨损的情况下还承受一定的冲击力，因此，深松铲需要较高的硬度、冲击韧性和耐磨性。 深松铲的类型及特点 深松铲由铲头（又称铲尖）和铲柱两部分组成。 铲头是深松铲的关键部件。常用的铲头型式有凿形铲、鸭掌铲、双翼铲等。 凿形铲的宽度较窄，和铲柱宽度相近，其形状有平面形和圆脊形。圆脊形碎土性能较好，并且具有一定的翻土作用。 平面形的工作阻力较小，结构简单，强度高，制作方便，磨损后很容易更换，既适用于行间深松，也适用于全面深松，是应用最广的一种深松铲。 鸭掌铲和双翼铲铲头较大，这类铲头主要用于行间深松。双翼铲更常用于分层深松时松表层土壤，当土壤强度较低时，也可用于深松。 深松铲耐磨堆焊 深松铲在耕作过程中承受交变应力及与土壤中的砂石、根茬及腐蚀性物质接触，铲尖部位易发生严重的磨损失效，其中40％~50％为低应力的磨料磨损造成的。深松铲磨损后入土性能下降、耕深稳定性变差、牵引阻力和油耗增加、更换次数增多，从而增加了作业成本比。为了提高深松铲的耐磨料磨损性能、延长其耕作寿命，北京固本成功研制3款深松铲耐磨焊丝。以氩弧焊工艺为深松铲磨损、腐蚀问题提供专业解决方案。 kb599耐磨焊丝 填充碳化钨粉末的耐磨焊丝，与北京工业大学首创合作研发而成，焊后无裂纹，堆焊层光滑美观，超高硬度、超强耐磨。堆焊硬度68-75 HRC。 kb588耐磨焊丝 填充碳化钨粒子的复合焊丝，德国技术，国内首创，堆焊硬度高达68HRC ，耐磨性超高铬铸铁3倍。 kb566耐磨焊丝 填充碳化钨粒子的复合焊丝，碳化钨粒子嵌入马氏体基体，耐磨硬质相碳化物碳化硼，适用于要求强烈耐磨损工件表面的焊接，单层堆焊HRC≥60 。
农机深松整地项目实施方案 按照农业部办公厅《关于印发全国农机深松整地作业实施规划（X －X）的通知》（农办机〔X〕2号）和X省农业机械管理局、X省财政厅《关于印发X省X年农机深松整地项目实施方案的通知》（X农机发〔X〕X号）文件精神，结合我县三年来农机深松整地作业实施情况，特制定本实施方案。 一、基本原则和目标任务 （一）基本原则 农机深松整地项目实施的基本原则是：区域布局，整村推进；部门协作，行政推动；农民自主，市场运作；定额补助，先干后补；公开公正，严格监督。 按照省、市要求，由县农机局公开参加深松作业的农机专业合作社标准条件，严格把关，确定符合条件的参加作业；各镇街选好项目实施推进村，做好年度计划申报工作，做到整村推进、集中连片。在适宜深松区域，同一地块原则上三年深松一次，各镇街严格审核上报深松作业农户和面积。 （二）目标任务 X年完成省、市农机局下达我县深松整地作业面积12万亩。 二、实施区域 坚持整村推进的原则。在全县11个镇街（不包含X镇）实施农
机深松整地作业补助项目。 三、补助对象和标准 （一）补助对象 项目区内自愿实施农机深松整地作业的农民、种粮大户、家庭农场及从事粮食规模化生产经营组织（以下简称农户）或者开展农机深松整地作业的农机专业合作社。 农机深松整地作业只能单方（农户或农机专业合作社）享受作业补助。 （二）补助标准 农机深松整地项目完成后，经验收作业质量达到标准要求的每亩补助20元。 四、作业时段、作业模式和作业质量 （一）作业时段 全县深松整地作业一般集中在春播前、夏休闲、秋播前和冬休闲四个时段。 （二）作业模式 根据土壤类型、耕作制度和机具配备情况，提倡选择适合本区域的农机深松整地模式，如：深松+旋耕整地作业模式或单一深松整地作业模式。有条件的镇街也可根据大马力拖拉机配置，选择灭茬+旋耕+深松作业多项复式联合整地作业等。 （三）作业质量
一 判断题（20分） （×）1. 节点的位置依赖于形态，而并不依赖于载荷的位置 （√）2. 对于高压电线的铁塔那样的框架结构的模型化处理使用梁单元 （×）3. 不能把梁单元、壳单元和实体单元混合在一起作成模型 （√）4. 四边形的平面单元尽可能作成接近正方形形状的单元 （×）5. 平面应变单元也好，平面应力单元也好，如果以单位厚来作模型化 处理的话会得到一样的答案 （×）6. 用有限元法不可以对运动的物体的结构进行静力分析 （√）7. 一般应力变化大的地方单元尺寸要划的小才好 （×）8. 所谓全约束只要将位移自由度约束住，而不必约束转动自由度 （√）9. 同一载荷作用下的结构，所给材料的弹性模量越大则变形值越小 （√）10一维变带宽存储通常比二维等带宽存储更节省存储量。 二、填空（20分） 1．平面应力问题与薄板弯曲问题的弹性体几何形状都是 薄板 ，但前者受力特点是： 平行于板面且沿厚度均布载荷作用 ，变形发生在板面内； 后者受力特点是： 垂直于板面 的力的作用，板将变成有弯有扭的曲面。 2．平面应力问题与平面应变问题都具有三个独立的应力分量： σx ，σy ，τxy ，三个独立的应变分量：εx ，εy ，γxy ，但对应的弹性体几何形状前者为 薄板 ，后者为 长柱体 。3．位移模式需反映 刚体位移 ，反映 常变形 ，满足 单元边界上位移连续 。 4．单元刚度矩阵的特点有：对称性 ， 奇异性 ，还可按节点分块。 5．轴对称问题单元形状为：三角形或四边形截面的空间环形单元 ，由于轴对称的特性，任意一点变形只发生在子午面上，因此可以作为 二 维问题处理。 6．等参数单元指的是：描述位移和描述坐标采用相同的形函数形式。等参数单元优点是：可以采用高阶次位移模式，能够模拟复杂几何边界，方便单元刚度矩阵和等效节点载荷的积分运算。 7．有限单元法首先求出的解是 节点位移 ，单元应力可由它求得，其计算公式为 {}{} [][]e D B σδ=。（用符号表示即可） 8．一个空间块体单元的节点有 3 个节点位移： u ，v ，w 9．变形体基本变量有位移应变应力 基本方程 平衡方程 物理方程 几何方程 10.实现有限元分析标准化和规范化的载体就是单元
有限元分析及应用大作业 作业要求： 1）个人按上机指南步骤至少选择习题中3个习题独立完成，并将计算结果上交； 也可根据自己科研工作给出计算实例。 2）以小组为单位完成有限元分析计算； 3）以小组为单位编写计算分析报告； 4）计算分析报告应包括以下部分： A、问题描述及数学建模； B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界 条件处理、求解控制） C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判） D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的 影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等） 题一：图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较： 1）分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；（注意ANSYS中用四边形单元退化为三节点三角形单元） 2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算； 3）当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。 解：1.建模： 由于大坝长度>>横截面尺寸，且横截面沿长度方向保持不变，因此可将大坝看作无限长的实体模型，满足平面应变问题的几何条件；对截面进行受力分析，作
用于大坝上的载荷平行于横截面且沿纵向方向均匀分布，两端面不受力，满足平面应变问题的载荷条件。因此该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况P=98000-9800*Y；建立几何模型，进行求解；假设大坝的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3； 2：有限元建模过程： 2.1 进入ANSYS : 程序→ANSYS APDL 15.0 2.2设置计算类型: ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 2.3选择单元类型: ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182(三节点常应变单元选择Solid Quad 4node 182，六节点三角形单元选择Solid Quad 8node 183)→OK (back to Element Types window) →Option →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window) 2.4定义材料参数： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3 →OK 2.5生成几何模型： 生成特征点： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints→In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(1,5),4(0.45,5) →OK 生成坝体截面： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS →依次连接四个特征点，1(0,0),2(6,0),3(0,10) →OK 2.6 网格划分： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →依次拾取两条直角边:OK→input NDIV: 15 →Apply→依次拾取斜边:OK →input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh:Areas, Shape: tri, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window) 2.7 模型施加约束： 给底边施加x和y方向的约束： ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On lines →pick the lines →OK →select Lab2:UX, UY →OK 给竖直边施加y方向的分布载荷： ANSYS 命令菜单栏: Parameters →Functions →Define/Edit →1) 在下方的下拉列表框内选择x ,作为设置的变量；2) 在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数： 98000-9800*{Y}；3) File>Save(文件扩展名：func) →返回：Parameters →Functions →Read from file：将需要的.func文件打开，参数名取meng，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取竖直边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷为meng参数名→OK 2.8 分析计算： ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load
农机深松整地项目工作总结 《农机深松整地项目工作总结》希望大家能有所收获。 农机深松整地项目工作总结 **年省农机局下达我县农机深松整地面积20万亩，补贴资金800万元。我县的农机深松整地项目在省市农机部门的关心指导，县委县政府的正确领导下，通过全体农机工作人员的不懈努力在各镇、村的大力配合下较好的完成了今年的目标任务，现就具体情况总结如下: 一、农机深松整地任务指标完成情况 截至**年12月底，全县在农机深松整地工作中共组织130马力以上深松机组93台套，完成深松作业面积11.79万亩（其中含农林局新增粮食生产能力规划项目、土地平整项目等3.19万亩），完成任务数的59%。 二、具体措施 1、各级政府重视程度进一步得到加强。9月5日召开了全县农机深松整地工作动员会，县政府副县长谢保卫，县财政局副局长张胜利，各镇主管镇长，财政所长，农机（农业）干事，各农机（粮食）合作社理事长等100余人参加了会议。会议主要对今年的深松整地工作进行了全面的安排部署，明确了农机、财政等部门与各镇、街办的工作职责，要求了各镇、各部门要明确任
务，夯实责任，上下联动，齐抓共管的工作要求，为切实做好农机深松整地项目实施奠定了坚实的组织基础。 2、机具推广措施到位，发展势头良好。全年共召开工作动员会、机具展示和作业演示会共4场次，组织合作社参观西部农业装备博览会，通过这些活动的积极开展，充分了解和掌握当前新型深松作业机具的发展现状。截止作业任务完成前，共推广130马力以上四驱拖拉机60台，配套深松作业机具55台件，个人简历全县100马力以上四驱拖拉机达到108台，极大的提升了深松作业机具的装备水平，为完成深松作业任务打下坚实的物质基础。 3、技术宣传和培训覆盖全面，不留死角。印制深松整地机械化技术规范和深松整地项目明白书共3000余份，利用培训会、演示会和技术下乡等活动广为散发；制作新闻专题片在县电视台连续播出，使深松整地技术和补贴政策基本上达到了家喻户晓，人人皆知。 4、监管措施智能化，更加科学、高效和规范。在巩固村级汇总公示、镇级全面核实、县级抽样核查工作机制的基础上，明确要求承担深松作业任务的合作社所有机组必须安装深松监测设备，并安排专人即时监测深松作业质量和面积，对作业中出现的各类问题及时予以整改，保护群众利益和机手作业效益。今年全县从事深松作业的10家农机（粮食）合作社的93台机组全部加装、调试了GPS深松监测设备，并与设备供应商联合，在键潍合
第9章受内外压筒体的有限元建模与应力变形分析(Project 2) 计算分析模型如图9-1 所示, 习题文件名: cylinder。 X (a) σO=100N/mm2 σI =200N/mm2 γ =7.85g/cm3 μ =0.3 E =210000N/mm2 (b) 图9-1 计算分析模型 9.1进入ANSYS 程序→ANSYSED 6.1ed →Interactive →change the working directory into yours→input Initial jobname: cylinder→Run 9.2 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences…→select Structural →OK 9.3 选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Element Type →Add/Edit/Delete… → Add… →select Solid Quad 4node 42 →Apply →select Solid Brick 8node 45 → OK → Close (the Element
Types window) 9.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Materials Models →Structural→Lineal →Elastic→Isotropic…→input EX:2.1e5, PRXY:0.3→ OK 关闭材料定义窗口 9.5构造筒体模型 ?生成模型截平面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create →Keypoints →In Active CS… →按次序输入横截平面的十个特征点和旋转对称轴上两点坐标（十个特征点：(300,0,0), (480,0,0), (480,100,0), (400,100,0), (400,700,0), (480,700,0), (480,800,0), (300,800,0), (300,650,0), (300,150,0)，对称轴上两点：(0,0,0), (0,800,0)）（每次输入完毕，用Apply结束，0可以不输入） →Cancel (back to Create window) →-Areas- Arbitrary → Through KPs →依次连接截面边线上的十个特征点(注意在选完第10点后结束，不要再选第1点)→ OK ?对平面进行网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Tool →(Size Controls) Globl: Set →input SIZE (element edge length): 50 →OK (back to MeshTool window)→Mesh → Pick All (in Picking Menu) → Close( the MeshTool window) ?用旋转法生成筒体模型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→Operate →Extrude→Elem Ext Opts→select TYPE:SOLID 45→Element sizing options for extrusion No. Elem divs: 1→OK (back to Extrude window)→Areas →About Axis →Pick All(in Picking Menu)→OK→Pick the two keypoints (11,12) of the Symmetrical Axis → OK→input ARC: 90; NSEG: 3→ OK 9.6 模型加位移约束 ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural→Displacement ?两截面分别加Z, X方向的约束 ANSYS Utility Menu: Select → Entities…→Nodes → By Location →select X coordinates →input 0→ OK (back to Displacement window)→On Nodes → Pick All(in Picking Menu) → select Lab2:UX →OK →ANSYS Utility Menu: Select → Everything ANSYS Utility Menu: Select → Entities…→ Nodes → By Location →select Z coordinates →input 0→ OK (back to Displacement window)→On Nodes →Pick All(in Picking Menu) → select Lab2:UZ →OK →ANSYS Utility Menu: Select →Everything ?底面加Y方向的约束 ANSYS Utility Menu: Select → Entities… → Nodes → By Location →select Y coordinates →input 0→ OK (back to Displacement window)→On Nodes →Pick All(in Picking Menu) →
有限元分析与应用试题 1.有限元求解问题的主要思路是什么？并做简要介绍。 ● 将连续系统分割成有限个分区或单元（离散化） 离散化 将直杆划分成n 个有限段，有限段之间通过一个铰接点连接。两段之间的连接点称为节点，每个有限段称为单元。第i 个单元的长度为L i ，包含第i ，i+1个节点。 ● 用标准方法对每个单元提出一个近似解（单元分析） 单元分析 用单元节点位移表示单元内部位移－第i 个单元中的位移用所包含的结点位移来表示。 线性插值所得到的 第i 结点的位移 第i 结点的坐标 第i 个单元的 应变 ) ()(1i i i i i x x L u u u x u --+=+i u i x i i i i L u u dx du -== +1εi i i i i L u u E E )(1-= =+εσ
应力 内力 将所有单元按标准方法组合成一个与原有系统近似的系统（整体分析） 首先把外载荷集中到节点上： 把第i 单元和第i+1单元重量的一半，集中到第i+1结点上 建立结点的力平衡方程：对于第i+1结点，由力的平衡方程可得 （i=1，n-1） i i i i i L u u EA A N ) (1-= =+σ2 ) (11+++= -i i i i L L q N N ) (2 )()(11121++++++=---i i i i i i i i L L q L u u EA L u u EA
令 对于第n+1个结点，第n 个单元的内力与第n+1个结点上的外载荷平衡， 再加上约束条件 因此可以得到n+1个方程构成的方程组，可解出n+1个结点的位移。 有限元方法的基本思想和原理是“简单”而“朴素”的，在发展初期，许多学术权威对该方法的学术价值有所鄙视，国际著名刊物Journal of Applied Mechanics 许多年来拒绝刊登有关有限元方法的文章，其理由是没有新的科学实质。 现在完全不同了，由于有限元方法在科学研究和工程分析中的地位， 1 += i i i L L λ22 1)11(2)1(i i i i i i i L EA q u u u λλλ+=-++-++1()2 n n n n n n EA u u qL N A L σ+-== = EA qL u u n n n 221= +-+0 1=u
《有限元分析及应用》配书盘 曾攀 (清华大学机械工程系) 说明 该配书盘针对《有限元分析及应用》一书中有关有限元分析的自主程序开发、与ANSYS平台的衔接、基于ANSYS的有限元建模、基于MARC的有限元建模的章节，提供相应的电子材料及文档，以便在进行实际编程和应用国际著名商业软件进行建模和分析时参考。电子文档材料包括三大部分：(1)有限元分析源程序(f,c,ANSYS衔接)；(2) 四类问题有限元分析的操作指南(ANSYS,MARC)；(3) ANSYS一般性帮助文件。具体的文件目录和清单如下。 在目录/有限元分析源程序(f,c,ANSYS衔接)/中有以下内容 (1) 使用说明文件 自主程序开发使用说明(fortran,C,ANSYS平台衔接).pdf (2 ) 在子目录/fortran源程序及与ANSYS衔接(FEM2D)/中有以下文件 源程序文件： FEM2D.FOR 程序需读入的数据文件： BASIC.IN(模型的基本信息文件，需手工生成) NODE_ANSYS.IN (节点信息文件，可由ANSYS前处理导出，或手工生成) ELEMENT_ANSYS.IN(单元信息文件，可由ANSYS前处理导出，或手工生成)程序输出的数据文件： DATA.OUT (一般结果文件) FOR_POST.DAT(专供ANSYS进行后处理的结果数据文件) 与ANSYS后处理衔接的接口程序： USER_POST.LOG(在ANSYS中进行后处理的命令流文件) (3 ) 在子目录/c源程序及与ANSYS衔接(JIEKOU)/中有以下文件 源程序文件： JIEKOU.CPP 程序需读入的数据文件： NODE_ANSYS.IN(从ANSYS前处理导出的节点信息文件) ELEMENT_ANSYS.IN(从ANSYS前处理导出的单元信息文件) INPUT.DAT(包含除网格划分信息之外的所有前处理信息) 程序输出的数据文件：
中南大学考试试卷(试卷共2页) 2007 -- 2008学年下学期时间110分钟有限元分析及应用课程 36 学时 2 学分 专业年级： 07级研究生总分100分考试形式：大型作业注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上A4 一．简答题（共40分,每题10分） 1．简述非节点载荷移置的缘由及遵循的原则(p49)？写出集中力移置的普遍公式(p50)。 2．任何一个有限元分析问题都是空间问题，什么情况下可以简化为平面问题(p84)、轴对称问题(p128)？ 3．简述有限元几何模型(关键点、线、面、体)、网格模型(节点、单元)、有限元模型层次关系(p204)及所包含的主要内容，并说明约束的意义(p265)？ 4．写出3节点平面三角形单元(p90)、8节点六面体单元(p168)的广义位移函数，并说明单元位移模式选取的原则(p32)？ 二．综合题（20分） 1.对于如图所示结构模型，若以角速度W绕中心轴线旋转，求其在惯性力的作用下的 最大应力与变形。（1）概述该分析模型的简化方法及理由(p363)？（2）说明约束的施加方法及理由(p369)？(3)用图表示简化后的物理分析模型 三计算与软件操作题（本题共40分）
据提取等关键命令 点应力、形变、位移数束与载荷、求解以及节成、单元生成、施加约要求：简明概述节点生及位移。 号节点）的应力、应变（即软件，求形心，用对于图出刚度矩阵 细节不要描述，直接写注意：单元刚度的求解；）的应变、应力、位移，（手工计算求板形心点，按有限元的解题步骤对于图求解下列问题： 构离散，节点三角形单元进行结。用泊松比的拉力，弹性模量承受。左端固定，右端角点，板厚，宽已知矩形薄板，长5P ANSYS 22)2(50100P 12)1(33.0,102E N 5001010020011--=?====u Pa cm t cm w cm l 图2-1 矩形薄板2单元结构离散方式 图2-2 矩形薄板4单元结构离散方式 X X Y Y P
惠民县2017年农机深松整地作业补助 实施方案 为加快农机深松整地作业技术的推广应用，确保我县2017年在适宜镇、办实行农机深松整地作业补助试点工作的顺利实施，进一步改善耕地质量，增强粮食生产能力，确保粮食安全。根据省农机局、省财政厅《关于印发山东省2017年农机深松整地作业补助试点工作实施方案的通知》（鲁农机计字〔2017〕18号）和滨州市农业机械管理局、滨州市财政局《关于印发滨州市2017年农机深松整地作业补助试点工作实施方案的通知》的要求，结合我县实际，特制定本实施方案。 一、工作目标及任务 2017年省局下达我县深松整地作业补助任务3万亩。根据省市实施方案要求，结合我县实际，采取各镇办及合作社服务组织预先申报，经深松领导小组审核，根据实际情况再做分配。今年重点集中秋冬两季，以粮棉主产镇（办）为重点，对粮食高产创建示范方和区域化种植、规模化经营和群众积极性高的区域优先实施。对实行深松作业区域，尽量做到集中连片，实行整村整片推进。对2016年实施过深松整地作业补助的耕地不予补助。 二、补助对象及标准 （一）补助对象。
补助对象为开展农机深松整地作业的农机合作社、农机大户、家庭农场、种粮大户等农业生产经营组织或农户。 （二）补助标准。 农机深松整地作业实行定额补助，补助标准为每亩35元。 三、技术要求 农机深松整地作业模式分为单一深松作业和联合深松作业两种模式。单一深松作业是指只有深松装置或在其后加挂镇压装置，不挂其他任何作业装置进行的深松作业。联合深松作业是指在深松作业的同时还一次完成旋耕，或播种、施肥、镇压等作业。我县（区）原则上主推单一深松作业，各合作社也可根据本地的耕作制度和机具配备情况，因地制宜选择联合深松作业模式。 四、补助程序 遵循“先作业后补助、先公示后兑现”的原则，严格按照实施步骤实施。 （一）签订合同。根据省市下达的作业任务，我县合理确定农机深松整地作业实施区域，并将其细化明确到乡镇。县农机局与农机合作社等农业生产经营组织签订作业协议，协议中明确作业任务、作业区域、作业模式、作业时间、作业质量、指导价格、收费方式、补助标准等内容和责任。在乡镇政府的领导和协助下，农机合作社等农业生产经营组织
3.5 ANSYS软件加载、求解、后处理技术 3.5.1 ANSYS 3.5.1 ANSYS 荷载概述荷载概述 在这一节中将讨论: 有限元分析软件及应用 8 有限元分析软件及应用 8 A. 载荷分类 3.5 ANSYS 软件加载、求解、后处理技术 3.5 ANSYS 软件加载、求解、后处理技术 B. 加载 C. 节点坐标系 D. 校验载荷 孙瑛 孙瑛 E. 删除载荷 哈哈尔尔滨滨工工业业大学空大学空间结间结构研构研究中心究中心 2010秋 2010秋 SSRC SSRC 1/ 76 S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A
理技术 A. 载荷分类 B. 加载 A. 载荷分类 B. 加载 ANSYS中的载荷可分为: 可在实体模型或 FEA 模型节点和单元上加载自由度DOF - 定义节点的自由度( DOF )值结构分析_ 沿单元边界均布的压力 沿线均布的压力 位移集中载荷 - 点载荷结构分析_力面载荷 - 作用在表面的分布载荷结构分析_压力 在关键点处 在节点处约 约束体积载荷 - 作用在体积或场域内热分析_ 体积膨胀、内生 束 成热、电磁分析_ magnetic current density等实体模型 FEA 模型惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷重力、角速度等 在关键点加集中力在节点加集中力 SSR SSRC C SSR SSRC C 2/ 76 3/ 76 S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A
关于开展农机深松整地作业的调研报告范文_调研报告_范文大全 一、基本情况 保护性耕作技术已在全市推广多年，主要应用的是秸秆还田和免耕播种两个技术环节，且应用面积越来越大，但缺乏土地深松作业这个重要环节。推广应用土地深松作业技术已势在必行。 根据全省机械化深松技术要求，适合农机深松作业的地块主要为壤土、粘土、沙壤土等，且土层较厚，而耕层小于23厘米且耕作层以下为沙石的地块不宜深松作业。除我市的山区丘陵薄地外，大部分土地均可实施土地深松作业，共约240余万亩，应主要在春秋季节重点在秋季实施作业。 今年，我市计划重点在四个区实施土地深松作业项目，计划在全市完成77万亩的深松整地作业。按照机械作业效率，约需要1150台深松机，而目前全市仅有166台。由于春季深松面积较少，完成全市77万亩的任务非常严峻。 根据全市土壤条件，一般性土地可以用75马力以上的两驱拖拉机及65马力以上的四驱拖拉机，土壤粘度较大的地块需80马力以上四驱拖拉机做动力。而全市80马力以上大型拖拉机保有量就达到2100台，完全达到了实行土地深松整地作业的要求。 二、制约因素 目前，制约全市土地深松的原因主要有以下几点： 1、传统深耕习惯是影响深松作业的主因。对土地实施耕翻作业已在我国流传了几千年。农民群众已习惯于历史流传下来的传统耕作方式，加之他们的文化水平较低、对先进科学知识的认知能力有限，间隔深松作业仍还不为大部分农民群众所认可。 2、深松作业机械不足。现全市仅有土地深松作业机械166台，缺口近1000台，是制约全市土地深松作业最大因素。 3、作业补贴资金依然不足。今年我市四个区新增的4000万元国家农资综合补贴资金，虽然已落实用于农机土地深松作业2230万元，但依然较少，尚不能满足完成农机深松作业任务的需求。 4、缺乏土地深松作业的组织模式。虽然已落实了部分农机土地深松作业资金，但如何应用好这笔补贴资金、如何组织好农机深松整地作业，适时完成全市的土地深松整地作业任务，还需要进行认真的探讨。 5、部分作业机械及机手的作业质量存在一定的问题，主要是深松深度不够，机手操作技术不熟练等。同时，受柴油涨价、雇工费上涨等因素的影响，也影响了机手开展深松作业的积极性。 6、深松技术的宣传、推广还不够。今年是大面积推广应用土地深松作业的第一年，而我市的土地深松作业又主要在秋季进行，因而缺乏广泛的宣传和示范，这也是农民群众认识不足的重要原因。 三、推进措施 土地深松整地作业是当前和今后一个时期农机化工作重点，为到“十二五”末适宜耕地全部深松一遍，应采取以下几项措施： 1、广泛宣传开展深松整地作业的意义。开展农机深松整地作业是保护性耕作的一个重要环节，是改善耕地质量，增强土壤蓄水保墒、抗旱排涝，提高农业防灾抗灾能力的有效途径。据测算，2—3年深松一次，深松达到30厘米，每公顷地块可多蓄水400立方米左右；实现玉米亩增产100公斤左右，小麦亩增产50公斤左右，效益十分显著。 因此，各级要高度重视开展农机深松整地作业对于实现粮食等主要农作物稳产高产的重要性，充分利用电视、广播、网络等新闻媒体，采取现场演示会、举办培训班、发放明白纸