机械结构有限元分析-44

机械设计的有限元分析及结构优化摘要：有限元分析是机械设计中重要的工具，能够模拟材料和结构，通过将复杂的实际结构，离散成有限数量的元素，并利用数值计算方法，评估结构的各方面性能。

但是，进行有限元分析，并不能保证最优的设计，因此需要进行结构优化。

通过调整设计参数，寻找最佳的几何形状或材料分布，以满足给定的性能指标和约束条件。

基于此，探讨有限元分析和结构优化的相关内容，提出了以下观点，仅供参考。

关键词：机械设计；有限元分析；结构优化引言：有限元分析是一种重要的数值仿真方法，通过将复杂结构，离散为有限数量的小单元，可以对其进行力学行为和性能的模拟与评估。

结构优化则旨在通过调整材料、形状和布局等参数，以最大限度地提高结构的性能和效率。

有限元分析技术，在机械设计中的应用，涵盖材料力学、热力学、流体力学等方面的问题，因此需要进行深入的研究，以促进机械设计的发展和创新。

一、项目概况某公司是一家制造工程设备的企业，正在开发一种新型的机械设计。

为了确保该机械设计在使用过程中的安全性、可靠性和效率，最后决定利用有限元分析和结构优化，来进行设计验证和改进。

通过有限元分析软件对新型的机械设计，进行模拟和分析，以评估其在不同情况下的变化数据。

这可以帮助确定机械设计构中的薄弱点和缺陷，并指导后续的优化工作。

二、机械结构静力学分析（一）有限元方法运用有限元方法通过将结构离散化为许多小的单元，对每个单元进行分析，并将其连接起来形成整体结构，来研究机械结构的力学行为。

有限元方法的关键步骤包括以下几个方面：第一，将机械结构离散化为许多小的单元，以便更好地进行分析。

这些单元可以是三角形、四边形或其他形状的网格单元。

第二，在进行离散化后，需要选择适当的位移插值函数，来描述每个单元内部的位移变化。

常见的插值函数有线性插值函数和二次插值函数等。

第三，利用所选的位移插值函数，可以通过解决每个单元内部的应力方程，来计算单元的力学特性，如应力、应变和变形等。

机械设计中有限元分析的几个关键问题在机械设计中，有限元分析是一种重要的工具，可以用来评估和优化设计的强度、刚度、疲劳寿命等性能，降低产品的开发成本和风险。

在进行有限元分析时，有几个关键问题需要注意和解决。

首先是模型的建立。

模型的建立是有限元分析的基础，它决定了分析结果的准确性和可靠性。

在建立模型时，需要根据实际情况选择适当的单元类型、单元尺寸和单元数量，保证模型能够准确地描述物体的几何形状和材料性质。

还需要考虑到边界条件的设定，确保模型受到合理的外载荷和约束。

其次是材料性质的确定。

有限元分析的准确性很大程度上依赖于材料性质的准确性。

在进行分析时，需要根据材料的实际性质来确定杨氏模量、泊松比、屈服强度、断裂韧性等参数。

对于复合材料等非均质材料，还需要考虑各向异性的影响。

还需要注意材料的温度依赖性和变形能力等因素。

第三个关键问题是边界条件的设定。

边界条件是指约束和载荷的设定，它们对分析结果有很大影响。

在进行有限元分析时，需要根据实际应用情况合理地设置边界条件，使得模型能够准确地模拟物体的工作状态。

对于载荷的设定，需要考虑到方向、大小和作用时间等因素。

对于约束的设定，需要确保模型的自由度数目与实际情况相符，并注意约束的刚度是否过大或过小。

最后一个关键问题是网格及其质量的控制。

有限元分析需要将物体离散为有限个单元，然后求解这些单元的变形和应力等参数。

单元网格的选择和质量将直接影响分析结果的准确性和稳定性。

在进行有限元分析时，需要遵循网格生成的原则，如均匀性、光滑性和刚度适应性。

还需要对网格进行细化和改进，以提高分析的准确性。

在进行有限元分析之前，需要对网格进行验证和检验，确保网格质量达到要求。

机械设计中有限元分析的关键问题包括模型的建立、材料性质的确定、边界条件的设定和网格质量的控制。

通过合理解决这些问题，可以得到准确可靠的分析结果，为机械产品的设计和优化提供支持和指导。

2023.03 建设机械技术与管理651 辅助吊车简介该辅助吊车用于配合DZ45/1600型造槽机（见图1）的施工，辅助吊车总体结构如图2所示，其整体结构型式为桁架式，前端设置有电动葫芦用于起吊构件，后端放置配重块以保证整机的倾覆稳定性，整机走行在造槽机主梁上方。

辅助吊车主要用途包括造槽机末跨施工和反向施工时拆装造槽机的1号支腿和4号支腿、拆装造槽机的导梁、拆装造槽机的外模板，如图3所示。

2 计算工况及荷载2.1 计算工况本文主要计算以下三种工况。

基于Midas NFX 的辅助吊车有限元分析Finite Element Analysis of an Auxiliary Crane Based on Midas NFX Excavator韩永康（郑州新大方重工科技有限公司，河南 郑州 450064）摘要：本文针对某辅助吊车的实际施工工况，利用有限元软件Midas NFX 对其进行了结构分析，以确保施工的安全可靠性，结果表明该辅助吊车能够满足使用要求。

关键词：辅助吊车；MIDAS NFX ；有限元分析中图分类号：U445.32 文献标识码：A图1 DZ45/1600型造槽机总体结构1.走行轮组2.下横梁3.后斜撑4.立柱5.前斜撑6.上横梁7.葫芦轨道8.配重横撑图2 辅助吊车总体结构（a ）辅助吊车拆除造槽机1号支腿 （b ）辅助吊车拆除造槽机导梁 （c ）辅助吊车吊装造槽机外模板图3 辅助吊车施工示意图辅助吊车造槽机外模板造槽机主梁造槽机导梁辅助吊车造槽机导梁辅助吊车造槽机1号支腿辅助吊车造槽机主梁Copyright ©博看网. All Rights Reserved.66 建设机械技术与管理 2023.03 工况一：辅助吊车拆除造槽机1号腿；工况二：辅助吊车拆除造槽机导梁；工况三：辅助吊车吊装造槽机外模板。

2.2 计算荷载辅助吊车主结构的材质为Q235B ，屈服强度为235MPa ，许用应力为175.4MPa ，强度安全系数取1.34[1]。

第七章 结构有限元分析引 言求解具体结构工程中的问题是有限元素法的最终目的，而实际工程结构是复杂多样的，要很好的运用有限元素法还得解决好像坐标变换、对称边界条件运用以及复杂结构连接等问题。

本章即为解决有限元方法应用于工程结构中实际问题的算法。

一、杆系或梁系的刚度坐标变换1、向量的坐标变换公式i) 一维向量的平面分解θθsin cos v u u +=⎭⎬⎫⎩⎨⎧=v u ]sin [cos θθii) 一维向量的三维空间分解⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=w v u u ]cos cos [cos γβαiii) 平面向量的坐标变换：⎭⎩⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧v v u θθθθcos sin sin cos⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎭⎬⎫⎩⎨⎧w v u n m l n m l v u 2221112、杆元局部系下刚阵与整体系下刚阵的变换 i ）局部系下的单元平衡方程：⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡--j i j i p p u u l EA 1111 []{}{}p K =δ由坐标变换（对节点力）xx⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧j i jy jx iy ix p p p p p p θθθθsin 0cos 00sin 0cos =>{}{}P P T T ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=λλ00 由局部坐标系下的平衡方程{}[]{}δλλK P T T⎥⎦⎤⎢⎣⎡=00 由位移（节点）的坐标变换[]⎭⎬⎫⎩⎨⎧=i i i v u u θθs i n c o sc o s s i n0000c o ss i n i i i j j j u u v u u v θθθθ⎧⎫⎪⎪⎧⎫⎡⎤⎪⎪⎪⎪=⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎪⎪⎪⎪⎩⎭⎪⎪⎩⎭{}{}δλλδ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=00 代入{P }的表达式：{}[]{}δλλλλ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=0000K P T T{}}]{][[]'[δT K T P =故 []]][[]'[T K T K = 杆系举例：○1节点编号 ○2单元编号 ○3形成各单元的总体坐标系下刚阵 ○4单元拼装 ○5求解总体刚度方程3、平面梁元局部系下刚阵到整体系的坐标变换 i). 梁元局部系下的单元刚度平衡方程⑧⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--------j j y j x i i y i x j jj i i i l EIl EI lEI l EIl EI l EI l EI lEIlEAlEAlEI l EI lEI l EI l EI l EI l EIl EIlEA lEA M P P M P P v u v u θθ46266126122646612612222323222323000000000000000⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡j i j i P P K K K K δδ22211211ii) 坐标变换⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧i i i i i i v u y y x y y x x x v u θθ1000),cos(),cos(0),cos(),cos(⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧j i j i δδλλδδ00[][]⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=22211211222112110000K K K K K K K K K K TT T T Tλλλλλλλλλλλλ iii) 空间梁元有更复杂的变换关系iv ）其它单元的坐标变换Homework : 列出平面弹性问题的刚度矩阵向三维空间的变换i) 实际问题ii ）问题：一些节点在总体坐标系下，一些节点是在局部坐标系下，这类问题称为混合坐标架问题，即最终的刚度矩阵是一个混合标架下的形式。

第二章 有限元分析基本理论有限元法的基本思路是将一个连续求解区域分割成有限个不重叠且按一定方式相互连接在一起的子域(单元)，利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。

单元内的场函数通常由未知场函数或其导数在单元各个节点的数值和其插值函数来近似表示。

这样，未知场函数或其导数在各个节点上的数值即成为未知量(自由度)。

根据单元在边界处相互之间的连续性，将各单元的关系式集合成方程组，求出这些未知量，并通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到全求解域上的近似解。

有限元将一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题进行求解。

如果将区域划分成很细的网格，也即单元的尺寸变得越来越小，或随着单元自由度的增加及插值函数精度的提高，解的近似程度将不断被改进。

如果单元是满足收敛要求的，近似解最后可收敛于精确解。

2.1 有限元分析的基本概念和计算步骤首先以求解连续梁为例，引出结构有限元分析的一些基本概念和计算步骤。

如图2-1，连续梁承受集中力矩作用。

将结构离散为三个节点，两个单元。

结构中的节点编号为1、2、32.1.1单元分析在有限元分析过程中，第一步是进行结构离散，并对离散单元进行分析，分析的目的是得到单元节点的力与位移的关系。

单元分析的方法有直接法和能量法，本节采用直接法。

从连续梁中取出一个典型单元e ，左边为节点i ，右边为节点j 。

将节点选择在支承点处，单元两端只产生转角位移e i θ、ej θ，顺时针转动为正。

独立的单元杆端内力为弯矩i m 、j m ，顺时针为正。

记：{}e j i eu ⎭⎬⎫⎩⎨⎧=θθ为单元e 的节点位移向量；{}ej i em m f ⎭⎬⎫⎩⎨⎧=为单元e 的杆端力向量。

根据结构力学位移法可得如下平衡方程：⎪⎭⎪⎬⎫+=+=e j e e i e e j ej e e i e e i k k m k k m θθθθ22211211 (2-1)式中：ee e e ee i k k i k k 2412212211====，lEIi e =，EI 、l 分别为单元e 的抗弯刚度和长度。

《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，受齐顶的水圧力作用，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，并对以下儿种计算方案进行比较：1）分别采用相同单元数LI的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；2）分别釆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不同勿份方案翩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）:进入ANSYS【开始】f【程序】fANSYS -►ANSYS Product Launcher -^change the working directory -►JobName: shitil-^Run设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences -^select Structural f OK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 MainMenu: Preprocessor -►Element Type-*Add/Edit/Delete -►Add -^select Solid Quad 4 node 42 f OK (back to Element Types window) f Options... -^-select K3: Plane Strainf OKf Close (the Element Type window)定义材料参数材料为钢，可查找钢的参数并在有限元中左义，其中弹性模ME=210Gpa,泊松比vtANSYS Main Menu: Preprocessor f Material Props -►Material Models -►Structural -^Linear f Elastic f Isotropic f input EX:，PRXY: f OK生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor —Modeling Create -*Keypoints ~*ln Active CS —依次输入四个点的坐标:input:l{0/0)/2(3/0)/3(6,0)/4(3/5)/5(0,10)/6(0/5)-*OK生成坝体截而ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling -*Create -*Areas -►Arbitrary -►Through KPS f 依次连接126;234;246;456这三个特征点一OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor f Meshing -►Mesh Toolf ⑸ze Controls) Global: Set -►inputNDIV: I-*OK f (back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Tri, Free -*Mesh f Pick All (inPicking Menu) f Close( the Mesh Tool window)模型施加约束分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约朿ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply f Structural -^Displacement f On lines f 选择底边f OK ->select:ALL DOF f OK给斜边施加x方向的分布载荷ANSYS命令菜单栏:Parameters -^Functions -*Define/Edit -*1）在卜方的卜拉列表框内选择x，作为设麗的变量：2）在Result窗口中岀现{X},写入所施加的载荷函数：1000*{X}；3） File>Save（文件扩展洛：func）f 返回：Parameters f Functions -►Read from file；将需要的・func 文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷f OK -^ANSYS Main Menu: Solution -►Define Loads —Apply f Structural -►Pressure -►On Lines f 拾取斜边：OK f 在下拉列表框中，选择：Existing table （来自用户定义的变量）f OK -选择需要的载荷参数名一OK分析计算ANSYS Main Menu: Solution -►Solve -^Current LS -*OK(to close the solve Current Load Step window) f OK结果显示确左当前数据为最后时间步的数拯ANSYS Main Menu: General Postproc -►Read Resultf Last Set 查看在外力作用下的变形ANSYS Main Menu: General Postproc —Plot Results Deformed Shape-* select Def + Undeformed f OK 查看节点位移分布情况Contour Plot -*Nodal Solu..・-^select: DOF solution->Displacement vctor sum-^Def + Undeformed f OK 查看节点应力分布情况Contour Plot f Nodal Solu... f select: Stress-*-XY shear stress-*- Def + Undeformed-^OK退出系统ANSYS Utility Menu: File-* Exit...-* Save Everything-*OK三.结果分析三节点常应变单元（6个节点，4个单元）儿何模型图ANOCT 10 201016：46：1€变形图，节点位移图，节点应力图，节点应变图3TEP-1 SUB -：TDC-l ANOCT 10 SCIOx&：2i：ieKO SAX SCLTriSRSUB -1TDE-175TU IX79-. 2SY3-03MX -.109E-3&AN81 10 N101^:22:40.UL£-0«■'aE'>铃"侥六节点常应变单元（6个节点，4个单元） 儿何模型图变形图，节点位移图，节点应力图，节点应变图■QQM r -r~：：r MCAL acunzoc5TT5-：SUB "I T2C-：rrTCKY ap MYfl-3 :«x ・.i03«-nRO» -.M<s-3T n<x -.ioez-oeANOCT 10 Z010.444Z-3： .MM-3? .0Z»E ・S . lOGZ^Ciwr-^iANOCT 10 20103«F-1 an .1 TDX-l na «.:ex-» ANon io RiorniMMKOU ：Ct7T ：：f MIX•： nxE-i i*n> FSY3-)Mi ..”《CV6 x •.jex -^sKXANon 10 K101；.：---.仇.liiC-»S.1)31^5.；5：£-35•wu -w・，““T9inc-n・ WH -P >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结果比较单元划分方案变形大小应力大小应变大小值的比较分析■9三节点三角形单元DMX:SMX:DMX:SMN:2778SMX:8749DMX:SMN:SMX:1.最大变形值小：12.最大应力值小；3.最大应变值小。

一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤：1定义参数2创建几何模型3划分网格4加载数据5求解6结果分析1定义参数1.1指定工程名和分析标题启动ANSYS软件，选择Jobname命令选择Title菜单命令1.2定义单位(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu: Preference→Material Props →Material Models →Structural →OK(3) 定义分析类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Loads →Analysis Type →New Analysis→STATIC →OK1.3定义单元类型选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令单击[Options]按钮，在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，单击确定1.4定义单元常数在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框1.5定义材料参数在ANSYS程序主界面，选择Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models命令(1)选择对话框右侧Structural→Linear→Elastic→Isotropic命令，并单击[Isotropic]选项，接着弹出如下所示[Linear Isotropic Properties for Material Number 1]对话框。

在[EX]文本框中输入弹性模量“200000”，在[PRXY]文本框中输入泊松比“0.3”，单击OK2创建几何模型在ANSYS程序主界面，选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Rectangle →By 2Corners命令选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle命令3网格划分(之前一定要进行材料的定义和分配)选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Arears Circle命令选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Free命令，弹出实体选择对话框，单击[Pick All]按钮，得到如下所示网格4加载数据(1)选择Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Lines命令，出现如下所示对话框，选择约束[ALL DOF]选项，并设置[Displacement value]为0，单击OK。

万方数据７０小型内燃机与摩托车第３８卷（［Ｋ］一∞２［Ｍ］）｛西｝＝｛０｝（４）求解以上方程就可以确定系统从小到大的几个固有频率值∞ｉ和与之对应的固有模态咖。

（ｉ＝１，２，３…，凡）。

在自由振动时，结构中各结点振幅｛咖｝不全为零，因此式（４）中括号内矩阵的行列式之值必为零，由此得到结构自振频率方程，即：Ｉ［Ｋ］一∞２［肼］Ｉ－０（５）结构刚度矩阵［Ｋ］和质量刚度矩阵［Ｍ］都是ｎ阶方阵，其中凡是结点自由度的数目，所以式（５）是关于∞２的ｎ次代数方程，由此可求得ｎ个固有频率∞ｉ（ｉ＝ｌ，２，３…，ｎ），对于每个固有频率∞。

，由式（４）可确定几个结点振幅构成的一个列向量｛咖｝ｉ＝［咖“，咖乜，…，咖ｈ］１，它们相互之间保持固定的比值，但绝对值可任意变化，它们构成一个向量，称为特征向量，在工程上通常称为结构振型。

到此，通过求解式（５）便可求得系统的固有频率及其对应的振型。

２机体实体模型的建立柴油机机体是一个经铸造、机加工后得到的箱体式结构，其上布有各种加强筋、凸台、轴承孔、水套和油道孔，内有气缸套和各种纵、横隔板，形状较为复杂一Ｊ。

建立模型时，在不影响机体计算精度的条件下，对机体结构进行必要的简化，以便提高有限元计算速度。

建立机体的实体模型如图ｌ所示。

图１机体实体模型图３机体有限元模型的建立建立有限元模型包括两部分内容，即有限元模型的建立和单元的划分。

根据有限元原理，单元的选择对有限元的计算精度有很大的影响ＪＪ。

而柴油机机体主要涉及到的实体单元，有四面体单元和六面体单元，由于六面体单元形状规则，难以适应机体结构复杂的外形，四面体恰恰相反，它弥补了六面体的不足，能较好的适应机体复杂的几何外形，经综合考虑选择四面体单元。

考虑到网格的划分密度对四面体单元的计算精度影响比较大，理论上网格越密计算精度越好，为了验证这一理论，采用智能网格划分控制的６级、７级精度来划分网格进行计算，并以此来比较计算结果的差异，网格划分结果如表１、表２、表３所示，机体有限元模型如图２所示。

大型薄壁零件装配误差有限元分析摘要在机械、船舶、航空航天等领域中有许多薄壁零件，它们主要由各种薄型板、腔体和加强筋条构成，结构复杂，一般认为零件最大尺寸大于2m，且零件厚度与零件最大尺寸比小于5％即属于大型薄壁零件。

600MW超临界汽轮机组低压缸体由各种薄型板、加强筋、支承梁和叶片等构成。

缸体尺寸较大，直径约为6m。

上下爿缸体装配后，高约为7m。

而缸体壁厚较薄，约为32mm。

因此，600MW超临界汽轮机组低压缸体属于典型大型薄壁零件。

由于体积大、总体刚性较差，薄壁零件在装配过程中极易在重力、夹紧力的作用下产生变形，采用传统的装配工艺方法已难以保证其装配精度要求。

针对超临界600MW机组低压缸体在装配过程中出现的垂直中分面间隙过大、裙座接触不良和通流间隙超差等装配问题，文章首先在理论上分析零件定位方式和各种装配工艺对薄壁零件装配精度的影响，并利用提出的装配工艺评价原则对缸体总装配工艺进行了设计和评价。

接触问题由于其边界非线性，即使是弹性光滑接触问题，采用数值方法分析求解也有很大的难度。

缸体装配过程主要通过多体接触分析模拟，文章中详细介绍了接触问题，研究了接触分析的边界条件、接触参数及单元尺寸、形状、网格划分方法，以确立适合缸体零件全装配的三维接触分析有限元模型，从而得到更为精确的计算分析结果。

最后，基于有限元分析软件ANSYS/LS-dyna，模拟了低压缸体总装配过程。

根据不同装配误差问题，分别建立了相应的有限元分析模型。

分析了缸体零件装配变形及其在装配体中的传递情况，确定了缸体变形部位以及变形趋势并量化了具体的变形量，为装配工艺的改进提供了依据。

关键词：汽轮机缸体，接触问题，装配变形，误差传递　THE FINITE ELEMENT ANALYSIS OF ASSEMBLY ERROR FOR LARGE THIN-WALL PARTABSTRACTLarge-scale thin-wall part is used wildly in mechanical, ship, aviation& aeronautic industries.Many parts have thin-wall (shell)、cavity and rib enforcement,complex structure. Generally speaking, large-scale part refers to those structure the largest size of part is more than 2m and the ratio of wall thick and largest part’s size is less than 5%. 600MW stream turbine cylinder is mainly constructed by all kinds of thin-wall、rib enforcement 、bearing bar and lamina. The cylinder’s diameter is almost 6m. The height of cylinder assembled is almost 7m. To some extent, 600MW stream turbine cylinder is some kind of large-scale thin-wall part. Because this kind of part has large volume and bad stiffness, there is serious deformation during processes of assemblying.It’s difficulty to satisfay the assembly error requirements using the old means.Aim at the large middle plane flatness error ,plane contact gap and flow clearance error occurred in the process of 600MW stream turbine cylinder’s assemblage, the article analyzed the parts fixture ways and diversified assembly technics in principle, then designed and evaluated the turbine cylinder assemblage technics by using the assemblage thecnics priciple provided preciously.Because of boundary non-linearity, even it’s the elastic smooth contact question ,it’s very difficulty to analysize with numerical method. The analysis of turbine assembly is mainly involved with polysome contact, so the article particularly introduced contact problem, research on the boundary condition of the contact analysis、contact parameter and element dimension、shape and meshing way to construct the 3D contact analysis FE model suitable for the turbine assembly, and work out more accurate results.Finally,based on the software of ANSYS/LS-dyna，the finite element simulation of the turbine overall assembly is provided. According to the different assembly error problem, the FEA models were constructed with ANSYS. Through the computing of assembly deformation and it’s transferin the assembly parts, the location and deformation trend is verified, the guidance is offered for improvement of assembly thchnics.KEY WORDS: stream turbine cylinder, contact problem, assembly analysis, error propagation上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

1.什么是等参数单元？（教材）坐标变换和单元内的场函数采用相同数目的节点参数及相同的插值函数，这种变换方法是等参数变换，这种变换方式能满足坐标变换的相容性，采用等参数变换的单元称之为等参数单元。

2.等参数单元的特点、基本条件、划分单元应注意的问题（教材习题）3.应用等参数单元时为什么要采用高斯积分，高斯积分点的数目如何确定？（教材习题）4.薄板弯曲问题的基本假设是什么？（其他参考书）（1）板弯曲钱垂直于中面的法线，在板弯曲后保持为直线，并垂直于弯曲后的中面。

（2）板面各水平层之间相互挤压（3）薄板受垂直于中面的载荷时可以为中间层各点设有平行于板面的位移.5.位移插值必须满足的三个条件：（教材）（1）位移插值函数应能满足单元的刚体位移（2）位移插值函数应能反映常量应变——常应变准则（3）位移插值函数应能保证单元内及相邻单元间位移的连续性——变形协调准则6.什么是轴对称问题？（其他参考书）：轴对称物体的形变及应力分布不一定是轴对称的，只有当约束和载荷都对称于旋转轴时，轴对称物体的变形及应力分布才是轴对称的。

我们把满足上述条件的系统应力分析问题称为轴对称问题。

（教材）：如果弹性体的几何形状、约束情况以及所受的外力，都是绕某一轴对称的，则弹性体的应力、应变和位移也就对称于这一轴，这种问题称为轴对称问题。

7.刚度矩阵性质(总刚)：（1）对称性，关于正对角线对称（2）稀疏性，矩阵中有大量的零元素（3）带状分布，矩阵中非零元素在主对角线两侧呈带状分布10.形函数的性质。

(教材)（1）单元内任一点的三个形函数之和恒等于1，即Ni+Nj+Nm=1.(2)在节点i:Ni=1,Nj=0,Nm=0在节点j:Ni=0,Nj=1,Nm=0在节点m:Ni=0,Nj=0,Nm=111. 有限元法的特点（其他参考书）（1）概念清楚，容易理解（2）适应性强，应用范围广。

（3）有限元法采用矩阵形式表达，便于编制计算机程序，可以充分利用数字计算机的优势。