workbench大型机械装配体有限元计算(工作经验总结)

学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。

它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。

本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。

1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。

它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。

1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。

（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。

（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。

在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。

（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。

此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。

（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。

（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。

Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。

我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。

基于AnsysWorkbench筒体吊装工具有限元分析摘要：采用AnsysWorkbench软件对筒体吊装工具进行有限元分析，通过建模仿真的方式了解筒体吊装工具的强度及变形情况，依托计算结果提出筒体吊装工具优化设计的方案。

关键词：筒体吊装工具；AnsysWorkbench；有限元分析随着现代科技的不断发展，工业制造和建筑施工等领域对于设备和材料的提出了更高的要求。

在筒体、压力容器等重型设备的制造和运输过程中，吊装工具是一种必不可少的装备。

利用吊装工具可以将筒体等重量物品从一个位置转移到另一个位置，并保证吊装过程的安全和稳定。

因此，对于吊装工具的设计和分析是非常重要的。

AnsysWorkbench作为一款常见的有限元分析软件，在应用于筒体吊装工具的分析中有着广泛的应用价值。

本研究对基于Ansys Workbench筒体吊装工具有限元分析的相关问题进行深入研究，为方案设计及失效分析提供理论支持。

1AnsysWorkbench的主要功能及应用流程1.1 AnsysWorkbench的主要功能Ansys Workbench是一款广泛应用于工业制造、建筑施工、航空航天等领域的有限元分析软件，其主要功能包括：（1）CAD建模。

Ansys Workbench具有强大的CAD建模功能，可以创建2D和3D的几何对象和组件，并快速导入各种文件格式的CAD数据文件。

（2）丰富的材料库。

针对各种不同的实际应用场合，AnsysWorkbench内置了广泛的材料数据库，包括金属、塑料、陶瓷、涂层、复合材料等多种材料，用户还可以在其基础上拓展和编辑自己的材料数据。

（3）划分单元.通过AnsysWorkbench中的划分单元工具可以给几何模型划分单元，包括四面体、六面体、棱柱体等单元类型，满足复杂结构的有限元分析需求。

（4）自由设定边界条件。

使用者可以在AnsysWorkbench中设定各种边界条件（BC），如固定、载荷或约束边界等，从而得到完整的有限元边界值问题。

Ansys Workbench培训大纲 Ansys有限元分析Ansys Workbench的基础知识，包括基本操作、几何建模方法、网格划分方法、mechanical基础等内容；Ansys Workbench的工程应用，包括线性静态结构分析、模态分析、谐响应分析、随机振动分析、瞬态动力学、显示动力学分析、热分析、线性屈曲分析和结构非线性分析、接触分析及流体动力学分析等相关知识1． Workbench技术Workbench技术特点CAD-CAE协同仿真概述DesignModeler建模功能综述实体模型的建立，板壳、梁模型的建立DM几何修补工具，创建参数化模型，DM与DS的双向整合针对有限元分析的几何建模技巧与特殊要求从CAD导入几何模型2．DesignModeler建模DM 用户界面DM 草图模式DM 3D几何体DM高级3D几何体DM 概念建模DM 参数化模型3．DesignSimulation基本架构和分析流程DS基础DS通用前处理: 几何模型导入, 接触，网格划分，命名选择，坐标系DS高质量的有限元网格划分技术和使用技巧DS结构静力线性分析的基本流程和使用技巧DS各种工程载荷和边界条件的处理方法DesignSimulation的非线性概述材料、几何、接触非线性的基本过程与应用技巧4．DesignSimulation基本架构和分析流程DS结果后处理：查看，显示，输入结果，结果组合DS如何提高有限元分析的精度DS与CAD软件的交互性及参数传递DS通过参数管理器和多工况多方案的优化方法快速完成分析5．DesignSimulation的工程分析类型疲劳分析动力学分析：瞬态等分析基本过程与技巧DesignSimulation稳态热分析：热分析基础，基本的热传递分析，热分析模式，实例分析:建模，求解及后处理DesignSimulation瞬态热分析：时间与载荷步，子步及平衡迭代，收敛准则，初始温度，阶跃及渐变载荷输出控制，查看瞬态分析结果，耦合场分析：热应力分析有限元基本概念把一个原来是连续的物体划分为有限个单元，这些单元通过有限个节点相互连接，承受与实际载荷等效的节点载荷，并根据力的平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合成能够整体进行综合求解。

基于ANSYS WORKBENCH得装配体有限元分析模拟装配体得本质就就是设置零件与零件之间得接触问题。

装配体得仿真所面临得问题包括:(1)模型得简化。

这一步包含得问题最多。

实际得装配体少得有十几个零件,多得有上百个零件。

这些零件有得很大,如车门板;有得体积很小,如圆柱销;有得很细长,如密封条;有得很薄且形状极不规则,如车身;有得上面钻满了孔,如连接板;有得上面有很多小突起,如玩具得外壳。

在对一个装配体进行分析时,所有得零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件,我们可以简化吗？如果可以简化,该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了,就是否会出现应力集中？就是否可以删除小孔,如果删除,就是否会刚好使得应力最大得地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以,那么,各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合得装配体中,我们可以对杆件进行抽象吗？或者只就是用实体模型？如果我们做了简化,那么这种简化对于结果造成了多大得影响,我们可以得到一个大致得误差范围吗？所有这些问题,都需要我们仔细考虑。

(2)零件之间得联接。

装配体得一个主要特征,就就是零件多,而在零件之间发生了关系。

我们知道,如果零件之间不能发生相对运动,则直接可以使用绑定得方式来设置接触。

如果零件之间可以发生相对运动,则至少可以有两种选择,或者我们用运动副来建模,或者,使用接触来建模。

如果使用了运动副,那么这种建模方式对于零件得强度分析会造成多大得影响？在运动副得附近,我们所计算得应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？(3)材料属性得考虑。

在一个复杂得装配体中所有得零件,其材料属性多种多样。

我们在初次分析得时候,可以只考虑其线弹性属性。

但就是对于高温,重载,高速情况下,材料得属性不再局限于线弹性属性。

此时我们恐怕需要了解其中得每一种材料,它就是超弹性得吗？就是哪一种超弹性得？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它就是粘性得吗？它就是脆性得吗？它得属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？就是否存在应力钢化问题？如此众多得零件,对于每一个零件,我们都需要考察其各种各样得力学属性,这真就是一个丰富多彩得问题。

Ｅｑｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎｔ Ｍ ａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎｇ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ４， ２ ０１ ３
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ机床主轴有 限元分析
方 鹏， 李 健， 韦 辽
（ 广西工学 院机械工程系 ， 广西 柳州 ５ ４ ５ ０ ０ ６ ）
研究进展［ Ｊ ］ ． 机械设计与制造 ， ２ ０ ０ ９（ １ ０ ） ： ２ ５ ９ — ２ ６ ０ ．
分析 ， 得 到应 力 和应 变 分布情 况 。通过 对 主轴进 行设
京： 河海大学 ， ２ ０ ０ ７ ．
计， 得 出优化后的主轴 比优化前 的主轴体积更小 、 性 能更好 ，提高了机床 的工作性能 ，减轻 了主轴的 自
［ ４ ］ 周 大帅 ， 伍 良生 ， 李 俊． 机床 主轴 系统化热 态及 变形特 性
限元计算结果的分析 ， 得到应力和应 变分布情 况。通过设计 ， 提 高了机床 的工作性 能 ， 减轻 了主轴的 自重 ， 节省 了材料 ，
降低 了成 本 。

关键词 ： 机床 ； 主轴 ； Ａ ＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ； 有限元分析 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ３） ０ ４ — ０ ０ ２ ８ — ０ ３
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ １ — １ １ 作者简介 ： 方 鹏（ １ ９ ８ ６ ＿ ， 男， 硕士研究生 ， 研究方 向： 机械设计 及理论 ； 李 健（ １ ９ ６ ５ 一） ， 男， 教授， 主要 从事数字化 设计与制造方 面的研 究 ； 韦 ｉ ￣ ． （ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 硕士研究生 ， 研究方 向： 机械设计及理论。 ２ ８

参考文献：
［１］ 李德雨．基于 ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ 的多层波纹管自振频率 计算［Ｊ］．矿山机械，２００５，（６）：Ｐ８３－８４．
［２］ 王艳辉．精密机床床身的模态分析与结构优选［Ｊ］．机械设 计与制造，２００５，（３）：Ｐ７６－７７．
第 ３１ 卷 第 ９ 期 ２００９－０９ 【１３１】
由于机床机构过于复杂，采用 ＷＯＲＫＢＥＮＣＨ
自动划分网格，在 Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 中一般不需要选取单
元类型，划分方法是Ｈｅｘ Ｄｏｍｉｎａｎｔ 运用的是四面体 与六面体结合的划分方式，由于在导轨处有许多无
图 ３ 机床床身 １ 阶模态云图
法简化的小的阶梯，在这些地方采用局部的细化网
格的方法来划分，得到 ４４４８３ 个单元 １３５１４４ 个节点。
度，应该使有限元模型尽量简化。同时建立有限元 模型时，应合理选择单元类型，并在编排节点时， 尽量减少相关单元的节点号差、带宽，以减少资料 存储量。ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ 和 ＰＲＯＥ 具有直接的 双向接口，可以在 Ｐ Ｒ Ｏ Ｅ 中建模然后再导入 ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ 进行计算。 １．１ 建立物理模型
件。通过机床主电动机功
率和机床加工工件的最 大尺寸，以及主轴转速，计算机床的额定扭矩和额 定力，由 Ｆｘ：Ｆｙ：Ｆｚ＝０．３：０．５：１．０ 得到 ３ 个切削分力，计 算立柱，床鞍，主轴箱等构件的重量并将上述重量 均作为作用在床身上的附加质量处理，即在相应坐
快，但要求比 Ｓｕｂｓｐａｃｅ 法内存多大概 ５０％。Ｂｌｏｃｋ Ｌａｎｃｚｏｓ 法采用稀疏矩阵方程求解器［２］。
床身的实际结构很复杂，有繁多的筋板、曲面、 窗孔，各处厚度不相同，几何形状也多变。为了适 应有限元计算，必须将其简化处理，略去许多不影 响床身刚度的细微结构（如小倒角、小圆弧、小凸 台等）。简化后的床身模型如图 １ 所示。

ansys workbench 2022有限元分析入门与提高ANSYSWorkbench2022是一款很受欢迎的有限元分析软件，它能够帮助工程师快速解决各种类型的结构力学问题和复杂材料性质的分析问题。

本文将针对有限元分析的基础知识介绍ANSYS Workbench 2022，并以实际的例子探讨ANSYS Workbench 2022如何帮助工程师解决结构有限元分析中的问题。

1. ANSYS Workbench 2022有限元分析：软件简介ANSYS Workbench 2022是一款建立在ANSYS有限元解决器之上的强大的软件工具，可以帮助工程师解决许多结构力学问题和复杂材料性质的问题，比如振动和强度分析。

有限元分析是一种分析技术，它可以帮助研究工程师计算并分析各种不同类型的材料在不同环境下的行为。

ANSYS Workbench 2022包含了大量的有限元分析功能，使工程师能够对实际的物理系统进行有效的分析。

2. ANSYS Workbench 2022有限元分析：功能概述ANSYS Workbench 2022能够结合了有限元分析的众多功能，此外还提供了高度的可扩展性和易用性，使用户能够快速解决各种复杂的结构力学问题，具体功能如下：（1）多种结构力学分析：ANSYS Workbench 2022提供了多种不同类型的结构力学分析，比如强度分析、温度分析、振动分析、时域分析等，可以帮助研究工程师精确的计算物体的特性。

（2）网格划分：ANSYS Workbench 2022可以帮助研究者快速地对实际物体进行网格划分，并以其为基础进行数值模拟计算。

（3）对结果进行可视化：ANSYS Workbench 2022可以帮助研究者清楚地看到模拟结果，以便客观地理解结果。

3. ANSYS Workbench 2022有限元分析：实际案例下面以空气盒子为实际例子，介绍如何利用ANSYS Workbench 2022使用有限元分析来解决实际模型的问题。

基于ANＳＹS ＷＯRKBEＮCH的装配体有限元分析模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体的仿真所面临的问题包括:(1）模型的简化。

这一步包含的问题最多。

实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。

这些零件有的很大,如车门板；有的体积很小,如圆柱销;有的很细长,如密封条;有的很薄且形状极不规则,如车身；有的上面钻满了孔,如连接板;有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。

在对一个装配体进行分析时,所有的零件都应该包含进来吗?或者我们只分析某几个零件?对于每个零件，我们可以简化吗?如果可以简化，该如何简化?可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略?我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么,各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中,我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型?如果我们做了简化,那么这种简化对于结果造成了多大的影响,我们可以得到一个大致的误差范围吗?所有这些问题,都需要我们仔细考虑。

（2）零件之间的联接。

装配体的一个主要特征，就是零件多,而在零件之间发生了关系。

我们知道,如果零件之间不能发生相对运动,则直接可以使用绑定的方式来设置接触。

如果零件之间可以发生相对运动,则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。

如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近,我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢?又应该使用哪一种接触形式呢？(3)材料属性的考虑。

在一个复杂的装配体中所有的零件,其材料属性多种多样。

我们在初次分析的时候,可以只考虑其线弹性属性。

但是对于高温,重载,高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。

此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料,它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的?它发生了塑性变形吗?该使用哪一种塑性模型?它是粘性的吗?它是脆性的吗?它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件,对于每一个零件,我们都需要考察其各种各样的力学属性,这真是一个丰富多彩的问题。

广西工学院毕业设计（论文）说明书课题名称基于Workbench的门式起重机门架的建模及有限元分析系别机械工程系专业机械设计制造及自动化班级机自Y084学号 ************姓名李志扬指导教师李冰李宝灵2012年 12 月 31 日摘要本文以有限元法作为结构分析手段，利用UG软件建立了水电站门式起重机关键部件——门架结构的三维模型，采用有限元分析系统ANSYS Workbench完成了门架结构的有限元分析，并展望了其结构的优化设计。

门式起重机是水电站最重要的设备之一，用来起吊大坝上的闸门和完成坝上的其他起吊任务。

文章首先通过对2X1600KN 门式起重机门架结构的特点和受力情况的分析，选择自动网格划分对门架结构进行网格划分，并应用ANSYS Workbench软件对起重机架进行了载荷分析，建立了门架结构的UG模型，采用ANSYS Workbench软件对门架进行了分析计算，得到了等效应力和位移云图，并对其优化设计提出设想。

本论文为大型门架结构的分析计算提供了一种精确可靠的方法，使其设计计算更加方便、快捷。

关键词：门式起重机，门架，有限元法，优化。

AbstractIn this thesis, the finite element method is used to be the method of the structure analysis. The 3D model of the gantry is constructed by UGS software, which is the critical component of the hydropower station gantry crane. The finite element analysis package ANSYS Workbench is applied to analyze the structural stress and deformation. Then prospect the structural scheme of the gantry`s optimize. Gantry is the most important hydropower station equipment,it is used to lifted the gate on the dam and the other hoisting task. Firstly, the structure feature and load condition of the 2x1600KN gantry crane are analyzed. Build the UG model of the gantry. Choose the automatic meshing to mesh the gantry is established. The ANSYS package is applied in the analysis and calculation of the gantry and the equivalent stresses and concentration of the structure gantry in working conditions. And the structure optimization is put forward.This thesis research supplies a precise and reliable method for the analysis and calculation of the large gantry structures. It makes the design and calculation process of the large structures to be more convenient and faster.Keywords: Gantry crane, Gantry, Finite element method, Optimization.目录1绪论 (6)1.1课题目的及意义 (6)1.2本文的主要研究内容 (6)1.3门式起重机的发展概况及其作用 (7)1.3.1门式起重机的发展概况 (7)1.3.2门式起重机的用途 (8)1.4起重机研究的国内外现状与进展 (8)2门式起重机的构造 (9)2.1设计依据 (9)2.1.1主要参数 (9)2.1.2技术规范及技术标准 (9)2.2用途 (10)2.3门式起重机组成与结构 (10)2.3.1起升小车 (11)2.3.2大车运行机构 (11)2.3.3司机室 (11)2.3.4夹轨器 (11)2.3.5门架 (12)2.4门架的受力分析与计算 (12)2.4.1载荷计算 (12)2.4.2载荷组合 (12)2.4.3门架上的载荷处理与计算 (13)3门架结构的UG建模 (15)3.1 UG概况 (15)3.2 UG的特点 (16)3.3 UG的主要功能 (16)3.4基于UG NX7.0的起重机门架零部件模型建模 (17)3.5门架的总装配模型 (17)4门架的有限元分析 (19)4.1 ANSYS简介 (19)4.2 ANSYS Workbench 12.0简介 (20)4.2.1 Workbench的产生背景 (20)4.2.2 Workbench的设计思想 (21)4.2.3 Workbench的特征 (21)4.3结构离散化 (22)4.3.2单元特性分析 (22)4.3.3单元组集 (22)4.3.4求解未知节点位移 (22)4.4单元类型的选择及网格划分 (23)4.4.1预处理模块 (23)4.4.2求解模块 (29)4.4.3后处理 (34)5计算结果分析 (36)6结论和展望 (40)6.1结论 (40)6.2展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1绪论1.1课题目的及意义现代化水电站工程拥有大刑机械设备和高度自动化系统，以保证电站日常高效、安全运行，期中门式起重机是水电站最重要的设备之一。

通过 吊臂 吊载 ，起 重 机能够 实现 大高 度 、大幅度 的作 业 ，吊臂是 起重 机 的最 主要 承 载构 件之 一 ，吊臂 的强 度对 于起 重机 承载最 大起 重量 时 的整 机起 重性 能 起 到 了决 定 性 的作 用 ，吊臂 自重 对 于起 重 机 整机 倾 覆 稳定性 有着 最直 接 的影响 ，吊臂 结构 的设计 将 直接影 响整 个起 重机 的性 能 ，所 以对 吊臂 进行 有 限元 分析 是很 有必 要 的。
·１９ ·
臂 简化 为简 支外 伸 梁 进 行 分 析 。 为 垂直 力 Ｑ和 起 升 绳 拉 力 对 吊臂 轴 线 偏 心 引 起 的力 矩 如 公
式 （２）所 示 ：
Ｍ￡ｙ＝ Ｑｇｅｌ ｓｉｎ 一Ｔｅ２ＣＯ 式 （２）中 ：ｅ 为臂 端定 滑轮 与 吊臂 轴线 的偏心距 ；ｅ，为臂 端导 向滑 轮与 吊臂轴 线 的偏 心距 。
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍ ｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｒａｎｅ Ｂｏｏｎｌ Ｄｅｖｉｃｅ ｉｎ Ｆｕｌｌ Ａｒｍ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ Ｗ ｏｒｋｂｅｎｃｈ
ＬＩ Ｃｈｕｎ—ｆｅｎｇ，ＤＯＮＧ Ｑｉｎｇ—ｈｕａ，ＬＩ Ｓｈａｏ—ｊｉｅ， ＨＡ０ Ｑｉｎｇ—ｌｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｕ—ｆ ｉ，ＣＡ０ Ｓｈｕｏ
ＩＳＳ Ｎ １Ｏ Ｏ８ —９４４ ６ ＣＮ １３—１２６５／ＴＥ
承 德 石 油 高 等 专 科 学 校 学 报 第 １８卷 第 ２期 ，２０１６年 ４月
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｎｇｄｅ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏｌｌｅｇｅ
Ｖｏ１．１８，Ｎｏ．２，Ａｐｒ． ２０１６
基 于 Ａｎｓｙｓ Ｗ ｏｒｋｂｅｎｃｈ 的起 重 作 原理 、结构 尺 寸及 其 受力分 析

基于ANSYSWORKBENCH的装配体有限元分析基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体的仿真所面临的问题包括：（1）模型的简化。

这一步包含的问题最多。

实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。

这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。

在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。

（2）零件之间的联接。

装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。

我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。

如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。

如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？（3）材料属性的考虑。

在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。

我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。

但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。

此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。

4） 铲斗边板的 6 种典型工况的分析结果显 示，所受最大应力为 57. 26 MPa，远小于材料许用 应力，可进行结构改进优化。
5） 挂耳板和斗耳板在垂直偏载、水平垂直正 载和水平垂直偏载工况下应力过大，需进行结构 加强。
6） 铲斗在水平正载和偏载工况下，整体结构 所受应力较小； 垂直正载和偏载工况下，铲斗的 斗耳板与墙板所受应力较大，已超过材料许用应 力； 水平与垂直正载和偏载工况下，挂耳板、斗 耳板和墙板应力均已超过材料许用应力，可依据 分析结果进行结构改进。
1 铲斗模型的建立
铲斗 属 于 结 构 件 类 零 件， 主 要 由 主 刀 板、 副 刀板、 底 板、 边 板、 侧 刃 板、 墙 板、 挂 耳 板、 斗
壁板、斗耳板和斗齿等主要配件组成。根据装载 机铲斗 结 构 特 点 和 工 作 特 性， 在 保 证 其 插 入 力、 掘起力等力学性能不变的情况下，对铲斗结构进 行适当简化，去除结构中的部分辅助件，建立的 铲斗三维模型如图 1。
0 引言
装载机是一种用途较为广泛的工程机械设备， 主要 应 用 于 矿 山、 建 筑、 公 路、 铁 路、 水 电 等 建 设工程。装载机铲斗是装载机主要的工作装置 ［1］， 用于实现物 料 的 切 削、 承 装、 运 输 和 卸 载， 是 整 机工作性能的重要指标。由于装载机工作条件恶 劣，在铲斗使用过程中，经常会出现焊接开裂的 问题，同时铲斗与物料频繁接触，造成严重的磨 损，为保证工作完整可靠，要求铲斗设计具备足 够的强度、刚度和耐磨性。本文基于某 5 t 轮式装 载机铲斗，在 6 种典型工况下，对其进行有限元刚 度和强度分析，为装载机铲斗的结构优化提供了理 论依据。
3 小结
本文对某 5 t 装载机铲斗进行有限元仿真，对 于确定铲斗结构的不合理之处、进一步优化结构、 去除冗余等具有重要指导作用。由于铲斗为焊接 结构，通过对比分析结果数据可知，铲斗多处焊 接部位均需加强，焊接工艺的好坏决定了铲斗的 结构性能和装载机的工作性能。因此，焊接技术 的提高、一次成型技术的应用等相关技术领域的 进步，将为铲斗及其他工程机械零部件和产品提 供重要的技术保证。同时，计算机仿真技术的发 展与应用，为探索机械结构缺陷、预测结构性能、 提高结构设计质量、解决复杂结构存在的问题等， 提供了便利的手段。

基于ANSYSWorkbench的⽀架的有限元分析江苏⼤学《⼯程有限元分析》⼤作业基于ANSYS Workbench的⽀架的有限元分析姓名：学号：专业：机械设计及理论班级：农⼯院11级2012年3⽉31⽇基于ANSYS Workbench的⽀架的有限元分析摘要：为进⼀步改进⽀架的结构设计, 实现⽀架的CAE标准化⽣产, 本⽂采⽤⼤型有限元分析软件ANSYS 对发动机⽀架的应⼒分布进⾏了计算和仿真分析,得出了该构件的应⼒和应变分布云图, 从⽽为⽀架的强度分析研究提供了⽐较实⽤的有限元分析⽅法。

关键词：⽀架，ANSYS，仿真分析Abstract:In order to further improve the structural design and realize the CAE standardization of the support, we adopt finite element software ANSYS to calculate and simulate the stress distribution, and draw out the stress and strain distribution maps in the paper. It has offered the finite element analysis methods for the strength analysis of the support.Key words: support，ANSYS，simulation analysis1 问题描述与分析⽀架是现代化机械⼯程中进⾏⾼效⽣产和安全⽣产最为关键的构件之⼀。

由于⽀架重量过⼤会给运输、安装、搬家带来很多困难, 且材料消耗费⽤也是⽀架成本的主要构成部分, 所以选择其重量以及强度分析具有很实际的意义。

已知某⽀架，在两孔内做约束，在顶⾯上施加1000KN/m2的压强，然后，对⽀架进⾏强度校核，并分析⽀架的最⼤变形以及⽀架的等效应⼒。

帕姆格伦一迈因纳(PalmgrenMiner)定理设在载荷谱
该零件在给定载荷谱的作用下，可以承受6. 238×l03次循环。
13.疲劳，（静载荷）静应力应力循环比r=1，（恒定振幅载荷）脉动循环变应力r=0，（恒定振幅载荷）对称循环变应力r=-1，（非恒定振幅载荷）非对称循环变应力-1<r<1.疲劳强度因子0.8，设计寿命10e6，疲劳敏感曲线最小基本载荷变化幅度为50％，最大基本载荷变化幅度为200％，寿命云图，安全系数云图，雨流分析法（雨流阵列图和损伤阵列图）是用于把不规律应力历程转化为用于疲劳计算的循环的一种技术。疲劳是由于重复加载引起的，恒定振幅载荷（Constant amplitude load）是指最大和最小的应力水平恒定，比如对称循环载荷，否则称为变化振幅或者非恒定振幅载荷（Non-constant amplitude load）需要历程数据，比如随机载荷疲劳分析，应力范围 定义为 ，平均应力 定义为 ，应力幅或交变应力 是 ，应力比R是 ，当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σm=0，R=-1的情况。当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。
No Separation（不分离）: 这种接触方式和绑定类似。它只适用于面。不允许接触区域的面分离，但是沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。
Frictionless（无摩擦）: 这种接触类型代表单边接触，即，如果出现分离则法向压力为零。只适用于面接触。因此，根据不同的载荷，模型间可以出现间隙。它是非线性求解，因为在载荷施加过程中接触面积可能会发生改变。假设摩擦系数为零，因此允许自由滑动。使用这种接触方式时，需注意模型约束的定义，防止出现欠约束。程序会给装配体加上弱弹簧，帮助固定模型，以得到合理的解。无摩擦约束给施加面上提供了垂直方向的限制。

基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究共3篇基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究1基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究随着汽车行业的快速发展，越来越多的汽车制造商在车辆设计中使用有限元分析技术来优化其设计。

车架结构作为汽车的基础组件，其性能直接影响整个车辆的安全性和稳定性。

因此，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究成为了汽车行业的热点问题。

首先，对车架结构进行有限元分析。

有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，通过对车架结构进行建模、分析，可以预测车架在受力情况下的变形和应力分布，为车架结构的设计优化提供依据。

在分析过程中，需要考虑到汽车运行时架构所受的各种载荷，如重载、碰撞、悬挂等，并基于此建立合理的有限元模型，以获取准确的分析结果。

其次，在有限元分析的基础上，进行车架结构的拓扑优化。

拓扑优化是一种通过对物体表面进行材料、几何形状和边界条件的优化来减小物体质量而不牺牲其刚度或强度的过程。

在车架结构的拓扑优化中，需要变化车架结构的拓扑形状和尺寸，以达到最优的结构几何形状，并在不降低其强度和刚度的情况下降低其重量。

这些优化参数将被输入到有限元模型中，以验证优化方案的准确性和可行性。

最后，结合有限元分析和拓扑优化技术，开展实验研究。

实验研究是验证车架结构有限元分析和拓扑优化方案可行性的关键步骤。

通过对车架结构进行真实场景的测试和检验，可以检验分析结果和优化方案的准确性与可靠性，并对分析程序和拓扑优化技术进行改进和优化。

综上所述，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术研究是目前汽车设计领域的热点问题。

这种技术的模拟和验证可以为车辆制造商提供更加精确、高效和经济的汽车设计方案，同时也可以促进汽车行业的发展和进步综合以上研究，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术是一种可行的方法。

在结构强度分析时，不可避免地遇到许多问题，如分析方法的选取、计算结果的分析，尤其是应力奇异/集中问题的判别与分析，常常使我们很头疼。

现对这些问题总结如下：（其中的一些方法我已经计算验证过，可是里面仍然是问题多多，希望能看出问题、多提问题、共同解决这些问题；其中的一些未完成工作，希望有感兴趣的可以试试；我选取的实例是工程上常见的梁壁上焊接起竖耳轴，具体计算实例因原因没能附上）一、问题的提出研究对象：组件装配体（装配件ASSEMBLE）和几何铸件（部件PART）简化模型：忽略细节特征（如过渡圆角，或螺栓等）解决方法：1.几何XGLUE粘结，粘结可靠，几何不利分网；局部计算结果光滑2.节点NUMMRG融合，粘结有间隙，几何分网方便；局部计算结果不光滑注：二者粘结可靠，分网方便条件（规格网格、尺寸相等）下，计算结果会相同引出问题：应力奇异，<1>结构奇异——直角边、直角尖点;需要修改结构<2>数值奇异——网格敏感二、铸件构件铸件类型：圆角过渡解决方法：1.路径/外插值法：类经验公式，应力集中系数的经验/实验测定，如何用workbench 实现路径数据显示？2.细节/圆角模拟：整体模型：局部细分和子模型：局部分析3.理论计算：力学分析、经验公式；计算结构简单、工况单一引出问题：应力集中，<1>结构集中，物理现实，不可改变<2>数值集中：网格敏感；需要计算收敛解决方法：1.加权平均法（二维算法的应用和三维算法的编写）2.人为判别：<1>局部可以屈服、整体（内部含有微裂纹）完好<2>安全判断标准是材料的屈服盈利<3>可以考虑采用疲劳分析使用工况三、装配组件装配类型：固结/刚性连接——焊接（点焊、线/角焊、面焊）铆接（铆钉）螺接（螺栓/螺母）铰接/柔性连接——连接铰解决方法：整体把握，细节分析刚性连接：1.整体方法——1）绑定接触MPC方法2）组件装配CEINTF命令注：二者方法相同，都是基于MPC多点约束方法，计算结果也相同3）经验公式：焊接界面特性和焊接工艺性能2.细节分析——1）焊接：焊缝模拟，实体、梁、壳（变截面）2）铆接：SpotWeld方法3）螺接：见专题讨论柔性连接：Joint模拟，MPC184单元引出问题：刚性连接：<1>应力集中/奇异——人为集中，模型装配/连接；需要计算收敛<2>连接/接触位置载荷传递，力/力矩和剪力/弯矩<3>接触应力分布柔性连接：<1>方法掌握、灵活应用<2>材料特性的定义、测定<3>大模型装配，大模型计算问题解决方法：1.整体校核，固结：焊接/铆接/螺接强度及其评判<1>屈服判别：焊接（内部宏观裂纹扩展），不可局部屈服铆接，局部部分屈服；螺接，局部屈服，螺栓强度、螺栓螺母咬合力<2>安全判别标准是焊锡焊接强度；铆接强度；螺接强度<3>判别数值，焊接/铆接/螺接局部最大应力值2.细节分析，固结：焊接/铆接，局部应力分析；螺接，接触分析具体遗留了几个问题：1）路径操作时，如何用图表显示路径数据2）其它使用workbench遇到的问题，希望有人能在试做的过程中给予解决、指导总结：Workbench中插入APDL语言，是点缀性的、辅助性的，是对界面操作的一种修改；而且有时候，需要一次计算完成后，对照Solution information来修改，感觉有点麻烦；不像ANSYS中可以自己很主动、直接的编写APDL语言，自己控制求解的过程；另外，workbench中的一些界面操作无法通过随后APDL语言来修改，比如：在ansys中可以，通过编写rbe3命令来定义主、从节点在某个自由度方向约束，而如果我希望在workbench中对remote force做修改，则找不到可修改的地方，其默认应该是在三个自由度上建立约束方程了。

一．.简介：Workbench有限元分析流程二．WB静力分析（一）pro/E三维模型及简化(a)原模型（b）简化后（二）三维模型导入workbench中①点击workbench图标进入WB界面。

②在Analysis Systerms栏中用选中Static Structural(ANSYS)，拖拽到Geometry上，再松开左键。

③双击Geometry图标进入几何建模模块，右键点击Attach1，将导入的三维模型转化为有限元模型。

在Geometry模块可以对三维几何体进行④关闭Geometry模块，双击Engineering Data设置材料属性。

⑤返回上一级界面，双击Model，进入到Mechanical界面下，进行以下几步操作。

a指定材料：单击Geometry→模型名称（此处为gongzuotai）→Material→Assignment →Gray Cast Ironb划分网格：单击Mesh→Mesh Control→Sizing→Scope→Geometry（选中工作台）→Definition→Element Size(设为20) →updatec添加约束：单击Static Structural→supports→Fixed supports→Scope→Geometry(选中四个滑块安装位置) →Applyd添加重力：单击Inertial→Standard Earth Gravity→Direction（选择方向）→Applye添加外载荷：（1）设定载荷作用区域：进入DM模块，New plane→Type→From Face→Base Face （选择面）→Apply→Generate；点击Skching→Circle（画一个圆）；点击Dimensions→General为此圆添加尺寸约束；点击Diameter设置此圆直径；点击Modeling→sketch→Extrude→Operation→Imprint Faces→Direction→Normal→Generate（2）添加载荷：进入Mechanical模块，单击File→Refresh All Data→Static Structural →Loads→Force→Geometry（选中刚才画的圆）→Magnitude（设定载荷大小）→Direction （设置载荷方向）f求解：单击Solveg观察结果：单击solution→Stress→Equivalent Stress（等效应力）；单击Deformation→Total（总变形）；单击Strain→Equivalent（等效应变）。