主梁结构的参数化建模与有限元分析
机械设计的有限元分析及结构优化
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。
起重机箱形主梁的结构的改进设计研究
在整 个主梁 中， 当小车满 载于主梁 跨 中时是 非常危险 的， 因此 ， 我 寸数值也会 随着比例的变化而改 变， 但是 划分的单元数 量并不会改变 ， 们首先来分析 １ 载 荷问题 。 这对于以后 的分析 和加载特 别有利。 １ ． 箱形主梁的基本参数 当优化中的 目 标 函数 能够 满足主梁 各项条件 时， 它的重 量最轻 ， 但 起重机 主粱结构 和圣兽的主要载荷 如下图Ｉ 所示 。 是主梁 采用的相 同材质只有一种 密度， 因此 ， 主梁 的质量与体 积有很 大
中， 无论 是设计 制造还是 使用条件和 安全问题都 存在许多的不足， 起 重 因此 ， 我们要采 用这些参 数 ， 而 不能使用具 体的数 字。 对 于设定 的壳单 机 所需 的原材料 比较多， 在 结构 设计上也十分不合理 ， 使用的效率 比较 元实常 数， 应 采用不 同的方 式表示 出来 ， 并且在建 模的过 程 中， 应 采用 低， 这 就导致 在基建中增加了许 多的成本。 由于桥 式起 重机在现代 的其 Ａ、 Ｂ 表示上下 盖板 间距和左右 腹板的间距 。 当模型划分 网格之后 ， 应考 中设计 中占有重要 的地位 ， 下面我们就 针对桥式起 重机箱形主梁结 构的 虑 模 型优化时所 采用的 自动划分 网格 ， 尽可能 固定 单元号。 因此 ， 要将 改进设计 进行研究 。 主梁 截面中的任意 线段和跨度的方 向分为不 同的段数 ， 不能确定为具体 的长 度数值 。 在 这种 情况下， 如果参 数的数 值发 生改变 ， 那么网格 的尺 起 重机 箱 形圭 梁 的设 计计 算
】 － ｌ … ｌ ０■ 』 － － ■ － ■ ０ ＿ Ｉ ¨ Ｉ ２ ／
１
的关系。 采用一 阶方法优化 ， 并设定各个 设计变 量和各 状态 变量值 ， 如 小表ｌ 和 表２ 所示 小 值 １ ． ４
1有限元分析概述
• 项目挑战
– 初始设计的扭转变形钢片几乎 没有信号输出，无法实现扭矩
传感
电子助力转向系统
• 解决方案
– 通过结构分析发现原始设计的 缺陷 – 第一次改进设计，效果很好， 但由于结构尺寸过大，基本不 实用 – 经过30多次方案改进，最后获 得了一个非常满意的设计（传 感器电路仿真也在ANSYS里一 起完成）
– 用于F-15飞机的弹射座椅改进设计 – 需要计算在弹射和前向碰撞两种最 大载荷状态下的座椅可靠性
• 项目挑战
– 100多个零部件，模型极其复杂 – 载荷施加非常困难
• 解决方案
– 在Workbench环境下使用 Mechanical软件，利用其双向参数 链接功能输入CAD模型，并自动创 建零部件的装配接触 – 利用Workbench高级网格处理能力 – 利用Workbench先进的加载功能 （如空间质量点、远程等效力等） – 与CAD协同进行结构改进和优化设 计
（3）
式中，F e 和 F e 分别为作用于单元e的结点i和结点j的结点力。 j i 式（3）写成矩阵形式为
xj x i x e L x xi j x e L
(2)
3.单元方程（单元结点位移与结点力的关系） 由等截面杆变形与拉力的关系（虎克定律）得到：
A e E e e e e i j Fi Le e e A E e e e j i Fj Le
最终设计
第一次 改进设计
第一次改进设计的应变分布状态非常良好（基 本上只有第一主应变，其它主应变很小），扭 转引起的电阻变化很大，传感效果好。但结构 宽度太大，无法集成在转向系统中，实用性差
箱形主梁的三维参数化设计及有限元分析
Ｋ ｙ ｏｄ ：ｂｘｇ ｅ；ｐ ｍ ｅ ｒｅ ｅｉ ；ｆ ｔ ｅ ｍ ｎ ａａ ｓ ｅｗ ｒｓ ｏ ｒ ｒ ｍ ｎｔ ｉ ｄｄ ｇ ｉ ｅ ｌ ｅｔ ｎｌ ｉ ｉ ｄ ｅｚ ｓ ｎ ｉ ｎ ｅ ｙｓ
便 ，将腹板中部做成矩形而端部做成梯形，同时使 下 盖板 两端 向上倾斜 。
箱 形主梁 的外部结 构形 式基本 上是 一样 的 ，但
始设 计用 户界 面 。用 户界面 应该使 用方便 、界 面熟 悉 、有灵 活 的提示 帮助信息 、良好 的交互 方式 、 良
好 的 出错 处理 等。 以广 州某起 重机 厂现有 标准 型号 的箱 形主梁 的
维普资讯 ຫໍສະໝຸດ 单神 经元 自适 应 ＰＤ控 制器 的运用取 得 了 良好 的效 Ｉ
果 ，有效地抑制 了负载扰动，大大提高 了控制品
质；
（）研制出成本低，控制精度和自动化水平高 ３
的惯性 式制动 器试验 台是完 全可 能的 。
参 考 文 献
图 ３ 无转矩扰 动前馈补偿控制仿真结果
度 和起重 量 ，系统会 自动从 数据库 中查 找到相关 的 数 据 ，设 计者 默认这 些数据 而不 用修改 ；如果要 进 行 非标设 计 时 ，输 入跨度 和起重量 ，系统 就会查 找 数 据库 ，进行 比较 ，选 择 与标准 箱形 主梁相 近的数 据 作为参 考数 据 ，供 设计 者 修 改 尺寸 参数 时参 考 。 当设计 者修 改 了某 一些尺寸 后 ，系统会 自动对 与这 些 尺寸 相关 的尺寸 进行修 改 ；如果 设计 者修 改的尺 寸不合 理 ，系统会 进行判 断 比较 之后 以弹 出式 信息 框 的形式 提 醒设计 者进行正 确 的设 置 和修改 ，直到 数据设 置正确 以后 才 能 进 入到 下 一步 的操 作 之 中。
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用1. 本文概述本文旨在深入探讨有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）在现代工程机械钢结构设计与结构优化过程中的关键作用及其实际应用价值。
随着计算机技术和数值模拟方法的发展，有限元分析已经成为工程领域不可或缺的重要工具，尤其在解决复杂钢结构的力学行为、承载能力评估、疲劳寿命预测以及结构优化设计等问题上具有显著优势。
在工程机械钢结构的设计阶段，有限元分析能够精确模拟构件在各种载荷条件下的应力分布、变形状态和稳定性特征，从而帮助设计者在产品开发初期就对结构性能进行预估和改进。
同时，通过开展细致的有限元仿真研究，可以对潜在的局部薄弱区域进行识别，并据此进行针对性的结构强化设计。
本文将系统介绍有限元分析的基本原理及其在工程机械钢结构领域的具体应用步骤，结合实例阐述如何利用有限元法实现结构静力分析、动力学分析、热力学分析以及多物理场耦合问题的研究。
还将探讨借助高级优化算法与有限元软件平台相结合的方法，实现工程机械钢结构的轻量化、功能化与成本效益最优化设计策略，以期推动该领域的技术进步和产业升级。
2. 有限元分析的理论基础有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种数值计算方法，它通过将一个复杂的结构分解成许多小的、简单的、形状规则的单元（有限元），并对这些单元进行局部的分析，来近似求解整个结构的响应和行为。
有限元分析的基本原理是将连续体划分为有限数量的离散单元，每个单元内部的物理行为可以通过局部的近似函数（形函数）来描述。
通过组装这些局部近似函数，可以得到整个结构的全局近似解。
形函数是有限元分析中的核心概念，它定义了单元内部的位移或温度等物理量的分布情况。
插值是通过有限个已知点（节点）的函数值来构造一个连续函数的过程。
在有限元分析中，形函数通常采用多项式函数，如线性、二次或三次插值。
刚度矩阵（Stiffness Matrix）是描述结构在受力后变形能力的矩阵。
某单梁桥式起重机主梁有限元分析
太原科技大学大学生创新训练 （Ｕ Ｉ Ｔ ） 计划项目 （ｘｊ２０１２０６９ ） 收稿日期 ： ２０１２‐１１‐０２ ； 修回日期 ： ２０１２‐１１‐１０ 作者简介 ： 王文浩 （１９７６‐） ， 男 ， 山西洪洞人 ， 讲师 ， 在读博士生 ， 主要从事机械金属结构 、 工程力学 、 机械优化设计等领域的教学和研究 。
。
材料许用剪应力值为 ：
［τ］ ＝
［σ］ ３
＝
８２
．３２ ～ ７９ １ ．７３２
．１５４
＝
（４７
．５２９
～
４５
．７０１ ）
ＭＰａ 。
图 ３ 跨中荷载作用下的主梁结构变形及应力云图 图 ４ １ ／４ 跨荷载作用下主梁结构变形及应力云图
图 ６ 主梁的应力集中
３ ．２ 主梁跨中截面的正应力校核 由图 ３ 可知主梁跨中下翼缘存在最大正应力 （如
Ａｂｓｔｒａｃｔ ：Ｔ ａｋｉｎｇ ａｎ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｃｒａｎｅ ｗｉｔｈ １６ ．５ ｍ ｓｐａｎ ａｎｄ ３ ｔ ｌｉｆ ｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｔｏｐ‐ｄｏｗ ｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｄｏｗ ｎ‐ｔｏｐ ｍｅｔｈｏｄ ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｅｔ ｕｐ ｔｈｅ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｅ ｇｉｒｄｅｒ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆ ｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ ．Ｔ ｈｅｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｂｅａｍ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｃｈｅｃｋｅｄ ．Ｓｏｍｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ｗ ａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｃｒａｎｅｓ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ：ＡＮＳＹＳ ；ｏｖｅｒｈｅａｄ ｃｒａｎｅ ｇｉｒｄｅｒ ；ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ；ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ；ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｃｈｅｃｋ
桥梁的ansys有限元分析
（一）研究背景桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有十分重要的位置 ,而桥梁桁架结构是保证桥梁安全运营的重要手段。
随着技术的发展，桥梁桁架结构己经发展成为桥梁领域中必不可少的专用结构，桥梁桁架结构更是代表了桥梁的主流发展方向，具有广阔的市场前景。
木文的研究对象为桥梁桁架结构，采用有限元法对该车结构进行了有限元分析。
（二）研究目的本文认真研究了桥梁的结构组成和工作原理，对桥梁各组成部件进行了合理的模型处理和简化，利用有限元分析软件ANSYS的APDL语言，建立了各部件的有限元参数化模型。
按照真实情况采用合理的方式模拟各部件间的连接关系，将各部件组成一个整体。
通过以上工作建立了桥梁的有限元分析模型，对桥梁桁架结构进行静力学分析，分析桥梁桁架结构在静态情况下的位移变形，应力应变分布，为桥梁桁架结构的设计与制造提供理论依据。
（三）有限元分析过程1.定义材料属性，包括密度、弹性模量、泊松比。
点击主菜单中的"Preprocessor'Material Props >Mat erialModels” ,弹出窗口,逐级双击右框中“Structural、Linear\ Elastic\ Isotropic n前图标，弹出下一级对话框，在"弹性模量” （EX）文本框中输入:2. Oell ,在“泊松比” （PRXY）文本框中输入：0. 3,如图所示，点击“0K”按钮，同理点击Density输入7850即为密度。
A define Material Model BehaviorMaterial Edit Favorite HelpA Linear I&otropic Properties for P/aterhl Number 1Linear Isotropic Ifaterial Propertiesfor Kat erial NuiTber 1T1Terrperatures |0 EX PRX7|o.3Add Temper attire | Delete TeiuperatureGraphOKdree] |HebA Define Material Model Behavior Matenal Edit Favorite Help2. 定义单元属性，包括单元类型、单元编号、实常数。
桥式起重机主梁结构分析和优化设计
桥式起重机主梁结构分析和优化设计【摘要】随着工业的迅速发展，越来越多的工作需要机器代替人工来完成，比如货物的搬运就必须借助起重机，人力是很难完成的。
起重机械不仅是现代化生产中的工具，也是不可缺少的生产设备，对提高生产效率、减轻工人工作量、节约生产成本、提高生产安全系数等，有着至关重要的作用。
目前应用最广泛的起重机就是桥式起重机，但这种起重机结构尺寸比国外同样吨位的起重机大很多，造成了材料和资源的浪费。
本论文在桥式起重机起重量和跨度一定的情况下，对主梁结构进行分析有优化设计。
【关键词】桥式起重机；主梁；结构分析；优化设计1.主梁结构分析和优化概述由于计算机的发展和广泛应用以及优化理论知识的发展，起重机的设计从传统设计发展到可以建立一种设计过程中自动选择最有方案的迅速而有效的方法，这种方法也是目前在机械设计中应用最广泛的一种设计方法，即优化设计法。
主梁结构优化设计即是在满足行业规范及特定要求的前提下使结构的重量、造价、刚度、灵敏度、稳定性和可靠性达到最佳的方法。
起重机是提高生产效率、节约生产成本、减轻工人劳动负担、实现安全生产的起重运输设备，在一定的范围内水平移动和垂直起升的设备，具有作业循环性和动作间歇性的特点，所以在主梁的结构分析和设计中一定要兼顾到安全性能和稳定性能。
2.桥式起重机主梁结构的分析2.1主梁结构设计的要求目前桥式起重机的种类比较多，根据主梁的数目可大致分为单梁桥架和双梁桥架，根据结构可大致分为型钢梁式桥架、箱型结构桥架、精架式桥架。
钢梁式结构的主梁一般采用工字钢，结构简单，起重量小，一般应用于小车；箱型结构应用比较广泛、工艺简单，但其主梁易下饶。
综上桥式起重机的特点，在对主梁的结构进行设计时，必须满足以下几个基本要求：（1）主梁的刚度和强度要满足要求。
（2）尽可能降低主梁的重量，这样不但可以减轻起重机的自重，也减轻了桥架和厂房建筑结构的负载，同时也能节约资源、减少生产成本、提高安全性能和运行的稳定性。
论文900t提梁机主梁结构分析和有限元模型
900t提梁机主梁结构设计和有限元分析摘要利用三维建模软件Solidworks对900t提梁机主梁进行结构设计，并用ANSYS 软件对其进行有限元分析，其中分析内容包括对900t提梁机主梁的静态分析、模态分析和瞬态分析，以此验算提梁机主梁结构的强度和刚度是否符合设计要求。
关键字900t提梁机主梁有限元分析静态分析模态分析瞬态分析刚度强度1、研究背景及意义随着社会进步的不断发展，生产技术的不断发提高，各施工环境对吊装机械越来越苛刻的要求，同时整体吊装工程越来越普遍，这就要求吊装机械的起重能力、作业幅度和高度越来越大，大型起重机的市场需求随之增长很快。
就其功能来说，提梁机是将预制好的钢筋混凝土梁段吊装到预定的位置上。
由于它必须受到现场地势情况、梁片重量以及相邻桥墩的跨度等多方面因素的影响，因而造就了提梁机在设计和施工上的难度。
针对不同的工作环境，就需要有满足相应生产条件的架桥机，这不仅是行业上的一大挑战，同时也使得各种各样的提梁机应运而生。
国内大型吊装用起重设备已由过去单一的抱杆方式，逐步扩大发展成为以高性能、更安全可靠的大型移动式起重机为核心的吊装设备。
而且大型移动式起重机机动性和作业灵活性等特点也深受业内的青睐。
除此以外，浮式起重机和龙门起重机也都担负着海上和造船用大型吊装工作。
其中，用于海上吊装的浮式起重机国内最大吨位已达到38000kN，适于固定场合吊装的龙门起重机最大吨位为9000kN。
常用的大型移动式起重机主要有轮式起重机和履带起重机，国内在这方面正逐步向大吨位发展。
发达国家早在20世纪70年代就已生产制造和广泛使用大型移动式起重机，而且仍在不断研究新技术和新结构，向更大吨位挑战。
2、国内外发展现状国内履带起重机和轮式起重机的开发能力还主要处于中小吨位级别。
从产品规模、吨位大小和可靠性方面与国外还是有一定差距，这需要我们在不断消化吸收国外先进技术的基础上，立足于国际化配套，更快地提升产品质量和性能，扩大生产规模。
不规则开孔梁试验及有限元参数化分析
beam -2 的应力/M Pa
最大应力
孔边最大应力
最大应力
孔边最大应力
237.78
97.31
220.12
113.18
1.3F
320.83
F 为实际设计荷载的等效荷载
126.46
302.14
146.32
荷载/kN 荷载/kN
4 有限元分析
4.1 有限元建模 本文采用 ABAQUS/Standard 进行有
②对钢梁进行有限元参数化分析表 明 ，开不规则巨型孔钢梁相较普通未开孔 钢梁 ，开孔后若不对孔边进行加强 ，可使 梁跨中变形刚度减小约 13%；若对孔边进 行加强措施 ，则梁跨中变形刚度约增加 10%。由于通过对孔洞加强 ，增加了远离 中心轴两侧钢材面积和钢梁的惯性矩。
参考文献
[1] GB 50017—2017. 钢结构设计标准[S]. [2] Chung K F， Lawson R M. Simplified
1.3 倍 设 计 荷 载 下 梁 上 的 应 力 分 别 为
205.1MPa 、268.3MPa 。
通过理论计算及试验表明 ，型钢梁开
不规则巨型孔后 ，对孔边进行加强则梁上
最大应力增量小于 20% ，并且钢梁强度能
满足钢结构设计要求。
○ 数字化与信息化 ○
荷载 F
表 1 梁上最大应力
beam -1 的应力/M Pa
with open holes is about 12% higher than that of the girder without open holes. However, the stress distribution on the steel beam is affected
基于SolidWorks的桥式起重机主梁三维设计分析
５ 结论
借助Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 运 动仿真模块可以进行桥式起重机 的干涉分析 ， 及时 本通过对模型进行三维建模并有 限元分析 ，充分体现 了虚拟设计先 发 现设计 中存在 的干涉与装配问题 ， 还可进行运动仿真 ， 模拟起重机工作 进思想 ， 大大提高 了丁作效率 ， 降低 了开 发成本 ， 并为产 品的一次性开发 的运行情况 ， 在设计过程中及时发现问题 ， 在线修改等。
（ ５ ） 避 雷 网 安装
杆做避雷带时 ，拐弯处应弯成 圆弧活弯 ， 栏 杆应 与接地引下线可靠 的焊
避雷 网分 明网和暗 网两种 ， 暗网格越密 ， 其 可靠性就越好 。网格 的密 接 。节 Ｅ ｌ 彩灯沿避雷带平敷设 时、 避雷带的高度应高于彩灯顶部 ， 当彩灯 度按设计要求执行。 垂直敷设时 ， 吊挂彩灯的金属线应可靠接地 ， 同时应考虑彩 灯控制 电源箱 建筑 物屋顶上有突 出物 ， 如金属旗杆 ， 透气管 、 金 属天沟 、 铁栏杆 、 爬 处按装低压避雷器或采取其它防雷击措施 。
【 ４ ］ 大连 起 重 机 厂 。起 重 机设 计 手 册 ［ Ｍ］ ， 辽 宁： 辽 宁 人 民 出版 社 ， １ ９ ７ ９ 。 ［ ５ 】 叶修 梓 ， 陈超 祥 主 编 。 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 高级 零 件教 程 ： ２ ０ １ １ 版． 北京： 机械 ＿ ｚ － ＿ ， ｌ ｋ
梯、 冷却水塔 、 电视天线 等 ， 这些部位的金属导体都 必须与避雷 网焊 接成 参 考 文 献 体。顶层 的烟 囱应做避雷带或避雷针 。 【 １ ］ 《 建筑电气工程》 北京： 化学工业出版社２ （ ｝ ０ ５ 。
一
（ ６ ） 均压环（ 或避雷带 ） 安装 利用结构圈梁里的主筋或腰筋与预先准备好 的约２ ０ ｅ ｍ的连接钢筋头
有限元分析建模方法
注意：分步计算最复杂的工作是确定子模型的边界条件，即将整体 模型的计算结果以节点位移或分布力的形式转换到子模型的边界 上。可参考相关文献。
8-7 模型简化
2、分步计算法
工程中常存在一些相对尺寸很小的细节，如小孔、键
槽、齿轮齿根等，如果这些细节处于结构的高应力区， 则可能引起应力集中。
编 值 参 参数 编节材物截几
号
考 考量 号点料理面何
系系
编特特特 数
代代
号性性性 据
码码
码值
码
位载热其 移荷边他 约条界边 束件条界 数数件条 据据数件
据数 据
8-5 有限元建模的基本流程 参数化实体造型
物理属性编辑器
载荷、约束 材料
力学属性编辑器
基于实体的物理模型
几何元素编辑器
对称/反对称简化 中线/中面提取 小特征删除/抑制
用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结果，包括 位移、应力、应变、温度等；
最大最小值分析； 特殊部位分析。
8-2 有限元建模的重要性
在有限元分析过程中，建模是其中最为关键的环节。因为： 1.影响结果精度：有限元模型要为计算提供所有原始数据，
这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度。如果模型本身 不合理，即使计算算法再精确，也不可能得到高精度的分析结果。 因此，模型的合理性是决定结果精度的主要因素。 2.影响计算过程：模型不仅决定计算精度，还影响计算的过程。 对于同一分析对象，不同的模型所需要的计算时间和存储容量可 能相差很大，不合理的模型还可能导致计算过程死循环或终止。 3.对人员要求高：由于分析对象的形状、工况条件、材料性质 的复杂性，要建立一个完全符合实际的有限元模型是很困难的。 它需要综合考虑的因素很多，如形状的简化、单元类型的选择、 边界条件的处理等等，从而对分析人员的专业知识、有限元知识 和软件使用技能等方面都提出了较高的要求。 4.花费时间长：建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当 大的比例。对分析人员来讲，他们的工作不是开发有限元分析软 件，而是如何利用软件（如ANSYS）分析他们所关心的结构。 分析过程中，分析人员可把计算过程作为“黑匣子”来对待，而 把精力主要集中在建模上。通常，建模所花费的时间约占整个分 析时间的70%左右。因此，提高建模速度是缩短分析周期的关键。
钢筋混凝土有限元模型简化方法方面
钢筋混凝土有限元模型简化方法在工程结构分析中，钢筋混凝土结构是一种常见的结构形式，其分析与设计对于工程建设具有重要意义。
而有限元模型是一种常用的分析方法，可以对结构进行精确的数值模拟。
然而，由于钢筋混凝土结构的复杂性，有限元模型建立过程中会面临许多困难与挑战。
为了提高分析效率和准确性，研究钢筋混凝土有限元模型简化方法显得至关重要。
1. 宏观与微观有限元模型在钢筋混凝土结构的有限元模型简化中，宏观和微观有限元模型是两种常见的建模方法。
（1）宏观有限元模型宏观有限元模型是将整个结构看作一个整体进行建模，忽略混凝土和钢筋的内部细节，采用等效材料参数进行建模。
它的优点是简化建模过程，适用于整体结构的静力分析。
但是宏观模型无法准确反映混凝土开裂、钢筋-混凝土粘结等微观细节，因此在动力分析和非线性分析中应用受到限制。
（2）微观有限元模型微观有限元模型则是通过对混凝土和钢筋内部结构进行建模，考虑材料的本身性能和相互作用。
这种模型能够更准确地描述结构的非线性行为，适用于混凝土开裂、钢筋屈服等情况的模拟。
但微观模型需要考虑大量细节参数，建模复杂且计算成本高，适用范围相对较窄。
2. 混合有限元模型为了克服宏观和微观有限元模型各自的局限性，近年来逐渐出现了混合有限元模型的建模方法。
混合有限元模型将宏观模型和微观模型相结合，采用多尺度分析方法进行建模。
在宏观尺度上，采用等效材料参数进行建模，简化整体结构的宏观行为；在微观尺度上，考虑混凝土裂缝的扩展、钢筋的局部应力集中等微观细节。
通过两者的耦合，混合有限元模型能够更准确地描述钢筋混凝土结构的力学行为。
3. 参数化建模在钢筋混凝土有限元模型的简化方法中，参数化建模是一种重要的思路。
参数化建模是指将结构中的各种参数进行提取和建模，通过参数化的方式描述结构的力学行为。
这种建模方法能够有效地简化复杂结构的建模过程，提高建模效率；同时还能够方便地进行参数敏感性分析和优化设计。
4. 基于实测数据的模型简化钢筋混凝土结构的有限元模型简化方法还可以基于实测数据进行建模。
机械结构的模态分析与优化方法研究
机械结构的模态分析与优化方法研究引言：机械结构的模态分析与优化方法是工程领域中重要的研究课题之一。
通过对机械结构的模态分析，可以了解结构的固有频率、振型及其对外界激励的响应情况，为设计、制造和使用提供重要依据。
而模态优化是指在满足结构强度和刚度的前提下，选择合理的材料、几何形状和结构参数，以实现结构自然频率的要求。
本文将介绍机械结构的模态分析与优化方法，并讨论其在工程实践中的应用。
一、模态分析方法1. 有限元法有限元法是一种常用的模态分析方法，通过将结构划分为有限个单元，并在每个单元内建立适当的数学模型，最终求解结构的固有频率和振型。
该方法可以考虑复杂的结构形状和材料特性，广泛应用于工程实践中。
2. 边界元法边界元法是一种基于势能原理和边界条件的计算方法。
通过建立结构的边界条件和振动方程，可以求解结构的固有频率和振型。
与有限元法相比，边界元法具有计算效率高、计算量小等优点，适用于小挠度、大边界问题的模态分析。
3. 牛顿迭代法牛顿迭代法是一种求解非线性代数方程组的数值方法，可以用于求解结构的固有频率和振型。
此方法通过迭代的方式逼近非线性方程组的解，具有收敛速度快、精度高等特点，适用于复杂的非线性系统。
二、模态优化方法1. 参数化建模参数化建模是模态优化的基础。
通过对机械结构进行合理的参数化处理，将结构几何形状和结构参数与优化目标关联起来，为后续的优化计算提供基础。
2. 目标函数设定模态优化的目标是满足结构固有频率要求的情况下，选择最合适的材料、几何形状和结构参数。
因此，在模态优化中，需要明确优化目标并将其转化为具体的数学表达式，以便进行优化计算。
3. 优化算法选择模态优化中常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。
这些算法可以在设计空间中进行搜索，找到满足优化目标的最优解。
根据具体问题的特点，选择合适的优化算法对模态优化进行计算。
三、应用案例1. 汽车底盘结构的模态分析与优化通过对汽车底盘结构进行模态分析，可以了解其固有频率和振型分布情况。
大吨位桥式起重机桥架结构参数化建模及有限元分析
构设 计 和制 造工 作 也 面 临诸 多新 的技术 问题 。近 年 可以获取 Ａ ｓｓ ｎｙ 数据库息 ， 也可 以定义经常使用的命 来 ， ｎｙ 分析软件凭借其在金属结构分析方面的强 令 ， Ａ ｓｓ 提高产品的研发效率 。 综上所述 ， 我们可知 ： 起重
大功能 ， 使得越来越多的公 司开始采用 Ａ ｓ 软件对 机三 维实 体模 型 的参 数 化设 计 的实 质 就 是应 用 Ａ — ｎｙ ｓ Ｎ 起 重 机 金属 结构 进行 有 限元分 析 。然 而 ， 用该 软件 Ｓ Ｓ软件 进行起 重 机 的编程设 计 。 采 Ｙ
本文件 ， 删除与结构尺寸无关 的命令行 ， 使程序更简 洁， 以提 高程 序运 行效 率 。 （） ３ 在参数化程序开头处定义计算类型 ， 并建立 桥式起重机 的桁架结构主要 由主梁和端梁等部 宏文件 ， 用于传递参量。 件 组 成 。本 文 以主 梁 和端梁 均 为 箱形 梁 截面 形状 结 （） ４ 将参 数 化 程 序 中所 有 与桥 架 结 构 尺 寸 有 关 构 的起 重机 为 例 进行 分 析 ，其 箱 型梁 截 面形 状及 其 的数值全 部用 变量 代替 ， 在宏命 令 下进 行赋 值 。 并 参 数 分 布 图如 图 １ 示 ，而主 梁 与端 梁 之 间通过 连 所 ’ 。’。 ’’ ｊ ’ ’ ’ 。 … ’ 。 ’。 ： 。 ’ 接 件 连接 。
摘 要 ： 于桥 式起 重机主 梁结构 的分析设 计 ， 用参数化设计 的方法建立主梁三维结构模 型 ， 模型结构尺寸 的修 基 运 使得 改 变得 简单 易行 ， 并应用 Ａｎｙ 对主 粱进行有限元分析 。该 方法对桥式起重机 系列产品的设计具有借鉴价值 。 ｓｓ
关键词 ： 参数化 ； 限元 分析 ； 有 桥式起 重机
桥梁结构ANSYS建模原则及常见问题
4 基于 APDL 的编程及 ANSYS 新模块的实现 ......................... 34
4.1 APDL 的特点 ...................................................... 34 4.2 APDL 的编程 ...................................................... 34 4.2.1 APDL 的参数化变量及函数 ................................... 34 4.2.3 宏命令 ................................................... 37 4.2.4 APDL 常用命令详解 ......................................... 38 4.3 ANSYS 新功能 ..................................................... 39
5 实用技巧 .................................................... 43
桥式起重机主梁有限元分析指南
桥式起重机主梁有限元分析指南桥式起重机主梁有限元分析指南有限元分析是一种工程分析方法，通过将复杂的结构分成有限数量的小单元，然后进行数值计算，以确定结构的应力、变形等性能。
下面将按照以下步骤介绍桥式起重机主梁的有限元分析方法。
第一步：建立模型首先需要确定分析的范围和目标，根据实际情况选择主梁的一部分或整体进行分析。
然后，根据主梁的几何形状和材料特性，进行建模。
可以使用CAD软件绘制主梁的几何形状，然后转换为有限元分析软件可识别的格式。
第二步：划分单元和节点将主梁分成有限数量的小单元，一般采用三角形或四边形单元。
划分单元的目的是将结构离散为小的部分，便于计算机进行数值计算。
同时，需要在单元的节点处定义位移约束和荷载条件。
第三步：定义材料属性和边界条件根据主梁的材料特性，如弹性模量、泊松比等参数，对每个单元进行材料属性的定义。
同时，需要根据实际情况定义边界条件，包括固支边界、荷载和约束等。
第四步：施加荷载和约束根据实际工况和设计要求，施加荷载和约束。
可以模拟起重机所受的静载荷、动载荷和横向载荷等。
同时，需要定义约束条件，如固定边界、支座约束等。
第五步：求解方程通过有限元软件对模型进行计算，求解结构的应力、变形等参数。
有限元软件会根据划分的单元和节点，利用数值计算方法求解结构的方程。
第六步：结果分析根据求解的结果，分析结构的应力分布、变形情况和破坏状态。
可以通过有限元软件绘制应力云图、位移云图等图形，直观展示结构的性能。
第七步：优化设计根据分析结果，对主梁的结构进行优化设计。
可以调整材料厚度、增加加强筋等措施，以提高主梁的强度和稳定性。
有限元分析是桥式起重机主梁设计和优化的重要工具。
通过这种方法，可以更准确地了解主梁的受力性能，为工程师提供科学的依据，进一步优化设计方案。
同时，也可以减少实际试验的成本和周期，提高工程效率。
基于Solidworks的桥式起重机主梁有限元分析
司伟 丛 （ 秦皇岛 港股份有限 公司 第三分 公司）
摘要： 本 文针 对桥 式 起 重机 的结 构特 点 ， 采 用 三 维 设 计 软 件 ｗｏ ｒ ｋ ｓ是 ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ环 境 下 的 三维 机 械 Ｃ ＡＤ软 件 。 采 用
的。桥 式起 重 机 主要 由大 梁 ， 起升 装 置 ， 端梁 ， 大 梁行 走机
产 品模 型 的修 改通 过尺 寸 设备 管理 人 员 ， 有关领 导 及天 车、 起 重工 的 重视 叫。 本 文所 通过调 整 参数 来修 改 设计 模 型。 通 过 给 定 的几 组 参 数值 ， 实现 了系列 零 件 或标 研 究对 象 的技术 特性表 和 材料 分 别在表 １ ， 表 ２中列 出。 驱 动 实现 ，
７ ９ ９１ ５ Ｋ ｇ
准件 的 自动 生成。约束 的 引入 使 对设计 目标依 赖 关系 的描 述成 为 可能。 ２ ． １ ． ３ 基于 特征 的参 数化 建模 。基于 特征 的参 数化 建 模 综 合运 用 参 数化 特征 造 型 的变量 几 何 法和 基 于 生 成 历 程 法这两 种造 型 方法 实现特征 的构 造和 编辑。基于 特征 的 参数 化建模 是 新型 的 Ｃ ＡＤ建模 方法 ， 是Ｃ ＡＤ ／ Ｃ ＡＰ Ｐ ／ Ｃ Ａ Ｍ
表 １ 技 术 特 性 表
最 大 起 升 钢 板 重 量 最 大 起 升 高 度 速 度 １ ２ ５ ０ ０ Ｋ ｇ ＋１ ２ ５ ０ ０ Ｋ ｇ １ ５ ０ ０ ０ ｍｍ 主 起 升 ７ ． ９ ｍ／ ｍｉ ｎ 小 车 运 行 ３ ７ ． ４ ｍ／ ｍｉ ｎ 起 重机 运 行 ９ １ ． ３ ｍ／ ｍｉ ｎ
大吨位桥式起重机主梁上盖板开门处有限元分析
大 吨位 桥 式起 重机 主梁 上 盖板 开 门处 有 限元 分 析
符敢 为，高 勇 ， 井德 强
（ 陕西 省 特 种 设 备 质 量安 全 监 督 检 测 中心 ， 陕 西 西安 ７ １ ０ ０ ４ ８ ）
摘 要 ： 以起 重 量 为 ２ ０ ０ ｔ 、 跨度 为 ３ １ ｒ ｎ的桥 式起 重 机 为 例 ， 运 用 Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ ＋＋ ６ ． ０对 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ进 行 二 次 开发 ，
借助 ＡＮ Ｓ ＹＳ 自带 的 参数 化 设 计 语 言 （ ＡＰ Ｄ Ｌ ） ，根 据 桥 式起 重 机 桥 架 结 构 的特 点 ，采 用 自底 向上 的方 法 建 立 桥 架 结构 的参 数 化 有 限元 模 型 ， 并 实 现有 限元 分 析 过 程 的 程 序 化 。在 此 基 础 上 ，研 究 影 响 主梁 上 盖板 开 门 处 应 力 分布 的各 个 因素 ，为 今 后 大 吨 位 桥 武起 重机 主 梁 上 盖 板 开 门处 的合 理 设 计提 供 有 益 的 参考 。 关键 词 ： 大吨 位桥 式起 重机 ；Ａ Ｐ ＤＬ ； 主梁 上 盖 板 开 门 处 ； 有 限元 分 析 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｈ２ ｌ ５： Ｔ Ｂ １ ｌ ５ 文 献标 识 码 ：Ａ
解 。
小车轨距 （ ｍ） 几何参 数见 图 ｌ 。
６ ． ７ 。
起 重机 主梁是桥 架 结构 受 力 的 主要 支撑 部 分 ， 其 １ ． ２ 建 立有限 元模 型 在 ＡＮＳ Ｙ Ｓ中创 建 实体 模 型 ， 采用 自底 向 上的 建 模方 式 ， 即可创 建整 个桥 架 结 构 的 完整 模 型ｌ ＿ 。该 桥架 结 构 的材 料 为 Ｑ３ ４ ５ ， 其 弹性 模量 Ｅ一２ ． ０ ６ ×１ ｏ ＭＰ ａ ， 泊松 比 一０ ． ３ ， 密度 为 ７ ． ８ ５ ×１ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ｍ。 。 此外 通过 定义实 常数来赋 予各个 板构件 的厚度 。选用 单 元类 型 为三 维壳 单 元 Ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ６ ３ 【 。对 桥 架 结 构实 体 模 型进行 网格划 分即可得 到所需 要的有 限元模 型 。采