現(xiàn)代機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2 指導(dǎo)書(shū)(機(jī)設(shè)方向)

1、現(xiàn)代機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2 指導(dǎo)書(shū)（機(jī)設(shè)方向）實(shí)驗(yàn)1：機(jī)械零部件的有限元分析（ANSYS專(zhuān)題)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模壕C合訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生利用有限元技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的能力，獨(dú)立解決本專(zhuān)業(yè)方向?qū)嶋H問(wèn)題的能力；訓(xùn)練學(xué)生對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)問(wèn)題分析規(guī)劃的能力，能正確利用有限元分析軟件ANSYS建立結(jié)構(gòu)的有限元模型，合理定義單元、分析系統(tǒng)約束環(huán)境，正確加載求解，能夠提取系統(tǒng)分析結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析使學(xué)生了解和掌握有限元技術(shù)輔助機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的特點(diǎn)，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高動(dòng)手操作能力，為將來(lái)所從事的機(jī)械設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：本專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)借用上一學(xué)期現(xiàn)代機(jī)械工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1-金屬結(jié)構(gòu)部分的參數(shù)和設(shè)計(jì)成

2、果，采用有限元方法進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，用ANSYS軟件對(duì)塔機(jī)的起重臂、平衡臂和塔身結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型構(gòu)建和強(qiáng)度、剛度分析，并與手工計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。掌握有限元法進(jìn)行工程實(shí)例計(jì)算的基本方法和步驟。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過(guò)本專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)周，使學(xué)生對(duì)基于ANSYS平臺(tái)用有限元法進(jìn)行工程實(shí)例分析計(jì)算有一定的了解與認(rèn)識(shí)。學(xué)生在使用實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，先針對(duì)起重機(jī)起重臂、平衡臂、塔身等的特點(diǎn)查閱相關(guān)文獻(xiàn)、書(shū)籍、了解ANSYS分析塔機(jī)結(jié)構(gòu)的方法，能按照有限元法的基本步驟，先進(jìn)行模型的合理簡(jiǎn)化，進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建，完成前處理工作；其間能與指導(dǎo)教師、同學(xué)進(jìn)行溝通、討論，尋求最合理的單元選擇和模型創(chuàng)建方法，不斷的修改模型，直到解決問(wèn)題。在

3、求解模塊，能在老師指導(dǎo)下進(jìn)行各種載荷的簡(jiǎn)化和施加，力求符合工程實(shí)際。之后進(jìn)行后處理模塊工作，提取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)位移、受力結(jié)果，繪制內(nèi)力圖、剪力圖和彎矩圖；最后，每人都完成一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。整個(gè)過(guò)程周密有序，有利于學(xué)生按時(shí)高質(zhì)完成全部實(shí)驗(yàn)任務(wù)。四、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度：序號(hào)主要內(nèi)容時(shí) 間備 注1熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容、明確設(shè)計(jì)任務(wù)、手工計(jì)算17周周一2平衡臂有限元模型的建立17周周二3確定載荷和邊界條件17周周三4求解及后處理17周周四5結(jié)果分析論證、編寫(xiě)整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告17周周五五、實(shí)驗(yàn)題目：塔式起重機(jī)平衡臂分析（第1組）按以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì)：1、按照國(guó)家標(biāo)淮和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)：塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB/T 13752-

4、92；起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T3811-2008；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017-2003；塔式起重機(jī)安全規(guī)程GB 5144-2006。2、進(jìn)行塔式起重機(jī)平衡臂的設(shè)計(jì)，額定起重力矩為630 kNm 、800 kNm、1000 kNm、1250 kNm分別進(jìn)行平衡臂長(zhǎng)度(平衡重距回轉(zhuǎn)中心的距離)為8m、10m、12m、14m、16m的平衡臂的有限元計(jì)算。 （ ）3、綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的力學(xué)知識(shí)和有限元理論，設(shè)計(jì)平衡臂的結(jié)構(gòu)及主肢和腹桿的參數(shù)，構(gòu)造平衡臂的有限元模型，選擇合適的單元，施加合適的載荷和邊界條件，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，提取結(jié)果，進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告并總結(jié)。4、本組數(shù)據(jù)：任務(wù)平衡重重量

5、起升機(jī)構(gòu)距回轉(zhuǎn)中心距離及重量鋼絲繩載荷及夾角630KN.m_8m20.8T5m/2.2T1.5T/100六、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）問(wèn)題分析（注：對(duì)本題目先進(jìn)行分析，例如屬于何種結(jié)構(gòu)，桿還是梁還是平面問(wèn)題還是三維問(wèn)題，模型能否簡(jiǎn)化，能否利用對(duì)稱(chēng)等等）(二)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1、單元分析（說(shuō)明單元選擇依據(jù)，為何選擇該單元）、材料分析（選擇的何種材料）2、建模建模思路，中間過(guò)程可適當(dāng)配插圖 3、加載求解 對(duì)約束條件、承受載荷進(jìn)行分析具體加載過(guò)程4、后處理（具體編號(hào)根據(jù)自己情況編排）描述待處理結(jié)果，過(guò)程變形圖，內(nèi)力圖彎矩圖、剪力圖支反力數(shù)據(jù)各項(xiàng)結(jié)果分析5、根據(jù)情況，可以增加單元數(shù)量，再次分析，提取結(jié)果，與之前結(jié)果分

6、析對(duì)比（三）對(duì)比結(jié)果（誤差分析）：兩次結(jié)果與手算結(jié)果列表，進(jìn)行對(duì)比分析，兩者誤差率，然后討論產(chǎn)生此結(jié)果的原因七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求寫(xiě)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)、內(nèi)容和步驟，具體包括目錄、平衡臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有關(guān)參數(shù)、材料及參數(shù)、有限元模型的單元類(lèi)型及單元特點(diǎn)、力學(xué)模型的確定、邊界條件及載荷的處理、不同工況的處理、計(jì)算結(jié)果分析及校核、實(shí)驗(yàn)總結(jié)八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)2 機(jī)械系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)(ADAMS專(zhuān)題) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模壕C合訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析和設(shè)計(jì)的能力，獨(dú)立解決本專(zhuān)業(yè)方向?qū)嶋H工程問(wèn)題的能力；訓(xùn)練學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題分析規(guī)劃的能力，能正確利用計(jì)算機(jī)仿真軟件軟件A

7、DAMS建立系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型，合理的添加約束、正確加載求解，能夠提取系統(tǒng)分析結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析使學(xué)生了解和掌握仿真技術(shù)輔助機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的特點(diǎn)，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高動(dòng)手操作能力，為將來(lái)所從事的機(jī)械設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：本專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)對(duì)常見(jiàn)的機(jī)械系統(tǒng)如工程運(yùn)輸機(jī)械，工業(yè)機(jī)器人等，采用仿真分析技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，用ADAMS軟件對(duì)裝載機(jī)、挖掘機(jī)工作裝置、工業(yè)機(jī)器人以及起重機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型構(gòu)建和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)分析，并與手工計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行工程實(shí)例分析計(jì)算的基本方法和步驟。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過(guò)本專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)周，使學(xué)生對(duì)基于ADAMS平臺(tái)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)

8、行工程實(shí)例分析計(jì)算有一定的了解與認(rèn)識(shí)。學(xué)生在使用實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，先針對(duì)裝載機(jī)、挖掘機(jī)工作裝置、工業(yè)機(jī)器人以及起重機(jī)械系統(tǒng)等的特點(diǎn)查閱相關(guān)文獻(xiàn)、書(shū)籍、了解ADAMS分析機(jī)械系統(tǒng)的方法，能按照仿真技術(shù)的基本步驟，先進(jìn)行模型的合理簡(jiǎn)化，進(jìn)行系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，完成前處理工作；其間能與指導(dǎo)教師、同學(xué)進(jìn)行溝通、討論，根據(jù)系統(tǒng)簡(jiǎn)易程度，尋求最合理的模型創(chuàng)建方法，不斷的修改模型，直到解決問(wèn)題。在求解模塊，能在老師指導(dǎo)下進(jìn)行約束和載荷的簡(jiǎn)化和施加，力求符合工程實(shí)際。之后進(jìn)行后處理模塊工作，提取相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)、受力結(jié)果，繪制速度圖、加速度圖和各種力圖；最后，每人都完成一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。整個(gè)過(guò)程周密有序，有利于學(xué)生按時(shí)高

9、質(zhì)完成全部實(shí)驗(yàn)任務(wù)。四、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度：序號(hào)主要內(nèi)容時(shí) 間備 注1熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容、明確設(shè)計(jì)任務(wù)、手工計(jì)算18周周一2機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型的建立18周周二3確定載荷和邊界條件18周周三4求解及后處理18周周四5結(jié)果分析論證、編寫(xiě)整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告18周周五五、實(shí)驗(yàn)題目：裝載機(jī)工作裝置的動(dòng)力學(xué)分析（第1組）按以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì)分析：下圖所示為裝載機(jī)系統(tǒng)圖，根據(jù)以往學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的資料，調(diào)取該裝載機(jī)工作裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，完成以下分析：1）將保存文件輸入到adams內(nèi)，修改各構(gòu)建的物理特性；2）根據(jù)連接關(guān)系施加約束、合理的添加外部載荷；3）以動(dòng)臂不同位置為橫坐標(biāo)，仿真輸出動(dòng)臂與鏟斗連接處的作用力；4）以拉桿不同位

10、置為橫坐標(biāo)，仿真輸出拉桿與鏟斗連接處的作用力；5）以動(dòng)臂不同位置為橫坐標(biāo)；仿真輸出搖桿與動(dòng)臂連接處的作用力；6）以動(dòng)臂不同位置為橫坐標(biāo)，仿真輸出鏟斗運(yùn)動(dòng)位移變換圖；7）以動(dòng)臂不同位置為橫坐標(biāo)，仿真輸出動(dòng)臂液壓缸的作用力；8）以動(dòng)臂不同位置為橫坐標(biāo)，仿真輸出轉(zhuǎn)斗液壓缸的作用力；9）以動(dòng)臂不同位置為橫坐標(biāo)，仿真輸出動(dòng)臂液壓缸的支座反力10）以搖桿不同位置為橫坐標(biāo)，仿真輸出轉(zhuǎn)斗液壓缸的支座反力本組主要數(shù)據(jù)：任務(wù)裝載重量起升（下放）時(shí)間卸載ZL353500Kg4.7（3）s1s六、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）問(wèn)題分析（注：對(duì)本題目先進(jìn)行分析，例如系統(tǒng)的各構(gòu)件間的連接關(guān)系，各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)組成，相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，模型如何簡(jiǎn)化，利用軟件本身建模還是借助其它三維造型軟件建立模型等等）(二)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：1、約束分析（根據(jù)前面系統(tǒng)分析中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系）、材料分析（選擇合理的材料并準(zhǔn)確施加）2、建模建模思路，中間過(guò)程可適當(dāng)配插圖 3、加載求解 分析裝載機(jī)工作過(guò)程中所承受的載荷特點(diǎn)，進(jìn)行分析、并合理施加符合實(shí)際的載荷具體加載過(guò)程4、后處理（具體編號(hào)根據(jù)自己情況編排）描述待處理結(jié)果，過(guò)程運(yùn)動(dòng)圖，構(gòu)件連接力