CAE实验答案--装载机摆动臂.doc

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1、吉林大学学生实验报告课程名称：CAD/CAE/CAM2学院机械学院班级实验日期备注学号姓名实验成绩授课老师题目名称：装载机动臂应力分析1.问题描述与解析解装载机无偏载工作时，动臂承受一定外载荷和来自车架的约束。动臂结构示意图见图1。图1动臂几何模型在建立模型时，油缸假设为柔性弹簧，A铰点作为动臂的支点，允许动臂绕通过A铰点的轴转动，B铰点是动臂油缸支点（动臂油缸的刚度假设为2.0e7N_m）。C铰点和D铰点是外载荷的作用点。本实例分析的工况是正铲无偏载，载荷、结构同时对称，最好取出模型的一般，通过施加对称约束，进行有限元求解。2.用CATIA

2、中的工程分析模块（即CAE模块）求解该问题的思路1）.启动CATIA，建立一个动臂的3D模型，设置单位，加材料。2）.进入工程分析模块，加固定约束，加均布载荷，求解，查看结果。3）.分析两次计算，第一次线性单元的边长为6mm，计算精度很低。第二次抛物线单元的边长为3mm，CATAI得到的挠度、应力与解析解基本一致。3在CATIA求解该问题的操作过程1）.启动CATIA，打开dongbi.CATPart文件，在该文件中的几何模型中已经加好了材料（钢）。2）.进入创成式零件有限元分析模块，如图1。之后点击“确定”，如图2。图1图23）.在零件的有

3、限元模块中选择工具条中的按钮，按照如图3所示的方式选择动臂上面的一个铰空的内表面，点击“确定”，即可完成悬臂铰接空虚拟零件的施加。同样的顺序对另外一个与其对称的孔施加虚拟零件。图31）.选择工具条中的按钮，并选择动臂上刚刚施加的虚拟零件，除restrainRotation1不选外其与五个都选，表示除绕X轴的转动外，其余的五个自由度都限制。如图4、图4同理可对对称的另外一个孔施加同样的约束。2）.铰点处定义弹簧虚件并在弹簧的支点处施加约束单击的按钮，在弹出的对话框中supports中选择铰接孔的内面，在Handler中从历史树中选择点1，在Ax

4、issyetem中选择User，并在CurrentAxis中选择孔上的坐标系为当前坐标系，最后在，TranslationStiffness1中输入N/m的弹簧刚度。如图5、6图5图6图7同理可对对称的另外一个孔施加同样的约束。如图71）.单击中的，对弹簧的另一端支撑施加圆锥铰约束。在Support中选择刚建立的弹簧虚件，在ReleasedDirection项中X轴输入1，表示只允许绕X轴转动，单击OK。如图81）.在C点创建刚性约束并施加载荷单击，选取C孔的连个内表面为Supports，其余为默认值，则在C点建立了刚性约束。单击，以刚在C点建

5、立的刚性约束为Supports，Y，Z域中分别输入-2000N，单击OK，则在C点载荷施加完毕。如图9、10图9图10同理，在D点左侧和右侧施加于C点同样大小和方向的力。1）.选择工具条中的按钮，在弹出的对话框中分别点击“确定”、YES，即可自动完成计算，如图11。如图92）.选择工具条中按钮查看受力后的变形形状。注意：此时选则工具条中按钮，才能看到变形后的网格，如图12。图121）.选择工具条中的按钮查看第四强度的等效应力，如图13。注意：此时选择工具条中的按钮（即用“物料”方式显示的模式），才能看到如图12所示的应力云图。设置的显示效果的

6、方法是：单击“查看－渲染方式－定制视图”，如图12a，在弹出的菜单中仅选择“加阴影”和“物料”两个选项，如图12b、图12a图12b从应力云图很不光滑，而实际的应力云图应该是连续光滑的，这说明计算精度很差，需要加密网格，重新计算。图131）.当显示应力时，可以用工具条中的按钮显示动画。1）.选择工具条中的按钮查看位移（挠度）。缺省状态时挠度是向量箭头表示的，这样的显示不太清晰。在挠度图上双击鼠标左键，如图13a。弹出如图13b的对话框，在对话框中选择AVERAGE-ISO，即可得到如图14的挠度显示。图14a图14b图152）.从图15中可知

7、位移梯度较大，所以应该加密网格重新计算，得到高精度的分析结果。3）.在特征树的finiteelementmodel.1——nodesandelements下的上双击，如图15。弹出如图16的对话框，在size中输入3mm的单元边长，并选择parabolic（抛物线型的单元类型），点击确定。图15图161）.选择工具条中的按钮，在弹出的对话框中分别点击“确定”、YES，即可自动完成计算，如图17。如图172）.选择工具条中按钮查看受力后的变形形状。注意：此时选则工具条中按钮，才能看到变形后的网格图181）.选择工具条中的按钮查看第四强度的等效应

8、力，如图19。注意：此时选择工具条中的按钮（即用“物料”方式显示的模式），才能看到如图19所示的应力云图。图192）.当显示应力时，可以用工具条中的按钮显示动画。3