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1、本文主要对某煤矿地面生产系统，一次破碎站钢结构进行有限元分析。破碎站由受 料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成。对两部分的钢结构分别进行有限元分 析。在结果中找到危险的部位进行具体的分析。首先，建立受料仓与给料机的有限元实体模型。计算等效的载荷，计算出钢结构在 载荷下的应力和变形并分析它们的分布情况。其次，破碎平台与控制室求解过程和上边的一样，但是破碎平台和控制室的连接是 铰接，所以在建模的过程中采用耦合的方法进行处理。最后，对两个有限元实体模型进行模态分析，分别求解出固有频率和模态振型图。关键词 有限元；钢结构；模态分析ABSTRACTThis dissertation mainly t
2、o an open coalmine ground production system, one broken to stand steel construction finite element analysis. Store -give material machine and broken platform- control room two parts make up the crush station. Finite element analysis to the steel construction of two parts comparatively. Find the dang
3、erous part to carry on concrete analysis of the result.First of all, set up the finite element of Store -give material machines entity model. Calculate the equivalent load; solve out the stress and strain of the steel construction under the load and analysis their distribution situation.The next pla
4、ce, the course of solving is the same as above. But the connections of the broken platform and control room are the hinged joint, so deal with by coupling in the course of modeling.Finally, carry on mode analysis to two finite element entity models; it is solve the intrinsic frequencies and mode pic
5、ture of shaking, respectively.Keyword finite element ； steel construction ； mode analysis中文摘要I英文摘要II1前言11.1有限元分析方法介绍 11.2大型有限元分析软件ANSYS介绍21.3主要工作32受料仓与给料机的钢结构有限元分析42.1建立有限元模型 42.2载荷等效计算62.2.1主要结构截面几何参数62.2.2实际载荷情况72.2.3实际等效计算结果72.3有限元分析结果102.3.1受料仓与给料机整体位移102.3.2分析部位图122.3.3支撑立柱结果132.2.4两根纵梁结果173破碎平
6、台与控制室的钢结构有限元分析193.1建立有限元模型193.2载荷等效计算223.2.1主要结构截面几何参数223.2.2破碎平台实际载荷情况233.2.3破碎平台实际等效计算结果243.3有限元分析结果263.3.1破碎平台与控制室整体位移263.3.2顶层横梁结果273.2.3破碎机支撑梁结果263.2.4破碎机立柱结果294破碎站钢结构模态分析314.1受料仓与给料机的固有频率和振型图 314.2破碎平台与控制室的固有频率和振型图 32参考文献35致谢36英文资料原文英文资料翻译1.1有限元分析方法介绍有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成 是由许多称为
7、有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近 似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。 这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实 际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成 为行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个 世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周 长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应 用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实
8、用性和有效性而引起从事力学研究的 科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限 元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多 彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。有限元方法与其它求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对 小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough） 教授形象地将其描绘为：“有限元法二Rayleigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是 Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边 界条件的允许函数的Rayleig
9、h Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维 问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂 边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具 体公式推导和运算求解不同。简言之，有限元分析可分成三个阶段，前处理、处理和后 处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果， 使用户能简便提取信息，了解计算结果。1.2大型有限元分析软件ANSYS介绍成立于1970年的美国ANSYS公司，是目前世界上最著名的CAE （计算机辅助设计） 软件和服务的提供商之一。
10、34年来，ANSYS公司一直致力于分析设计软件的开发及分析 咨询服务，为全球工业界所广泛接受，并拥有了全球最大的用户群体：近13000家正式 商业用户（总装机超过70000台套）和超过100000家大学用户；在美国财富杂志 评选出的全球财富前100企业中；有73个是ANSYS的“集团”用户；许多国际化大公 司以ANSYS软件作为其设计分析标准。这些用户群体涵盖了机械制造、能源、石油化工、 电子、土木建筑、汽车、铁道、军工、核技术、航空航天、造船、地矿、水利、生物医 学、日用家电等诸多工业领域，ANSYS是这些工业领域进行国际国内优化设计、技术交 流的主要平台。ANSYS软件的最新发展总是领先于
11、CAE领域的变革趋势。它融结构、热、流体、电 磁于一体的多物理场耦合仿真的功能，集中代表了用于“虚拟样机”最先进的CAE技术； 高度非线性分析功能是20世纪90年代大型通用CAE程序的标志；与CAD软件无缝的几 何模型双向参数互动是CAD/CAE整体化协同仿真的基础。近年来，ANSYS公司在CFD领域的发展更是令世人瞩目：2000年ANSYS收购了 CFD 业界最著名的前处理工具ICEMCFD；同年收购了美国NASA研究中心的快速气动选型工具 CART3D;2003年收购了世界三大CFD软件巨头之一 CFX。至此，ANSYS已经在结构、热、 流体、电磁各个物理场都拥有了最先进的分析技术，实现了
12、 ANSYS的宏大梦想：强大的 多物理场耦合分析，领先的多学科协同仿真。ANSYS在CFD领域的最新进展，即SYSCFD 各具特色的“三剑客”：ICEMCFD、CART3D、CFX。ANSYS此次在CFD领域的最新进展是 ANSYS发展史上又一个重要的里程碑。崭新的ANSYS产品体系将更好地满足人们对CAE 的期望和要求，推动并加强我国企业的研发实力。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析 软件。有限元分析软件，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，Pro/Engineer NASTRAN、Alogor、IDEAS、AutoCAD等，是现代产品设
13、计中的高级CAD工具之一。软 件提供了 100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不 同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC、SGI、HP、SUN、DEC、 IBM、CRAY等。目前版本为ANSYS9.0版，其微机版本要求的操作系统为Windows 2000或 Windows XP,也可运行于UNIX系统下。1.3主要工作首先，是要熟悉有限元软件和材料力学的相关知识。所以，对材料力学书的典型 习题，先用材料力学求解一遍，然后再用有限元软件进行求解。通过两方面的结果对比， 发现并解决问题。在巩固材料力学基本知识的同时，还发现并解决在有限元分析过程中
14、 出现的实际问题。其次，要熟悉毕业设计的钢结构。不但要弄清实际空间布置，而且要构思好建模 方案。对于大型的钢结构，优化的方案会取得事半功倍的效果。建模的过程必须边建模， 边检查出现的错误，边进行修改工作。局部的错误，要在局部来解决，要是所有的错误 混在一起，会出现错误太多查不出来的后果。设计的过程和平时的学习过程是截然不同的。平时学习可以用先解决简单的问题， 发现难的问题可以回避，等到水平提高以后在解决。可是设计的过程必须以最快的速度 解决发现的新问题。例如，我在建立破碎平台与控制室模型的最后阶段，发现破碎平台 和控制室是铰接，铰接是具有相同的线位移，而其角位移不同。这个问题要是不及时的 解决
15、，就无法进行下一步的求解的工作，并且会影响工作进度。在安教授的指导下，查 找相关的书籍，研究必要的相关知识，并作一定数量的相关试题。用最快的速度解决这 个具体的问题。采用两重复节点自由度耦合的方法，使相互重复的节点只具有相同的线 位移，而其角位移不同。对于载荷的等效计算也是非常重要的。不但弄清楚实际载荷的位置、数值、方向， 而且要查阅相关的载荷等效公式，载荷系数。计算工作要求保证不出错误，而且需要计 算多边并对比结果。确定准确无误后，才能进行下一部分的工作。有限元计算出的结果，要进行必要的保存。用有限元软件图形保存的命令保存图 片结果；用动画的形式保存模态分析的结果；用有限元列表的命令保存重要
16、的数据结果。 对于这些结果要结合自己结构进行必要的分析，这样不仅能验证结果的正确性，还能提 高自己的分析实际结构的能力。2受料仓与给料机的钢结构有限元分析2.1建立有限元模型如图2.1破碎站主视图和图2.2破碎机布置图，它的工作过程是：卸料卡车间歇 把最大入料粒度为1500mm的煤块倒入受料仓，受料仓存储大粒度煤块。刮板给料机把 受料仓的大粒度的煤块连续的刮给破碎平台的破碎机。破碎机把最大入料粒度为1500mm 的煤块破碎成最大排料粒度为300mm的煤块，煤块由底部的传送带传出。图2.1破碎站主视图图2.2破碎机布置图破碎站钢结构的弹性模量 E = 200000MPa，泊松比日=03,质量密度p=7.8 X 10-3kg/c
