有限元的研究现状论文

有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元法分析计算的思路和做法可归纳如下： 1） 物体离散化 将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算进度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理，则所获得的结果就与实际情况相符合。 2） 单元特性分析 A、 选择位移模式 在有限单元法中，选择节点位移作为基本未知量时称为位移法；选择节点力作为基本未知量时称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以，在有限单元法中位移法应用范围最广。 当采用位移法时，物体或结构物离散化之后，就可把单元总的一些物理量如位移，应变和应力等由节点位移来表示。这时可以对单元中位移的分布采用一些能逼近原函数的近似函数予以描述。通常，有限元法我们就将位移表示为坐标变量的简单函数。这种函数称为位移模式或位移函数，如y= 其中 是待定系数， 是与坐标有关的某种函数。 B、 分析单元的力学性质 根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式，这是单元分析中的关键一步。此时需要应用弹性力学中的几何方程和物理方程来建立力和位移的方程式，从而导出单元刚度矩阵，这是有限元法的基本步骤之一。 C、 计算等效节点力 物体离散化后，假定力是通过节点从一个单元传递到另一个单元。但是，对于实际的连续体，力是从单元的公共边传递到另一个单元中去的。因而，这种作用在单元边界上的表面力、体积力和集中力都需要等效的移到节点上去，也就是用等效的节点力来代替所有作用在单元上得力。 3） 单元组集 利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结构重新连接起来，形成整体的有限元方程（1-1）式中，K是整体结构的刚度矩阵；q是节点位移列阵；f是载荷列阵。 4） 求解未知节点位移 解有限元方程式（1-1）得出位移。这里，可以根据方程组的具体特点来选择合适的计算方法。 通过上述分析，可以看出，有限单元法的基本思想是"一分一合"，分是为了就进行单元分析，合则为了对整体结构进行综合分析。 有限元的发展概况 1943年 courant在论文中取定义在三角形域上分片连续函数，利用最小势能原理研究St.Venant的扭转问题。 1960年 clough的平面弹性论文中用“有限元法”这个名称。 1970年 随着计算机和软件的发展，有限元发展起来。 涉及的内容：有限元所依据的理论，单元的划分原则，形状函数的选取及协调性。 有限元法涉及：数值计算方法及其误差、收敛性和稳定性。 应用范围：固体力学、流体力学、热传导、电磁学、声学、生物力学 求解的情况：杆、梁、板、壳、块体等各类单元构成的弹性（线性和非线性）、弹塑性或塑性问题（包括静力和动力问题）。能求解各类场分布问题（流体场、温度场、电磁场等的稳态和瞬态问题），水流管路、电路、润滑、噪声以及固体、流体、温度相互作用的问题。

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研究生毕业论文提纲模板

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状分析

1.3 课题来源及选题意义

1.4 本文主要内容及章节安排

第2章 伸缩臂参数化建模

2.1 伸缩臂的结构特点

2.2 伸缩臂三维实体建模

第3章 伸缩臂、转臂的强度校核

3.1 工况一伸缩臂伸出4节

3.1.1 验算第四伸缩臂危险截面强度

3.1.2 验算第三伸缩臂危险截面强度

3.1.3 验算第二伸缩臂危险截面强度

3.1.4 验算第一伸缩臂危险截面强度

3.1.5 验算基本臂危险截面强度

3.1.6 验算转臂的强度

3.2 工况二伸缩臂伸出3节

3.2.1 验算第三伸缩臂危险截面强度

3.2.2 验算第二伸缩臂危险截面强度

3.2.3 验算第一伸缩臂危险截面强度

3.2.4 验算基本臂危险截面强度

3.2.5 验算转臂强度

3.3 工况三伸缩臂伸出2节

3.3.1 验算第二伸缩臂危险截面的强度

3.3.2 验算第一伸缩臂危险截面强度

3.3.3 验算基本臂危险截面强度

3.3.4 验算转臂强度

3.4 工况四伸缩臂伸出1节

3.4.1 验算危险截面D的强度

3.4.2 验算基本臂危险截面强度

3.4.3 验算转臂强度

3.5 工况五伸缩臂全部缩回

3.5.1 验算基本臂强度

3.5.2 验算转臂强度

第4章 伸缩臂、转臂的静力学分析与实验

4.1 各工况下伸缩臂的强度和刚度分析

4.1.1 工况1（伸缩臂全部伸出）分析

4.1.2 工况2（伸出三节伸缩臂）分析

4.1.3 工况3（伸出两节伸缩臂）分析

4.1.4 工况4（伸出一节伸缩臂）分析

4.1.5 工况5（伸缩臂全缩回）分析

4.2 各工况下转臂的强度和刚度分析

4.2.1 转臂简化图形

4.2.2 材料定义和边界条件设置

4.2.3 网格划分和单元选取

4.2.4 计算结果分析

4.3 伸缩臂的静力学实验

4.3.1 静力学实验的目的'

4.3.2 试验方案

4.3.3 试验数据的记录与处理

4.3.4 试验数据与有限元仿真模型的对比分析

第5章 伸缩臂疲劳寿命评估与动态性能分析

5.1 评估分析的目的和意义

5.2 伸缩臂疲劳寿命的评估

5.2.1 疲劳寿命评估的基本方法

5.2.2 伸缩臂的疲劳载荷谱

5.2.3 伸缩臂材料的疲劳特性

5.2.4 伸缩臂疲劳寿命的估算结果

5.3 伸缩臂结构的有限元模态分析

5.3.1 模态分析的目的

5.3.2 模态分析的基本原理和方法

5.3.3 伸缩臂结构的模态分析结果

第6章 结论

本文结论

本文采用三维设计软件对SQ200ZB4起重机伸缩臂结构进行了参数化建模，并运用ANSYS有限元分析软件，完成了对起重机伸缩臂动静态力学性能的分析计算和疲劳寿命值的估测，现将全文的工作总结如下：

（1）起重机整机中单独提取伸缩臂结构，在参数化设计原则的指导下，利用PRO/E软件绘制了伸缩臂的三维实体模型。

（2）采用经验公式，对伸缩臂各工况危险截面的应力值进行计算和校核，以验证SQ200ZB4随车起重机伸缩臂结构设计的安全性。

（3）基于接触算法，将伸缩臂三维实体模型导入ANSYS Workbench有限元分析与仿真软件里，根据实际工作要求加载约束类型和工作载荷，生成伸缩臂各工况的应力应变分布云图，并将有限元静力学分析的结果与实测数据进行了比对分析，验证了有限元力学模型的合理性。

（4）借助动力学分析软件MSC.Adams对起重机各工况的使用情况进行分析，生成伸缩臂的疲劳载荷谱，并修正了其平均应力等寿命曲线。基于名义应力法和线性累计算法的基本原理，利用伸缩臂的有限元力学模型对其疲劳寿命进行了估测。对编制SQ200ZB4随车起重机的使用、维护、保养等工艺文件提供参考。

（5）根据动力学模态分析的相关算法，运用有限元分析软件，提取伸缩臂前四阶模态的固有频率和振型进行分析，能够为伸缩臂结构的优化改进提供科学的指导，以提高其工作的稳定性。

本文应用ANSYS有限元分析软件对SQ200ZB4随车起重机伸缩臂结构的动静态力学特性和疲劳失效规律进行了一定的研究，对起重机类产品数字样机的建立提供理论指导，大大缩短了产品研发周期。然而，在设计过程中仍然存在一些问题，例如针对大变形和各臂之间接触摩擦问题，不能采用线性有限元法进行分析，随之引发诸如解的稳定性、收敛性及收敛率的问题，还有待进一步的深入研究。