Пособие по МКЭ (864300)
Текст из файла
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего профессионального образованияБРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ АКАДЕМИКА И.Г. ПЕТРОВСКОГОА.В. Вершинский, И.А.Лагерев,А.Н. Шубин, А.В. ЛагеревЧисленный анализметаллических конструкцийподъёмно-транспортных машинДопущено УМО вузов Российской Федерации по образованиюв области транспортных машин и транспортно-технологических комплексовв качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности«Наземные транспортно-технологические средства» (специализация: «Подъемно-транспортные,строительные, дорожные средства и оборудование») и направлению магистров«Наземные транспортно-технологические комплексы»Брянск - 2014УДК 621.86ББК 38.6Вершинский А.В., Лагерев И.А., Шубин А.Н., Лагерев А.В.Численный анализ металлических конструкций подъемно-транспортныхмашин: Учеб.
пособие. – Брянск: РИО БГУ, 2014. – 186 с.ISBN 978-5-9734-0195-5Рассматриваются вопросы, связанные с проведением расчетовметаллических конструкций подъемно-транспортных машин на прочность ижесткость методом конечных элементов на основе специализированноговычислительного комплекса МГТУ им. Н.Э. Баумана и универсальноговычислительного комплекса NX Nastran.Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения идополнительного образования по специальности «Наземные транспортнотехнологические средства» и направлению подготовки магистров «Наземныетранспортно-технологические комплексы», а также будет полезно длястудентов родственных технических специальностей и аспирантов понаправлению подготовки научно-педагогических кадров «Машиностроение»,ведущих научные исследования в области подъемно-транспортного, дорожногои строительного машиностроения.Ил.
174. Табл. 21. Библиогр. – 27 назв.Научный редактор к.т.н. Дунаев В.П.Рецензенты: кафедра транспортно-технологических машин Поволжскогогосударственного технологического университета;генеральный директор ООО «Промбезопасность», к.т.н., доц.Л.И. БлейшмидтISBN 978-5-9734-0195-5© Вершинский А.В., Лагерев И.А.,Шубин А.Н., Лагерев А.В., 2014© РИО БГУ, 2014Посвящается185-летиюМосковского государственноготехнического университетаим. Н.Э. Баумана85-летиюБрянского государственногоуниверситетаим. акад. И.Г. Петровского90-летиюкафедры «Подъемнотранспортные системы»МГТУ им.
Н.Э. БауманаПРЕДИСЛОВИЕСовременное промышленное производство и строительство требуют применения большого количества разнообразных подъемнотранспортных машин – грузоподъемных кранов, манипуляторов, конвейеров и др. Совершенствование и развитие техники сопровождается усложнением геометрических форм конструкций и характера действующих на них внешних факторов, возникновением более тяжкихпоследствий при потере ими работоспособности с одновременнымужесточением требований к металлоемкости конструкции и надёжности её работы. При проектировании несущих металлических конструкций подъемно-транспортных машин требуется выполнение расчетов на прочность, устойчивость, жесткость.
Традиционные методыстроительной механики далеко не всегда позволяют оценить несущую способность элементов конструкций, поскольку в большинствеслучаев с их помощью можно получить решение только для простыхгеометрических форм.Для анализа напряженно-деформированного состояния реальныхподъемно-транспортных машин, металлические конструкции которыхимеют сложную пространственную конфигурацию и состоят из большого числа соединенных в единое целое стержневых, пластинчатых иоболочечных элементов, необходимо использовать более универсальные численные методы анализа напряженно-деформированного состояния конструкций сложной формы при их произвольном нагружении. В современной инженерной практике проектирования наибольшее распространение получил метод конечных элементов (МКЭ).3МКЭ – это численный метод решения систем дифференциальных уравнений с частными производными.
Метод широко применяется для решения задач механики деформируемого твёрдого тела, механики разрушения, теплопроводности и теплообмена, электродинамики, гидро- газодинамики, фильтрации и др. МКЭ основан на аппроксимации непрерывной функции (в расчетах подъемно-транспортных машин – перемещения) дискретной моделью на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей, называемых конечными элементами.МКЭ реализован в виде промышленных программных пакетовавтоматизированного проектирования. В России наибольшее распространение получили универсальные пакеты, такие как NX Nastran, NENastran, MSC.Patran/Nastran, ANSYS, Pro/MECHANICA и др.
Такжеиспользуются специализированные программные пакеты, ориентированные на решение более ограниченного круга проектных задач. Какправило, в пакет входит программа построения конечноэлементныхмоделей и просмотра результатов (пре/постпроцессор) и несколькорасчетных модулей, решающих различные задачи (например, модульстатических расчетов).В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с проведением расчетов металлических конструкций подъемно-транспортныхмашин на прочность и жесткость методом конечных элементов на основе специализированного вычислительного комплекса МГТУ им.Н.Э. Баумана и универсального вычислительного комплекса NXNastran.
В пособии приводятся подробные инструкции работы в этихпрограммах, а также обсуждаются основные идеи и подходы к построению конечноэлементных моделей различных грузоподъемныхмашин, анализируются результаты расчета. Предполагается, что читатель имеет представление о теоретической базе метода конечныхэлементов и имеет навыки работы в программных пакетах конечноэлементного анализа и твердотельного моделирования (CAD/CAE –системах).Учебное пособие ориентировано на студентов высших технических учебных заведений и обучающихся в системе дополнительногообразования по специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» и направлению подготовки магистров 23.04.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы». Оно можетбыть рекомендовано для студентов родственных технических специ4альностей по укрупненной группе направлений подготовки «Техника итехнологии наземного транспорта», а также для аспирантов по направлению подготовки научно-педагогических кадров 15.06.01 –«Машиностроение», ведущих научные исследования в области подъемно-транспортного, строительного и дорожного машиностроения.Учебное пособие может быть использовано при выполнениикурсовых проектов и работ по таким учебным дисциплинам профессионального цикла, как «Конструкция, теория и проектированиестроительных, дорожных машин и оборудования», «Конструкция,теория и проектирование грузоподъемных машин и оборудования»,«Конструкция, теория и проектирование машин и оборудования непрерывного транспорта», «Строительная механика и металлическиеконструкции», «Математическое моделирование наземных транспортно-технологических средств и комплексов» и «Системы автоматизированного проектирования подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин», а также при выполнении дипломных проектов и магистерских диссертаций.Учебное пособие состоит из двух глав.В первой главе приведены основные понятия и соотношения метода конечных элементов, рассматриваются расчеты напряженно-деформированного состояния портала грузоподъемной машины с применением аналитических методов строительной механики и МКЭ, а такжерасчеты ряда других конструкций и их элементов применительно кподъёмно-транспортным машинам, выполненные с помощью специализированного программного комплекса МГТУ им.
Н.Э. Баумана.Во второй главе рассматриваются основные приемы работы в программном комплексе NX Nastran, методики исследования напряженнодеформированного состояния несущих металлоконструкций грузоподъемных машин на примере мостового и башенного кранов с использованием стержневых и пластинчатых конечных элементов, приводятся пошаговые инструкции по построению конечноэлементных моделей.В конце глав помещены вопросы для самоконтроля, позволяющие читателю самостоятельно контролировать уровень пониманияизложенного в главе материала и умения применять его при решенииконкретных задач.Данное учебное пособие – результат многолетнего научно-педагогического сотрудничества работников кафедры «Подъемно-транспортные системы» Московского государственного технического уни5верситета им.
Н.Э. Баумана проф. А.В. Вершинского и доц. А.Н. Шубина и Брянского государственного университета им. акад. И.Г. Петровского проф. А.В. Лагерева и доц. И.А. Лагерева.Авторы надеются, что публикуемый материал будет интересен иполезен научным работникам, аспирантам и докторантам, занимающимся вопросами исследования напряженно-деформированного состояния грузоподъемных машин, а также инженерно-техническимработникам машиностроения, транспорта, строительства и других отраслей промышленности Российской Федерации.Авторы с благодарностью примут замечания и предложения читателей и просят направлять их по адресу: 241036, г. Брянск, ул.
Бежицкая, д. 14, Брянский государственный университет им. акад. И.Г.Петровского или по электронной почте lagerev-bgu@yandex.ru.6ВВЕДЕНИЕС развитием вычислительной техники все большее применениенаходят системы автоматизированного проектирования (САПР). Если50 лет назад они использовались для простых расчетов на некоторыхстадиях проектирования, то современные инженеры выполняют всюработу с помощью специализированных САПР.Сегодня на передовых промышленных предприятиях внедреныCALS-системы, позволяющие автоматизировать все процессы, связанные с жизненным циклом изделия.
Жизненный цикл любого изделия включает в себя проектирование, подготовку производства, производство, эксплуатацию и утилизацию.CALS-технологии – это технологии комплексной компьютеризации сфер промышленного производства. Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, при которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования,достаточной для изготовления изделия, может быть распределен вовремени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями.Важным этапом проектирования подъемно-транспортной машины является оценка напряженно-деформированного состояния (НДС)несущей металлической конструкции. Для этого все чаще используются программные пакеты, реализующие метод конечных элементов.В ходе расчета определяются напряжения и деформации, оцениваются частоты и формы собственных и вынужденных колебаний, определяется коэффициент запаса по устойчивости.Следует понимать, что окончательное решение о соответствиипроектируемой конструкции требованиям прочности, устойчивости,жесткости принимается инженером.
Результаты расчета с помощьюМКЭ могут содержать существенную погрешность. Поэтому помимоконечноэлементных расчетов следует выполнять проверочные аналитические расчеты, проводить экспериментальные исследования намоделях и натурных образцах. Только такие комплексные изысканияпозволят обеспечить надежную и безопасную работу подъемнотранспортной машины в течение всего срока эксплуатации.7Основы метода конечных элементовГЛАВА 1ОСНОВЫ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВМеталлические конструкции современных подъемно-транспортных машин отличаются большим разнообразием, что связано с особенностями различных типов этих изделий. Применительно к грузоподъемным машинам эти особенности, например, определяются назначением крана и видом металлоконструкций, их элементов и узлов.Краны имеют решетчатые и балочные металлоконструкции. Решетчатые металлоконструкции по сравнению с балочными отличаются пониженной массой и достаточно высокой жесткостью, однако имеютповышенную трудоемкость изготовления.Металлоконструкции портальных кранов, а также опорныестроения козловых кранов и мостовых перегружателей имеют видпортала, соединенного в нижней части стяжкой.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
