本科毕业设计
链式货运索道有限元分析
指导教师
学院名称 论文提交日期
工程学院
专业名称 机械设计制造及其自动化 论文答辩日期
摘 要
索道作为一种机械运输设施，有较强的适应地形的能力，在世界各地得到日益广泛
的应用。山地地形复杂，为阶梯状，相对高度差较大，为方便把作物运到山下，采用索道运输有经济性好，效率高等优点，大大减少了农民的经济负担和工作量。
有限元法是求解工程科学中数学物理问题的一种通用数值方法。有限元分析是对实际问题进行简化，将复杂的问题转化为简单的数学物理模型，它将求解域看成是由许多小单元组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。
本文利用三维软件Pro/ENGINEER进行链式索道的三维建模，并且结合大型通用有限元分析软件ANSYS Workbench对货运索道系统进行简化，提取有限元分析模型，进行单元类型的选择，材料的选择，网格的划分，边界条件的设置以及运用相关的求解器进行求解，得出索道的张紧力和振动特性。
鉴于所建模型与实践问题有一定的差距，分析方法与过程的差异也会导致误差的存在，故本论文旨在通过分析索道系统的特性，来熟悉ANSYS Workbench有限元分析软件的一般使用和相关的静力学与动力学等模块。 关键词：索道 三维建模 有限元分析
Finite Element Analysis of Chain Ropeway System
Chen Jianwei
(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) Abstract: As one of the ficilities of mechanical transport, ropeway is able to be adapted to complex terrains. It plays an important role in all around the world increasingly. Mountainous terrain, with its ladder-like shape, has numerous differences in relative altitude. In order to transport the crop to the bottom of the mountain conveniently, the use of ropeway transport is economical and efficient, in the meantime, it also helps to reduce financial burden and decrease workload of farmers.
Finite element method is a kind of general numerical approach for solving the mathematic and physics problems in engineering science. Finite element analysis is simplification of the practical problem. Complex problem can be turned into a simple mathematic and physics model. It makes that solution domains consist of many elements, and assumes an appropriate approximation solution to each element. Then it deduces all the conditions to meet the domain and get the solution to the problem at last.
This paper uses three-dimensional software which names Pro/ENGINEER to creat model for chain ropeway system and uses large general finite element analysis software named ANSYS Workbench to simplify the ropeway system, extract the analytic model, choose element type and material, mesh , set boundary conditions and use relevant solver to reach the solution. At last, summarize tension and vibratility of the ropeway system.
As the model created has little difference from the practical problem, and analytical method and process difference may lead to error. So what this paper aimed is that the process of analysis of the chain ropeway system can improve my ability to use the ANSYS Workbench software to analyze engineering problem with statics and dynamics module. Key words: ropeway 3D modeling finite-element analysis
目 录
1.前言……………………………………………………………………………………………1 1.1课题研究背景……………………………………………………………………………….1 1.2国内外相关技术现状……………………………………………………………………….2 1.2.1国内相关技术现状………………………………………………………………………..2 1.2.2国外相关技术现状………………………………………………………………………..2 1.3主要工作…………………………………………………………………………………….3 2链索的静力分析………………………………………………………………………………3 2.1链索系统的模型创建……………………………………………………………………….3 2.2链索的有限元静力分析…………………………………………………………………….4 3链索的动力学分析……………………………………………………………………………9 3.1动力学分析简介…………………………………………………………………………….9 3.2链索的模态分析…………………………………………………………………………...10 3.2.1模态分析简介……………………………………………………………………………10 3.2.2模态分析基础……………………………………………………………………………11 3.2.3有预应力的模态分析……………………………………………………………………11 3.3链索的振动特性和张紧力分析…………………………………………………………...16 3.3.1瞬态动力学分析简介……………………………………………………………………16 3.3.2瞬态动力学分析基本公式………………………………………………………………17 3.3.3瞬态动力学分析基本步骤………………………………………………………………17 3.3.4链索振动性及张紧力分析………………………………………………………………17 4总结与展望…………………………………………………………………………………..27 4.1总结………………………………………………………………………………………...27 4.2展望………………………………………………………………………………………...28 参考文献……………………………………………………………………………………….29 致谢…………………………………………………………………………………………….30 毕业设计成绩评定表
1 前言
1.1 课题研究背景
索道运输具有一系列独特的优点，在国内外生产部门都有较大的应用。我国是世界上最早应用索道的国家，远在公元前250年，在西南山区就已经利用竹索或藤索渡河。1901年，我国在北京房山煤矿建立了第一条货运索道(杨福新，1985)。改革开放后，索道运输在我国有了较大的发展。由于有些工程施工地势险要，一般的车辆运输或者其他的运输都不容易到达，消耗时间长，而且有些地方在条件上也不允许一般的车辆通过，索道运输便成了解决这一问题的最好方法。索道运输能够适应复杂的地形条件，并且有较大的爬坡能力，可以直接跨越山谷、河流等天然障碍，即使在恶劣的气候条件下，也基本能够实现运输，并且在运输过程中，一般采用电力驱动，没有“三废”的排放及噪声的污染，对环境的破坏少，符合绿色建设的理念，尤其是在农业中应用广泛（杨德岭，2006）。山地果园特殊的地理条件，只有索道运输才能很好地满足运输的需求，能够有效地降低农民的劳动量，同时，经济效益好。然而，尽管如此，单线循环货运索道在山区应用和推广还不够，因为山区的农作物生长缺乏规律性，所以运输过程中索道的搭建是有难度的，并且在不同地域运载货物的重力不均衡性（文韬,等,2011），也会给索道的应用带来限制，因而索道的安全性成为最需要考虑的问题。索道在运输过程中，张紧力和振动性成为索道安全的衡量要素。运用有限元软件对链式货运索道的进行静态和动力学的分析，可以了解索道的相关特性，对索道的安全稳定性有一定的指导意义。
有限元分析对于复杂的工程分析问题的解决提供了有效可行的途径，通过对实际问题进行简化，建立相关的数学物理模型，充分利用计算机技术来求解实际问题。本文的主要内容是利用大型通用有限元分析软件ANSYS Workbench对链式索道进行有限元分析，通过建立简化的模型，来展开对索道性质的研究，分析其张紧力和振动特性。
图1 货运索道一 图2 货运索道二
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