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1、30 三月 2023L2-1问题描述问题描述第1页/共36页30 三月 2023L2-2第2页/共36页30 三月 2023L2-3第3页/共36页30 三月 2023L2-4静力学分析例静力学分析例悬臂梁悬臂梁一工字悬臂梁，分析其在集中力P作用下自由端的变形。已知材料为10号热轧工字钢，横截面面积为14.345cm2，截面高度为100mm，惯性矩Ixx=245cm4,长度L=1m，集中力P=10000N，弹性模量E=2*1011N/m2，泊松比为0.3。材料力学计算挠度为6.083*10-3m。第4页/共36页30 三月 2023L2-5第5页/共36页30 三月 2023L2-6正六边形边
2、长正六边形边长5.8mm 泊松比泊松比0.3第6页/共36页30 三月 2023L2-7第7页/共36页30 三月 2023L2-8第8页/共36页30 三月 2023L2-9工程应用：预应力万吨液压机机架的建模与分析模锻液压机的描述 重型模锻液压机是一个国家重要的基础制造装备，到目前为止，在世界范围内，美国有4台5万吨级模锻液压机；俄罗斯有2台7.5万吨级模锻液压机(见图)；法国有1台6.5万吨级模锻液压机(见图)。我国目前还没有4万吨级以上的大型模锻液压机，最大的仅为3万吨模锻液压机(见图6-8)，制约了我国国防航空航天及其它重型设备领域的开发与研制第9页/共36页30 三月 2023L2
3、-10第10页/共36页30 三月 2023L2-11第11页/共36页30 三月 2023L2-12第12页/共36页30 三月 2023L2-13中国工程院组织专家对我国的大型模锻液压机进行了调研，认为我国需要发展8万吨(800MN)级的模锻液压机，它将是目前世界公称吨位最大的模锻设备，是发展航空、航天以及涉及国防军工方面的关键、重大、核心设备，属国家自主创新的重大装备。清华大学与北方重工联合进行了工我国大型模锻液压机的设计工作，提出了基于预应力钢丝缠绕的8万吨模锻液压机设计方案，主承力结构为预应力钢丝缠绕的三牌坊结构，中间牌坊为主牌坊，公称承载能力为4万吨；前后两个侧牌坊为副牌坊，公称承
4、载2万吨，见图。第13页/共36页30 三月 2023L2-14第14页/共36页30 三月 2023L2-15 取8万吨模锻液压机的中间牌坊主框架(将承受4万吨压力)作为计算模型，作为一个应用算例，这里将该中间牌坊简化为一个二维计算模型，并进行初步的分析。取R1=2.25m，R2=4.5m，H=17 m，D=3.4 m（厚度），取材料参数E2.11011 Pa，0.3，这里仅考虑工作状态，即在垂直方向上承受400MN的压力，则在上、下拱梁的内表面上有均布压力p=4108/（4.53.4）Pa。第15页/共36页30 三月 2023L2-16第16页/共36页30 三月 2023L2-17为验
5、证计算结果，以立柱为对象，假设其受均布载荷，Y方向(垂直)应力为：400MN/（22.253.4）=26.1 MPa，可见与上右图相吻合。可以看出，主牌坊的立柱都处于承受拉应力的状态，最大值达到33.4 MPa，这对材料提出了较高的要求；一种改进方式就是在机架的外圈采用钢丝缠绕技术来施加预紧力，以此来抵消液压机工作时所产生的拉应力，使得机架处于完全的压应力状态，这将完全改善机架的应力状态，第17页/共36页30 三月 2023L2-18瞬态分析例瞬态分析例钢球温度计钢球温度计算算 一钢球，其半径为0.15m，初始温度为900C，将其突然置于温度为20C，且对流换热系数为100W/m2C的流体介
6、质中，放置时间为50s。计算：1.第10s时整个钢球的温度分布2.钢球外表面任意一点的温度在20s内的变化。钢球的密度为7800kg/m3，导热系数k=70W/mC，比热容C=448J/(kgC)第18页/共36页30 三月 2023L2-19热应力分析实例热应力分析实例双金属片双金属片第19页/共36页30 三月 2023L2-20第20页/共36页30 三月 2023L2-21第21页/共36页30 三月 2023L2-22第22页/共36页30 三月 2023L2-23第23页/共36页30 三月 2023L2-24第24页/共36页30 三月 2023L2-25第25页/共36页30
7、三月 2023L2-26第26页/共36页30 三月 2023L2-27第27页/共36页30 三月 2023L2-28第28页/共36页30 三月 2023L2-29第29页/共36页30 三月 2023L2-30第30页/共36页30 三月 2023L2-31第31页/共36页30 三月 2023L2-32优化设计优化设计梁截面最佳尺寸求解梁截面最佳尺寸求解第32页/共36页30 三月 2023L2-33第33页/共36页30 三月 2023L2-34第34页/共36页30 三月 2023L2-35第35页/共36页30 三月 2023通用有限元程序ANSYS及应用L2-36感谢您的观看。第36页/共36页