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基于ANSYS的舞台升降台结构的静力学分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-11-23  来源:升降机网  浏览次数:72
核心提示:基于ANSYS的舞台升降台结构的静力学分析杨宗良王秀为2(1.黑龙江省机械科学研究院,哈尔滨150040;。黑龙江省龙财资产经营有限公司,哈尔滨150090依据,从而有效降低了产品研制费用。
 基于ANSYS的舞台升降台结构的静力学分析

基于ANSYS的舞台升降台结构的静力学分析杨宗良王秀为2(1.黑龙江省机械科学研究院,哈尔滨150040;。黑龙江省龙财资产经营有限公司,哈尔滨150090依据,从而有效降低了产品研制费用。

  舞台升降台是现代剧场中重要的台下机械设备,是舞台机械系统中设计、制造难度最大的机械系统之一。它位于剧场的主舞台上,具体位置根据不同剧场的定位略有不同。与其它舞台机械设备相比,舞台升降台具有跨度大、体积大、设备升降距离大、设备自重大的特点。其设计载荷为:设备不动时4000N/m2;设备运动时2000N/m2.所以为了保证设备运行的可靠性,在设计时对设备结构进行力学分析和有限元是非常必要的。

  机械结构静态分析是指不考虑惯性和阻尼特性,不考虑随时间变化的载荷等因素的条件下,系统在稳定载荷作用下对结构进行应力、应变和位移的分析,但允许有如重力和离心力等稳定的惯性载荷作用。随时间变化的载荷可等效为静态载荷,进行静态分析。静态分析验算其指向误差是否超过给定的精度要求。

  1机械结构静态分析基本理论线性结构的静态分析总的等效方程为矢量;-弹性矩阵。

  求式⑶和式⑷,可得到各节点相应的应力。

  综上所述,用有限元分析法可以求出结构的节点应力及节点位移,得到结构静力学分析结果。

  2舞台结构的有限元模型有限元模型的建立包括两部分,即几何模型的建立和几何模型的单元划分。舞台结构的扇形平台、立柱和托架都是采用槽钢连接而成,而且特征尺寸相对于槽钢厚度来说相差非常大,符合薄壳计算理论。因此采用面建立槽钢的模型。而丝杠组件则根据实际尺寸及结构构造,既要满足计算精度,又要便于有限元建模。配重组件和导向组件则可以在模型中直接通过设定边界条件实现,忽略其建模。在ANSYS中建立的舞台结构模型如所示。

  建立完成机械结构的模型后,就要对机械结构进行离散化,也就是网格划分。ANSYS共有100多种单元,实体单元我们选择用SOLID95单元。同样,壳单元也选用二在网格划分上,采用手工划分和自动划分相结合的网格划分方式,建立了舞台结构的有限元网格模型,丝杠驱动局部有限元网格模型如所示。整个舞台结构一共被划分成51420个单元,168862个节点,其中实体单元(SOLID95)制造业信息化仿真此町-AN li(b)竖直方向变形舞台结构的重力变形3舞台结构的边界条件的施加在ANSYS中施加整体加速度为9.8m/s2来模拟重力作用。由于舞台结构的配重是以钢丝绳连接到舞台的托架上,对于舞台结构来说是一种外力的作用,不改变其固有刚度、强度特性。因此配重以节点集中力的形式施加在实际的托架上的对应位置,方向为竖直向上。舞台台面上满铺地板,相对于刚性框架来说,地板重量较小,可忽略不计。舞台结构的设计静载荷能力为4000N/m2,计算中将其等效为节点集中力,分布施加在型钢框架上,方向为竖直向下。

  舞台机构的位移及自由度的约束主要在丝杠两端的轴承和导向机构上。在计算中,约束丝杠底端轴承安装面的全部自由度来模拟止推轴承的作用,约束丝杠顶端的水平运动自由度来模拟径向轴承的作用,同时约束托架侧端导向面的水平运动自由度来模拟导向槽的作用。

  4舞台升降台的静态分析舞台结构在连续工作过程中,存在无数种负载和运动状态。在这里针对舞台结构静止时无负载和最大负载两种极限状态进行静力学分析。

  4.1无负载静态分析施加重力加速度为Z方向9.8m/s2,并施加配重等效节点集中力。

  计算得到舞台结构在重力作用下的变形和应力结果如和4所示。

  明,在重力作用下舞台结构的整体变形最大值为1.23mm,发生扇形舞台的外缘。舞台结构的最大应力为40.3MPa,发生在立柱与舞台台面的连接处。该应力远小于钢的应力极限,完全满足设计要求。

  4.2最大负载静态分析施加的重力加速度为Z方向9.8m/s2,并实际配重和负载的等效节点集中力。通过计算,得到舞台结构在重力作用下的变形和应力结果如和6所示。

  计算结果表明,在重力作用下舞台结构的整体变形最大值为6.5mm,发生在扇形舞台的外缘。舞台结构的最大应力为184.4MPa,发生在立柱与舞台台面的连接处。该应力远小于钢的应力极限,完全满足设计要求。

  5结语本文采用有限元软件对舞台升降台结构进行静力学分析,分析了其在外载荷作用下的变形及应力情况,得到了其最大变形的位移量及应力值。结果表明结构中的组件合乎设计要求。辑毕王秀为(1966-),男,高级经济师,工程师,工程硕士,研究方向为技术经济、项目投资、企业管理。

 
关键词: 舞台升降台
 
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