飞轮静力学分析
有限元法分析与建模
课程设计报告
报告题目：基于Ansys的飞轮静力学有限元分析学院：机械电子工程学院
指导教师：杜平安
学生及学号：唐鹏(201421080145)
摘要
飞轮，是安装在机器回转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器。当机器转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当机器转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来，因而飞轮可以用来减少机械运转过程的速度波动。但速度过高，会引起飞轮的过度变形，进而使飞轮崩裂，造成严重的工程事故，因此必须对飞轮的结构进行深入的分析，研究其在工作状态下变形情况，以便采取防护措施。
静力学分析是计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，其实固定不变的载荷和响应是一种理想情况，只要实际的载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢或微小，就可以把问题当成静力学问题来求解，从而通过简化的求解过程也能得到满意的结果。
本文以飞轮为例，首先在ANSYS环境下对飞轮进行模型，在静力学之前做准备工作，包括单元选取，网格划分方法及网格大小的确定，材料参数的收集等。然后，根据先前的准备工作对飞轮有限元模型进行分网，进而对飞轮进行静力学分析、求解。最后，根据飞轮静力学分析结果，总结飞轮转动特性，并对飞轮的优化和改进提出相关建议。
关键词：飞轮；有限元; Ansys; 静力学
ABSTRACT
Flywheel is installed on the machine rotating shaft has a large moment of inertia of rotavirus accumulator.When the machine speed increased, the kinetic energy of the flywheel increases, the energy savings;When lower speed, the flywheel kinetic energy is reduced, the energy released, so the speed of the flywheel can be used to reduce the mechanical operation process.But the speed is too high, will cause the excessive deformation of the flywheel, and then make the flywheel cleft, cause serious engineering accident, therefore must carry on the in-depth analysis of the structure of flywheel, study its deformation under working state, so that to take protective measures.
Statics analysis is to calculate the response of the structure under fixed load, constant load and the response is actually an ideal situation, as long as the actual load and structural response are very slow or little, along with the change of time can be as statics problem to solve the problem, thus by simplifying the solving process of also can get satisfactory results.
Based on flywheel as an example, this paper first in ANSYS environment to model of flywheel, preparing work before statics, including unit selection, meshing method and the determination of grid size, material parameters collection, etc.Then, based on previous preparation for flywheel points based on the finite element model of the nets, then to statics analysis, solving the flywheel.Finally, according to the result of the flywheel statics analysis, summarizes the flywheel rotating characteristics, and put forward related Suggestions to optimize and improve the flywheel.
Key words: Flywheel ; Finite element ; Ansys ; Statics
目录
第1章引言 (1)
1.1有限元法思想及其应用 (1)
1.2本文研究问题描述 (1)
第2章飞轮有限元静力学分析准备工作 (2)
2.1飞轮的建模 (2)
2.1.1建模过程 (2)
2.2网格划分 (5)
2.2.1定义单元类型和尺寸 (5)
2.2.2生成映射网格 (6)
2.2.3改变单元类型和单元尺寸 (6)
2.2.4生成网格 (7)
第3章飞轮静力学分析步骤 (8)
3.1 定义材料属性 (8)
3.2 施加约束 (8)
3.3 施加载荷 (10)
3.4 求解过程 (10)
第4章飞轮静力学分析结果 (12)
4.1查看变形 (12)
4.2显示节点位移 (12)
4.2.1显示节点位移云图 (12)
4.2.2列表显示节点位移 (13)
4.3显示节点应力 (14)
4.3.1显示节点应力云图 (14)
4.3.2列表显示应力 (15)
4.4显示节点应变 (15)
4.3.1显示节点应变云图 (15)
4.3.2列表显示应变列表 (16)
4.5显示反作用力 (16)
4.6扩展获得完整模型 (17)
第5章总结 (19)
参考文献 (20)
第1章引言
1.1有限元法思想及其应用
有限元法，是将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。有限元法的基本思想可归结为两方面，一是离散，二是分片插值[1]。
随着市场竞争的加剧，产品更新周期愈来愈短，企业对新技术的需求更加迫切，而有限元数值模拟技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源和科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。归纳起来，有限元法的应用主要有：1.线性静力学分析2.动态分析3.热分析4.流场分析5.电磁场计算6.非线性分析7.过程仿真。
1.2本文研究问题描述
静力学分析是计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，其实固定不变的载荷和响应是一种理想情况，只要实际的载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢或微小，就可以把问题当成静力学问题来求解，从而通过简化的求解过程也能得到满意的结果。本文以飞轮为例，对飞轮模型进行静力学分析，飞轮模型绕轴线的旋转角速度为400rad/s,根据问题的对称性，仅取飞轮的八分之一进行建模和求解，最后进行结果扩展。飞轮的材料属性：弹性模量E=3e11Pa ,泊松比u=0.3,密度ρ=7.85e3kg/m3。分析步骤：①建立模型，②加载求解，③结果后处理。
第2章飞轮有限元静力学分析准备工作
2.1飞轮的建模
图1-1所示为飞轮的立体图，因飞轮为轴对称结构，所以建模和网格划分只需飞轮的八分之一，从而减少运算成本，最后可以通过扩展得到整体的运算结果其具体建模和网格划分过程如下所述。
图1-1模型立体示意图
2.1.1建模过程
（1）运行Mechanical APDL(Ansys),定义好工作名和工作标题，调整图形输出窗口和显示所需工具栏，以方便建模过程中的需求。
（2）2D剖面建模
○1Preprocessor >Moeling>Create>Area>Rectangle>By dimensions,弹出“Create Rectangle by Dimensions”对话框，在其中输入参数，确认创建第一个矩形面，采取同样的方法创建另外两个矩形面。输入数据如下：第一个矩形面积：X1=2，X2=3，Y1=-4，Y2=6。第二个矩形面积：X1=7，X2=3，Y1=0.8，Y2=-0.8。第三个矩形面积：X1=7，X2=8，Y1=3，Y2=-3。生成结果如图1-2：
图1-2 生成的长方形结果图
○2线倒角操作：选择菜单Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet,弹出一个拾取对话框，用鼠标在图形输出窗口中分别选取编号为“L14，L7”的线，点“OK”按钮，弹出如图1-3所示的“Line Fillet ”的对话框，在“Fillet Radium”后面的文本框中输入半径0.5，单击“Apply”按钮，重复以上操作，对编号“L13，L15”，“L16，L7”和“L15，L5”进行同样的设置。
图1-3 “线倒角“对话框
○3生成圆弧线：选择菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Area > By End Kps & Rad,弹出一个拾取对话框，在图形输入窗口依次拾取编号为“12，11”的关键点，单击“OK”按钮，弹出“Are By End Kps& Radius”对话框，输入的数据0.5，单击“Apply”按钮，生成第一段圆弧，同样，对第二段圆弧接受默认设置，选择菜单Utility Menu > Plot > Lines,最后的结果如图1-4所示：
图1-4 圆弧结果图
（3）由2D模型生成3D模型
○1生成旋转轴的关键点：选择菜单Main > Menu > Preprocessor > Modeling >Create > Keypoints > In Active CS,创建两个关键点。
○2设置角度单位为度：选择菜单 Utility Menu > Paremeters > Angular Units,在对话框的下拉菜单中选择“Degree Deg”选项，单击“Ok”按钮，关闭
对话框。
○3拖拉生成3d模型：选择菜单Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas >About Axis ,弹出一个拾取对话框，单击“Pick All”按钮，接着拾取轴线的关键点，单击“Ok”按钮，又弹出“Sweep Areas About Axis”对话框，输入数据，最后得到的结果如图1-5所示。
图1-5 扫略结果图
（4）生成圆柱孔
○1旋转工作平面：在“Offset Wp”中的“XY,YZ ,ZX, Angles”下面的输入框中输入“0，-90”，单击“Apply”按钮确认。
○2生成圆柱体：选择菜单Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder ,弹出“Solid Cylinder ”对话框，在其中输入数据，单击“OK”按钮，确认输入。
○3体相相减：选择菜单Main Menu >Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes ,弹出一个拾取对话框，用鼠标在图形输出窗口中选取编号为“V1”的体素，单击“OK”按钮，同样选择编号为“V2”的体素，单击“Ok”按钮，关闭对话框。选择菜单Utility Menu > Plot Replot 重绘模型，删除体后的结果如图1-6所示。
图1-6体相减结果图
（5）分割实体
在划分网格前，根据飞轮结构受力特点，网格密度会有所不同，故应先对实体进行分割。通过关键点定位工作平面后，在工作平面分割实体，结果如图1-7所示。
图1-7 分割后结果图
2.2网格划分
2.2.1定义单元类型和尺寸
○1选择单元类型：选择菜单Main Menu > Preprocessor >Element >Type > Add/Edit/Delete,弹出“Element Types”对话框，单击“Add”按钮，弹出如图2-1所示对话框，在该对话框选择“Structural”选项，及其下的“Solid”选项，按照下图设置后，关闭对话框。
图2-1 单位类型列表框
○2设置单元尺寸：选择菜单Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls >Manulsize > Global >Size ,弹出“Global Element Sizes”对话框，设置单元边长为“0.25”，如图2-2,单击“OK”按钮，关闭对话框。
图2-2 单元尺寸控制对话框
2.2.2生成映射网格
○1生成映射网格：选择菜单Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Volumes > Mapped >4 To 6sided,弹出一个拾取对话框，在图形输出窗口中选择编号为“V1，V2，V3，V5”的体，单击“OK”按钮，生成的网格如图2-3所示。
图2-3 生成的映射网格
2.2.3改变单元类型和单元尺寸
○1改变单元类型：选择菜单Main Menu > Processor > Meshing > Mesh >Attributes> Default Attribs ,弹出如图对话框，按如图2-4所示设置，单击“OK”按钮确认。
图2-4 网格属性对话框
○2设置单元尺寸：选择菜单Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls >Manulsize > Global >Size ,弹出“Global Element Sizes”对话框，设置单元边长为“0.2”，如图2-5,单击“OK”按钮，关闭对话框。
图2-5 单元尺寸控制对话框
2.2.4生成网格
○1自由网格划分生成网格：选择菜单Main Menu > Preprocessor >Meshing >Meshing >Volumes >Free,弹出一个拾取对话框，在图形输出窗口中选择编号为“V6”的体，单击“OK”按钮，生成的网格如图2-6。
图2-6 网格结果图
第3章飞轮静力学分析步骤
3.1 定义材料属性
○1定义材料属性：选择菜单main menu >preprocessor>materal props >material models,弹出如图3-1“材料属性”对话框，在有责的列表中连续双击“structural> linear>elastic>isotropic”选项，弹出如图3-2所示的“定义密度”对话框，在该对话框中“DEMS”后面的输入框中输入“7.85e3”，单击“OK”按钮,关闭对话框。
图3-1 材料属性对话框
图3-2定义密度对话框
3.2 施加约束
○1显示面编号：选择菜单Utility Menu > Plotctrls >Numbering,弹出“Plot Numbering Controls”对话框，选中“Area Numbers”后的复选框，复选框由“Off”状态变成“On”状态，此时，即可在图形输出窗口显示面编号，单击“OK”按钮，关闭对话框。选择菜单Utility Menu >Plot >Areas,把面及编号显示出来，结果如图3-3所示
图3-3 模型图
○2施加对称约束：选择Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Structural>Displacement>Symmetry B.C>On Areas ,弹出一个拾取对话框，选择一个有空一侧的对称面，在选择无孔一侧的对称约束面，单击“OK”按钮确认，生成的结果如图3-4所示。
图3-4 对称面约束结果图
○3施加点约束：选择菜单Main Menu> Solution >Define Loads>Apply >Structural>Displacement>On Nodes,弹出一个拾取对话框，在输入框中输入“1521”，编号为“1521”的节点，单击“OK”按钮，弹出“Apply U,ROT On Nodes”对话框，约束Y方向自由度如图3-6所示，单击“OK”按钮，完成约
束施加。
图3-5“约束”对话框
3.3 施加载荷
○1选择菜单:Main Menu> Solution >Define Loads>Apply >Structural>Inertia>Angular Veloc>Global,弹出“Apply Angular Velocity”对话框，设置如图3-6所示，单击“OK”按钮，完成载荷施加。
图3-6加载对话框
3.4 求解过程
○1选择求解器：选择菜单Main Menu > Solution Analysis Type >Sol’N Controls,弹出“Solution Controls”对话框，切换到“Sol’N Options”选项，选择“Pre-Conditioncg”求解器，如图3-7，单击“OK”按钮确认。
图3-7 选择求解器对话框
○2设置输出控制选项：选择菜单Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>Solu Printout,弹出“Solution Printout Controls”对话
框，选中“Every Substep”按钮，单击“OK”按钮，关闭对话框。
○3求解：选择菜单Main Menu >Solution>Solve>Current LS ,通过“/STATUS Command”对话框查看前面定义的信息，无误后关闭对话框，并单击“Solve Current Load Step”对话框的“OK”按钮，计算机开始进行求解运算，当出现“So lution Is Done!”提示时求解结束，单击“Close”按钮关闭该对话框，即可查看结果了。
第4章飞轮静力学分析结果
4.1查看变形
○1查看变形：选择菜单Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed>Shape,弹出“Plot Deformed Shape”对话框，选中“Def+Undef Edge”单选框，单击“OK”按钮，显示变形后的几何形状和未变形的轮廓如图4-1所示。
图4-1变形图
4.2显示节点位移
4.2.1显示节点位移云图
○1选择菜单Main Menu>General Postproc>Prot Results>Deformed Shape,弹出“Plot Deformed Shape”对话框，选中“Def+Undef Edge”单选钮，单击“OK”按钮，显示变形后的几何形状和未变形的轮廓如图4-2所示，再依次选择Main Menu>General Postproc>Prot Results>Contour Plot>Nodal Solu,弹出“Contour Nodal Solution Ddata”对话框，依次选择DOF Solution > X-Component Of Displacement选项，单击“OK”按钮，得到X向节点位移云图如图4-3，同样方式显示Y/Z向节点位移云图如图4-4与图4-5所示。
图4-2 节点位移云图图4-3 X向节点位移云图
图4-4 Y向节点位移图4-5 Z向节点位移
4.2.2列表显示节点位移
○2选择菜单Main Menu>General Postproc >List Results>Nodal Solution ,弹出“List Nodal Solution”对话框，依次选择DOF Solution >Displacement Vector Sum选项，单击“OK”按钮，列表显示结果如图4-3所示。
图4-6 节点位移列表
4.3.1显示节点应力云图
○1显示节点Mises应力云图：选择菜单Main Menu > General Postroc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu ,弹出“Contour Nodal Solution Data”对话框，依次选择Stress >Von Mises Stress选项，如图4-7所示，单击“OK”按钮。
○2显示节点X/Y/Z向应力云图：选择菜单Main >Menu >General Postproc >Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,弹出“Contour Nodal Solution Data ”对话框，依次选择Stress > X-Component Of Stress 选项，单击“OK”按钮，显示X向节点应力云图如图4-8，同理得到Y/Z向节点应力云图如图4-9与图4-10。
图4-7 节点应力云图图4-8 X向节点应力云图
图4-9 Y向节点应力云图图4-10 Z向节点应力云图
○1选择菜单Main Menu >General Postproc >List Results> Nodal Solution 弹出“List Nodal Solution ”对话框，依次选择Stress> Von Mises Stress选项，单击“OK”按钮，列表显示结果如图4-11所示。
图4-11 节点应力列表
4.4显示节点应变
4.3.1显示节点应变云图
○1显示节点Mises应变云图：选择菜单Main Menu > General Postroc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu ,弹出“Contour Nodal Solution Data”对话框，依次选择Mechanical Strain>Von Mises Total Mechanical Strain 选项，如图4-12所示，单击“OK”按钮。
○2显示节点X/Y/Z向应变云图：选择菜单Main >Menu >General Postproc >Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu ,弹出“Contour Nodal Solution Data ”对话框，依次选择Total Mechanical Strain >X-Component Of Total Mechanical Strain选项，单击“OK”按钮，显示X向节点应变云图如图4-13，同理得到Y/Z向节点应变云图如图4-14与图4-15。
图4-12节点应变云图图4-13 X向应变云图
图4-14 Y向应变云图图4-15 Z向应变云图
4.3.2列表显示应变列表
○1选择菜单Main Menu >General Postproc> List Results> Nodal Solution 弹出“List Nodal Solution ”对话框，依次选择Total Mechanical Strain >Von Mises Total Mechanical Strain选项，单击“OK”按钮，列表显示结果如图4-17所示。
图4-17 节点应变列表
4.5显示反作用力
○1列表显示反作用力：选择菜单Main Menu >General Postproc >List Results>Reaction Solu ,弹出“List Reaction Solution”对话框，选择“All Item ”选
静力学分析报告
静力学分析报告 一、制作人员： 二、模型名称：桁架 三、创意来源： 四、模型视图： 五、模型简化
因为桁架本身由硬杆组成，所以简化结构 如下图所示，并求各点的受力情况。 假设桁架受到集中力G的影响 1以节点A为探究对象 m A F=0 F B Y?4?F?3=0 F B Y=0.75F F Y=0 F A Y+F B Y=0 F A Y=0.25F 2以节点B为探究对象 F12F13 B F B Y F Y=0 F13cos45°+F B Y=0 F13=?32 4 F F X=0 ?F13cos45°?F12=0 F12=?3 4 F
3以节点G为探究对象 F F10 G F11F13′ F Y=0 ?F13′cos45°?F?F11=0 F11=?0.25F F X=0 F13′cos45°?F10=0 F8=?0.75F 4以节点H为探究对象 F9F11′ F8 H F12′ F Y=0 F9cos45°+F11′=0 F9= 2 4 F F X=0 ?F9cos45°?F8+F12′=0 F8=0.5F 5以节点I为探究对象 F7 F6I F8′ F Y=0 F7=0
F X=0 ?F6+F8′=0 F6=0.5F 6以节点E为探究对象 F4E F10′ F5F7′F9′ F Y=0 F9′cos45°?F5cos45°=0 F5=2 F F X=0 ?F5cos45°+F9′cos45°?F4+F10′=0 F4=?0.25F 7以节点D为探究对象 F3F5′ F2 D F6′ F Y=0 F3+F5′cos45°=0 F3=1 4 F F X=0 F5′cos45°?F2+F6′=0 F4=0.25F 8以节点C为探究对象 C F4′
流体静力学实验报告
一、实验目的 1.掌握用液式测压计测量流体静压强的技能。 2.验证不可压缩流体静力学基本方程，加深对位置水头、压力水头和测压管水头的理解。 3.观察真空度（负压）的产生过程，进一步加深对真空度的理解。 4.测定油的相对密度。 5.通过对诸多流体静力学现象的实验分析，进一步提高解决静力学实际问题的能力。 二、实验装置 本实验的装置如图1-1所示。 图1-1 流体静力学实验装置图 1. 测压管 ； 2. 带标尺的测压管 ； 3. 连通管 ； 4. 通气阀 ； 5. 加压打气球 ； 6. 真空测压管 ； 7. 截止阀 ； 8. U 型测压管 ； 9. 油柱 ； 10. 水柱 ；11. 减压放水阀 说明： （1）所有测压管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准。 （2）仪器铭牌所注B ?，C ?，D ?系测点B ，C ，D 的标高。若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则B ?，C ?，D ?亦成为C z ，C z ，D z 。 (3) 本仪器中所有阀门旋柄均以顺管轴线为开。
三、实验原理 1．在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程。 形式一： p z γ +=const （1-1-1a ） 形式二： P=P 。+γ （1-1-1b ） 式中 z---测点在基准面以上的位置高度； P —测点的静水压强（用相对压强表示，一下同）； P 。--水箱中液面的表面压强； γ--液体的重度； h —测点的液体深度； 2.油密度测量原理。 当u 形管中水面与油水界面齐平（见图1-1-2），取油水界面为等压面时，有： P01=w γ=0γH (1-1-2) 另当U 形管中水面与油面平齐（见图1-1-3），取油水界面为等压面时，有： P02+W γH=0γH 即 P02=-w γh2=0γH-W γH (1-1-3) 图1-2 图1-3 四、实验要求 1．记录有关常数 实验装置编号No. 12 各测点的标尺读数为： B ?= 2.1 -210m ?； C ?= -2.9 -210m ?； D ?= -5.9 -210m ?； 基准面选在 测压管的0刻度线处 ； C z = -2.3 -210m ?； D z = -5.9 -210m ?； 2．分别求出各次测量时，A 、B 、C 、D 点的压强，并选择一基准验证同一
材料力学性能静拉伸试验报告
静拉伸试验 一、实验目的 1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备 微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器 三、试样 本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和45#，各有数支。 四、实验原理 按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定，在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应≤0.1m/s ），直到拉断为止，并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。 试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ?主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别： （1）塑性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象； （2）脆性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值—强度极限。 脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到m F 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远 小于45钢的抗拉强度。同样，由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度，而根据公式，10 l l l δ-=。 五、实验步骤 1、试样准备 用笔在试样间距0L （10cm ）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备：
静力学的基本概念和公理(建筑力学习题测验)
第一章静力学的基本概念和公理 一,填空题 １,力对物体的作用效果取决于力的，，,这三者称为力的三要素。 力的外效应是指力使物体的发生改变,力的内效应是指力使物体的发生改变。 力是物体间的相互作用,它可以使物体的_____________发生改变,或使物体产生＿________＿_。 2，物体的平衡是指物体相对于地球保持或状态。 ３,在力的作用下和都保持不变的的物体称为刚体。 ４，对物体的运动或运动趋势起限制作用的各种装置称为。 ５,常见的铰链约束有和。 约束反力恒与约束所能限制的物体运动(趋势)方向。 6,刚体受到两个力作用而平衡，其充要条件是这两个力的大小, 作用线。 7,作用力和反作用力是两个物体间的相互作用力，它们一定，， 分别作用在。 作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动,而____＿___＿＿_＿___力对刚体的作用效果．所以,在静力学中，力是___＿_＿＿__＿______的矢量． ９力对物体的作用效果一般分为＿＿＿＿___＿_＿效应和_________＿_效应. 10对非自由体的运动所预加的限制条件为__＿_______＿__;约束反力的方向总是与约束所能阻止的物体的运动趋势的方向＿_______＿＿___;约束反力由_＿__＿力引起,且随_＿__＿＿_＿_______力的改变而改变. 9柔性约束对物体只有沿＿__＿_____的_＿＿______＿_力。 1０,铰链约束分为_＿_＿__＿＿_和_＿_______。 1１,光滑面约束力必过______＿＿_沿_________并指向___＿＿_＿_______的物体。 １２，活动铰链的约束反力必通过＿_＿___＿____并与＿___＿___＿__相垂直。 表示一个力对物体转动效果的度量称为＿＿_______，其数学表达式为＿_______＿。 １4、力偶是指______＿_____＿_____＿＿_＿＿____________＿_＿＿________＿＿____＿。 15,力偶对物体的转动效应取决于_＿_＿_______＿__＿、__＿__＿_＿_____＿＿＿、＿_＿_______＿____三要素。 力偶对其作用平面内任何一点这矩恒等于它的_____＿＿＿_,而与＿＿_＿_____位置选择无关。 20、平面内两个力偶等效的条件是这两个力偶的__＿_＿_____________；平面力偶平衡的充要条件是___＿______＿＿＿＿_＿_＿_。 二,判断题:（判断正误并在括号内填√或×) 1，力的三要素中只要有一个要素不改变，则力对物体的作用效果就不变。( ) 2，刚体是客观存在的，无论施加多大的力，它的形状和大小始终保持不变。(）3,如物体相对于地面保持静止或匀速运动状态，则物体处于平衡。( ) 4,作用在同一物体上的两个力,使物体处于平衡的必要和充分条件是： 这两个力大小相等、方向相反、沿同一条直线。( ）
1静力学基本知识与结构计算简图
教案 专业：道路桥梁工程技术 课程：工程力学 教师：刘进朝 学期：2010-2011-1 教案首页 授课日期： 2010年 9 月 22 日授课班级：10211-10216
教学内容： 课题1 静力学基本知识与结构计算简图一、静力学基本概念
1.力的概念 ※定义：力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的运动状态发生改变和变形状态发生改变。 ※力的三要素：大小，方向，作用点 集中力：例汽车通过轮胎作用在桥面上的力。 2.力系的概念 定义——指作用在物体上的一群力。 根据力系中各力作用线的分布情况可将力系分为平面力系和空间力系两大类。 若两个力系分别作用于同一物体上时，其效应完全相同，则称这两个力系为等效力系。 用一个简单的等效力系（或一个力）代替一个复杂力系的过程称为力系的简化。 力系的简化是工程静力学的基本问题之一。 3.刚体的概念：指在力的作用下，大小和形状都不变的物体。 4.平衡的概念 平衡——指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动的状态。 二、静力学基本公理 公理1：二力平衡公理。 作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，作用线共线，作用于同一个物体上（如图所示）。 （a）（b） 注意：①对刚体来说，上面的条件是充要的②对变形体来说，上面的条件只是必要条件 例如，如图所示之绳索 二力构件（二力杆）：在两个力的作用下保持平衡的构件。 例如，如图所示结构的直杆AB、曲杆AC就是二力杆。
（a）（b）（c） 公理2：加减平衡力系公理。 在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。 加减平衡力系公理也只适用于刚体，而不能用于变形体。 推论1：力的可传性。 作用于刚体的力可沿其作用线移动而不致改变其对刚体的运动效应（既不改变移动效应，也不改变转动效应），如图所示。 因此，对刚体来说，力作用的三要素为：大小，方向，作用线 注意：（1）不能将力沿其作用线从作用刚体移到另一刚体。 （2）力的可传性原理只适用于刚体，不适用于变形体。 例如，如图（a）所示之直杆 （a）拉伸 （b）压缩 在考虑物体变形时，力失不得离开其作用点，是固定矢量。 公理3：力的平行四边形法则。 作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示，如图（a）所示。 F R=F1+F2 力的平行四边形法则可以简化为三角形法则，如图（b）所示，
1.静力学基本概念
1.静力学基本概念 1.1力的概念 力是物体间相互机械作用。这种作用使物体的运动状态发生变化，同时使物体发生形变。前者称为力的运动效应；后者称为力的变形效应。 ?力的三要素 力对物体作用的效应，决定于力的大小、方向（包括方位和指向）、和作用点，这三个要素称为力的三要素。 ?力是一个矢量。（既有大小又有方向的量） ?力的单位：牛顿N、千牛KN ? 1.2等效力系 （1）力系作用在物体上力的集合，或作用在物体上若干个力的总称。 （2）等效力系作用于物体上的一个力系可用另一个力系代替，而不改变原力系对物体作用的外效应，以（F1,F2,...,F n ）~（F1’,F2’,...,F m’）表示。 1.2 刚体的概念 任何物体在力的作用下，任意两点间均将产生相对运动，使其初始位置发生改变，称之为位移，从而导致物体发生变形。忽略物体变形时，将其抽象为刚体。 在静力学中以刚体为研究对象，在材料力学中则以变形体为研究对象。 1.3其它概念 静力学：是研究物体在力系作用下平衡规律的科学。 刚体静力学：研究刚体在力系作用下的平衡问题。 平衡：物体相对于地面保持静止或作匀速直线运动的状态。 平衡条件：要使物体处于平衡状态，作用于物体上的力系必须满足的条件。 平衡力系：作用于物体上正好使之保持平衡的力系。 1.4刚体静力学研究的基本问题 （1）受力分析-分析作用在物体上的各种力，弄清研究对象的受力情况。 （2）利用平衡条件求解未知力，以解决工程中的相关问题。 2.静力学公理 （1）二力平衡公理 （2）加减平衡力系公理 （3）力的平行四边形法则 （4）作用与反作用定律 （5）刚化公理 公理1 二力平衡公理 作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要与充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上（等值、反向、共线） 二力构件：只受两个力作用而处于平衡的物体。 公理2 加减平衡力系公理 在作用于刚体上的已知力系中，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的效应。力的可传性原理： 作用于刚体上的力，可沿其作用线任意移动而不改变它对刚体的作用效应。 注意：力的可传性原理不适用于变形体 公理3 力的平行四边形法则 作用于物体上的两个力，其合力也作用在该点上，合力的大小和方向则由以这两个力为边所
基于ABAQUS和EXCEL的泡棉静态力学性能分析
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/3013127847.html, 基于ABAQUS和EXCEL的泡棉静态力学性能分析 作者：周万里黄攀 来源：《科技风》2017年第09期 摘要：手机中大量应用泡棉作为缓冲材料保护关键器件，不同泡棉的缓冲效果完全不 同，对器件的保护作用大小也不同。通过泡棉的单轴压缩和回弹实验测试可以得到材料的位移-力曲线，但有限元软件ABAQUS中需要的材料参数不能直接在该软件中拟合得到。故基于EXCEL的VB模块构建新公式和使用规划求解功能拟合材料参数。在ABAQUS中建立有限元模型验证了用EXCEL拟合材料的准确性和该分析方法的正确性。 关键词：泡棉；有限元；ABAQUS；hyperfoam；Mullins软化效应；EXCEL；规划求解 泡棉因为具有良好的密封性和可压缩性，在手机中被大量应用根据用途可以分为导电泡棉、缓冲泡棉、双面胶泡棉和防尘防水泡棉等，根据应用的位置可以分为LCM泡棉、摄像头泡棉、音腔泡棉、受话器泡棉等。不同的用途和位置对泡棉的要求完全不同。国内文献对泡棉的研究主要在后期仿真应用上和没有考虑泡棉的应力软化效应，没有详细介绍如何从基础实验数据中获取有限元仿真所需要的参数再到仿真应用的过程。 本文首先使用高精度试验机对泡棉进行单轴压缩和回弹实验，获取位移-力曲线；然后转换为名义应变-名义应力曲线。利用EXCEL的VB模块构建新公式，再把名义应变-名义应力 曲线输入到EXCEL表格，并使用规划求解功能拟合曲线获取基于ABAQUS的hyperfoam本构模型和Mullins软化效应的材料参数；最后通过建立有限元模型验证该本构模型和拟合方法的正确性。 1 压缩和回弹实验 使用高精度试验机对泡棉进行压缩和回弹实验。因为该泡棉太薄只有0.3mm的厚度，为 减小误差把4层泡棉叠加在一起进行测试。具体样品尺寸为25mmX25mmX0.3mmX4。 2 记录压缩和回弹数据 压缩试验机记录力的单位为g，位移为mm。 3 处理数据 因为前面有一段行程为空压，需要处理数据，减掉这部分位移并减少数据点。处理后的数据见下图：
结构静力分析
第一章结构静力分析 1．1 结构分析概述 结构分析的定义：结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身等；同时还包括机械零部件，如活塞，传动轴等等。 在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。 静力分析---用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。 模态分析---用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析---用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析---是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。 曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS可进行线性（特征值）和非线性曲屈分析。 显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的分析应用： ●断裂力学 ●复合材料 ●疲劳分析 ●p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分析，单元型 从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元。 1．2 结构线性静力分析 静力分析的定义 静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷）。 静力分析中的载荷 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括： ●外部施加的作用力和压力 ●稳态的惯性力（如中力和离心力） ●位移载荷 ●温度载荷 线性静力分析和非线性静力分析 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形，塑性，蠕变，应力刚化，接触（间隙）单元，超弹性单元等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在下一节中介绍。
瓦楞结构材料瓦楞方向静力学性能的研究
瓦楞结构材料瓦楞方向静力学性能的研究瓦楞结构材料,因其无污染、可再生、质量轻、刚度好、缓冲吸能、易加工成型、可回收且成本低廉,在造船、汽车、建筑、航空航天、铁路运输和包装等行业有着广泛的应用。目前对瓦楞结构材料的研究主要集中在平压方向的力学性能上,而在实际应用中瓦楞结构材料常在其瓦楞方向上承载。因此研究瓦楞结构材料瓦楞方向的力学性能,对于促进其应用具有十分重要的意义。瓦楞结构材料是由瓦楞芯材和面材复合而成。根据瓦楞形状不同,瓦楞可分为U、V和UV形。瓦楞楞型有A、C、B和E型。通过静态拉伸试验对瓦楞原纸的物理性能进行了测定,得到相关物理参数,为有限元模拟提供基材的力学参数。对瓦楞结构材料进行静态压缩试验,验证有限元模型的可靠性。建立不同种类的瓦楞结构材料的有限元静力学分析模型,并使用试验结果验证模型的可靠性。基于此,通过能量效率法分别研究不同楞型和楞形瓦楞结构材料的力学性能,深入分析它们对瓦楞结构材料瓦楞方向静力学性能的影响。不同楞型、楞形和壁厚的瓦楞结构材料,瓦楞方向的变形模式都是呈现自上而下的折曲变形,应力应变曲线形态都是由弹性、屈服、平台和密实化四个阶段组成,能量效率曲线都是呈现先增大后减小的变化趋势。对于任一楞型的瓦楞结构材料,瓦楞方向的初始峰应力、平均抗压强度、最大能量吸收效率、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收随着壁厚的增大而增大。对于任一壁厚的瓦楞结构材料,A、C、B和E楞瓦楞的初始峰应力、平均抗压强度、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收依次增大。对于
U、V和UV任一楞形的瓦楞结构材料,其瓦楞方向的初始峰应力、平均抗压强度、最大能量吸收效率、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收随着壁厚的增大而增大。它们之间的相互关系,可拟合为一定的关系曲线,基于计算结果给出了相关经验公式。对于任一壁厚的瓦楞结构材料,U、V和UV形瓦楞的初始峰应力、平均抗压强度、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收总是呈现出V形瓦楞 最小,U形瓦楞最大,UV形瓦楞介于两者之间的规律。综上所述,楞型、楞形和壁厚对瓦楞结构材料瓦楞方向的静力学性能,影响较大,相关 规律可以为瓦楞结构材料在缓冲包装设计方面提供指导性参考与帮助。
闸式剪板机力学性能分析与优化
闸式剪板机力学性能分析与优化* 王 勇1,朱世凡1,陈 胜1,王 奇1,于 珺2,陈达兵2 (1.合肥工业大学机械工程学院,安徽合肥230009;2.马鞍山市中亚机床制造有限公司,安徽马鞍山243131) 摘 要:剪板机结构力学性能对剪切精度具有重要影响三以6×3200型数控闸式剪板机为对象,基于数值模拟方法对上刀架进行了静力学分析和瞬态动力学分析,得到了剪切过程中的最大等效应力与最大变形;对机架进行了模态分析,给出了剪板机系统可能发生共振的固有频率和相应振型;基于分析结果对闸式剪板机结构进行了优化三 关键词:闸式剪板机 静力学分析 动力学分析 模态分析 优化设计 中图分类号:TP13 文献标识码:A 文章编号:1002-6886(2019)02-0001-04 Analysis and optimization of mechanical properties of braking-type plate shearing machine WANG Yong,ZHU Shifan,CHEN Sheng,WANG Qi,YU Jun,CHEN Dabing Abstract:The mechanical properties of shearing machine have important influence on the shearing accuracy.Based on the numerical simulation method,the static analysis and transient dynamic analysis of the upper tool holder are carried out for the6×3200numerical control gate shear machine.The maximum equivalent stress and maximum deformation in the shearing process are obtained.The modal analysis of the frame is carried out to obtain the natural frequency and corresponding vibra?tion mode of the shearing machine.Based on the analysis results,the structure of the brake shearing machine is optimized. Keywords:braking-type plate shearing machine,statics analysis,dynamic analysis,modal analysis,optimization design 0 引言 与摆式剪板机相比,闸式剪板机从结构上避免了游隙的存在并可调节剪切角,具有更高的效率二精度和可靠性三但闸式剪板机在剪切宽厚板或高强度薄板时,仍存在机床变形影响剪切精度等问题三现有文献多研究剪切参数对剪切精度的影响[1]二剪板机组控制系统设计与自动化改造[2-3]或者以有限的 离散点模拟剪切过程[4],有关闸式剪板机的力学性能分析与结构优化的研究目前尚少见三本文通过机床的静动态特性分析,模拟剪板机剪切过程,获得连续的剪切数据,并给出优化方案三 1 静力学分析 以一款6×3200型数控闸式剪板机为例,其结构模型如图1所示三工作时,滚柱丝杠驱动的后挡料装置调节剪切长度,压料油缸将被剪板料压紧,设置刀刃间隙和剪切角等剪切参数后,两端的液压缸驱动上下刀刃相对运动完成板料的剪切三 仿真分析时,忽略过渡圆角二螺纹孔等[5],将简化的三维模型导入到有限元分析软件中,上刀架两侧面作固定约束,设置绑定接触模拟上刀架零部件的焊接和螺纹固定[6]三 图1 6×3200闸式剪板机结构模型 根据诺沙里公式[7]: P=0.6σbδs h2tanα1+ z tanα 0.6δs+ 1 1+10δsσ b y2 ? è ? ? ? ? ÷ ÷ x (1) 四1四
静力学的基本概念
第一章静力学的基本概念 第一节力和平衡的概念 一、力的概念 力的运动效应和变形效应 1、力的定义：力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。 物体间的相互机械作用可分为两类：一类是物体间的直接接触的相互作用，另外一类是物和物体间的相互作用。 力的两种作用效应为： （1）外效应，也称为运动效应——使物体的运动状态发生改变； （2）内效应，也称为变形效应——使物体的形状发生变化。 静力学研究物体的外效应。 2、力的三个要素：力的大小、方向和作用点。 力的大小反映物体之间相互机械作用的强度，在国际单位制（SI）中，力的单位是牛（N）；在工程单位制中，力的单位是千克力（kgf）。两种单位制之间力的换算关系为：1kgf=9.8N。 力的作用线：[力的方向是指静止物体在该力作用下可能产生的运动（或运动趋势）的方向。]沿该方向画出的直线。力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向。 二、刚体和平衡的概念 刚体：在受力作用后而不产生变形的物体称为，刚体是对实际物体经过科学的抽象和简化而得到的一种理想模型。而当变形在所研究的问题中成为主要因素时（如在材料力学中研究变形杆件），一般就不能再把物体看作是刚体了。 平衡：指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。显然，平衡是机械运动的特殊形态，因为静止是暂时的、相对的，而运动才是永衡的、绝对的。 三、力系、等效力系、平衡力系 力系：作用在物体上的一组力。按照力系中各力作用线分布的不同形式， 力系可分为： （1）汇交力系力系中各力作用线汇交于一点； （2）力偶系力系中各力可以组成若干力偶或力系由若干力偶组成； （3）平行力系力系中各力作用线相互平行； （4）一般力系力系中各力作用线既不完全交于一点，也不完全相互平行。 按照各力作用线是否位于同一平面内，上述力系各自又可以分为平面力系和 空间力系两大类，如平面汇交力系、空间一般力系等等。 等效力系：两个力系对物体的作用效应相同，则称这两个力系互为等效力系。当一个力与一个力系等效时，则称该力为力系的合力；而该力系中的每一个力称为其合力的分力。把力系中的各个分力代换成合力的过程，称为力系的合成；反过来，把合力代换成若干分力的过程，称为力的分解。 平衡力系：若刚体在某力系作用下保持平衡。在平衡力系中，各力相互平衡，或者说，诸力对刚体产生的运动效应相互抵消。可见，平衡力系是对刚体作用效应等于零的力系。 第二节静力学基本公理 静力学公理是人们从实践中总结得出的最基本的力学规律，这些规律的正确性已为实
张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析
第38卷 第5期2009年10月 船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.38 N o.5 O ct.2009 收稿日期:2009-02-25修回日期:2009-04-30 基金项目:国家自然科学基金(50538050);国家863 计划(2006A A09A 103,2006A A09A 104)。 作者简介:闫功伟(1982-),男,博士生。研究方向:深水海洋平台的动力响应。E -mail:yango ng wei_hit@qq.co m DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2009.05.034 张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析 闫功伟1 ,欧进萍 1,2 (1.哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090;2.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024)摘 要:结合南海海域条件对传统式张力腿平台进行整体设计,计算平台所受各种环境荷载的大小,并采用拟静力分析法分析此平台的非线性运动响应,考虑平台水平漂移和下沉的非线性关系以及张力腿预张力、横截面面积、就位长度和立柱横截面面积等参数对平台运动响应的影响。 关键词:张力腿平台;整体设计;拟静力分析;非线性运动响应 中图分类号:U 674.38;T E952 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2009)05-0142-04 张力腿平台(tension leg platform,T LP),是一种垂直系泊的顺应式平台,通过数条张力腿与海底相接,具有半固定、半顺应的运动特征。它可以分为三部分:平台本体、张力腿系统和基础部分。平台本体的主要运动形式[1]有横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、首摇。整个结构的频率跨越海浪的一阶频率谱两端,从而避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振,使平台结构受力合理,动力性能良好。 TLP 的结构形式发展倾向于多元化、小型化,以适应于不同油藏条件及边际油田的开发。按平台本体形式[2]不同可以分为传统式张力腿平台(CT LP)、海星式张力腿平台(seastar TLP)、迷你式张力腿平台(M OSES T LP)和延伸式张力腿平台(ETLP)。T LP 示意见图1、2 。 结合我国南海海域海况条件,开展了CT LP 平台的整体方案设计。 1 T LP 的整体设计 TLP 平台的整体设计[3] 需要做以下几方面的工作:1根据平台的功能要求,确定出比较合理的平台总体尺度;o规划设备位置,均衡平台中心;?进行张力腿的张力估算;?确定出设计能力界限。 平台总体规划流程见图3,中间框内4 项工 图3 TLP 总体设计规划流程 作是一个小循环,需要反复调整以达到设计要求。1.1 TLP 环境荷载的确定 风、浪、流等海洋环境参数选用文献[4]提供数据。考虑两种工况:工况1,1年一遇环境条件;工况2,100年一遇环境条件。 1)平台风荷载计算。作用于平台上体各部分的风力F 应按下式计算: F 风=C h C s S p (1) 式中:p )))风压,kPa ; S )))平台在正浮或倾斜状态时受风构件 的正投影面积,m 2; C h )))受风构件的高度系数,其值可根据 构件高度h(构件形心到设计水面的垂直距离)由规范查表确定; 142
流体静力学实验报告完整版
流体静力学实验报告 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
中国石油大学（华东）现代远程教育 工程流体力学实验报告学生姓名： 学号： 年级专业层次：16春网络春高起专 学习中心：山东济南明仁学习中心 提交时间：2016年5月30日
1．在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 形式之一：（1-1a） 形式之二：P=P0+γh（1-1b） 式中 Z——被测点在基准面以上的位置高度； P——被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； P0——水箱中液面的表面压强； ?γ ——液体重度； ?h——被测点的液体深度。 2．油密度测量原理 当U型管中水面与油水界面齐平（图1-2），取其顶面为等压面，有P01=γw h1=γ0HP01（1-2）另当U型管中水面和油面齐平（图1-3），取其油水界面为等压面，则有P02+γw H=γ0H 即P02=-γw h2=γ0H-γw H（1-3） 由（1-2）、（1-3）两式联解可得： ?代入式（1-2）得油的相对密度 ?（1-4） 据此可用仪器（不用另外尺）直接测得。 ?流型判别方法(奥齐思泽斯基方法)：
本实验的装置如图1-1所示。 图1-1 流体静力学实验装置图 1.测压管； 2.带标尺的测压管； 3.连通管； 4.真空测压管；型测压管； 6.通气阀； 7.加压打气球； 8.截止阀； 9.油柱； 10.水柱； 11.减压放水阀 说明 1．所有测管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准； 2．仪器铭牌所注、、系测点B、C、D标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准， 则、、亦为、、； 3．本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。 四、实验步骤 1．搞清仪器组成及其用法。包括： （1）各阀门的开关； （2）加压方法：关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气； （3）减压方法：开启筒底阀11放水； （4）检查仪器是否密封 加压后检查测管l、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。 2．记录仪器编号、各常数。 3．实验操作，记录并处理实验数据，见表1-1和表1-2。 4．量测点静压强。 （1）打开通气阀6（此时），记录水箱液面标高和测管2液面标高(此时)；（
结构静力分析边界条件施加方法与技巧—约束条件
在结构的静力分析中载荷与约束的施加方案对计算结果有较大的影响，甚至导致计算结果不可信，笔者在《结构设计CAE主业务流程》的博文中也提到这一点。那么到底如何施加载荷与约束呢？归根到底要遵循一个原则——尽量还原结构在实际中的真实约束和受力情况。本文着重介绍几种约束的施加方法与技巧，并通过具体例子来进一步说明。 1 销轴约束 销轴连接在结构中是很常见的一种形式，其约束根据具体的结构形式有所不同，下面以一个走行装置为例具体介绍一下。 走行装置是连接平动轨道与上部结构的，其约束应是轨道通过车轮对走行装置的约束，但是通常对于车轮只要验证其轮压满足要求即可，因此在模型中往往将车轮简化掉，因此对于走行装置的约束就变为销轴约束。 图1 某走行装置 图1 中1-10是与车轮相连接的轴孔，车轮行驶于轨道上，约束位置在10对轴孔处，如果把整个轴孔都约束则约束刚度太大，结果会导致圆孔周围应力过大，因此应简化为约束轴孔中心点，将中心点与轴孔边缘通过刚性单元连接，简化为点约束。首先y方向（竖直向上）是应该约束的（此处假设车轮及轴为刚体），其次由于轨道与轮缘的相互作用，z方向（侧向）也应该是约束的，然后由于走行装置在向下的压力下会产生沿x方向（运行方向）的位移，因此x方向约束应放开，但是如果10对轴孔中心x方向的约束全放开则会导致约束不全无法计算，因此应在1轴孔或10轴孔中心处施加x方向的约束，这样实现全自由度约束。 2 转动轨道约束 图2是一个翻车机模型，该结构通过电机驱动，托辊支撑，2个端环在轨道上转动来实现翻卸功能。
图2 翻车机 由于翻车机托辊支撑端环，由电机驱动不断地翻转卸车，造成其约束位置方向不断变化，针对一个具体翻转角度，翻车机端环在与托辊接触处（线接触）应约束沿翻车机端环径向，另外，由于翻车机在荷载作用下会产生沿翻车机轴向的位移，所以两端环中要约束一个端环的轴向自由度。 3 对称面约束 图3是某钢水罐模型，该模型关于y-z面对称，下面介绍一下该结构的约束处理。 图3 钢水罐 首先在1处由于受到钢水罐起吊装置的限制，其竖直方向y及水方向z无法变形，应施加z 方向及y方向的约束，而x方向是没有约束的，此时因缺少约束无法计算，应注意到该结构(包
1静力学基本知识常见问题与典型练习
1 静力学基本知识 常见问题： 1.静力学研究的内容是什么？ 答：静力学是研究物体在力系作用下处于平衡的规律。 2. 什么叫平衡力系？ 答：在一般情况下，一个物体总是同时受到若干个力的作用。我们把作用于一物体上的两个或两个以上的力，称为力系。能使物体保持平衡的力系，称为平衡力系。 3.解释下列名词：平衡、力系的平衡条件、力系的简化或力系的合成、等效力系。 答：平衡：在一般工程问题中，物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动，称为平衡。例如，房屋、水坝、桥梁相对于地球是保持静止的；在直线轨道上作匀速运动的火车，沿直线匀速起吊的建筑构件，它们相对于地球作匀速直线运动，这些物体本身保持着平衡。其共同特点，就是运动状态没有变化。 力系的平衡条件：讨论物体在力系作用下处于平衡时，力系所应该满足的条件，称为力系的平衡条件，这是静力学讨论的主要问题。 力系的简化或力系的合成：在讨论力系的平衡条件中，往往需要把作用在物体上的复杂的力系，用一个与原力系作用效果相同的简单的力系来代替，使得讨论平衡条件时比较方便，这种对力系作效果相同的代换，就称为力系的简化，或称为力系的合成。 等效力系：对物体作用效果相同的力系，称为等效力系。 4. 力的定义是什么？在建筑力学中，力的作用方式一般有两种情况？ 答：力的定义：
力是物体之间的相互机械作用。这种作用的效果会使物体的运动状态发生变化(外效应)，或者使物体发生变形(内效应)。 既然力是物体与物体之间的相互作用，因此，力不可能脱离物体而单独存在，有受力体时必定有施力体。 在建筑力学中，力的作用方式一般有两种情况，一种是两物体相互接触时，它们之间相互产生的拉力或压力；一种是物体与地球之间相互产生的吸引力，对物体来说，这吸引力就是重力。 5. 力的三要素是什么？ 实践证明，力对物体的作用效果，取决于三个要素：(1)力的大小；(2)力的方向；(3)力的作用点。这三个要素通常称为力的三要素。 力的大小表明物体间相互作用的强烈程度。为了量度力的大小，我们必须规定力的单位，在国际单位制中，力的单位为N或kN。1 kN=1000 N 力的方向通常包含方位和指向两个涵义。如重力的方向是“铅垂向下”。 力的作用点指力对物体作用的位置。力的作用位置实际上有一定的范围，不过当作用范围与物体相比很小时，可近似地看作是一个点。作用于一点的力，称为集中力。 6.作用力和反作用力之间有什么关系？ 答：若甲物体对乙物体有一个作用力，则同时乙物体对甲物体必有一个反作用力，这两个力大小相等、方向相反、并且沿着同一直线而相互作用。 作用力和反作用力是分别作用在两个物体上的力，任何作用在同一个物体上的两个力都不是作用力与反作用力。 7. 力的表示法如何？ 答：力是一个有大小和方向的量，所以力是矢量。 通常可以用一段带箭头的线段来表示力的三要素。线段的长度(按选定的比
静力学分析等
静力分析其实是很简单的，略下一点功夫即可入门，当然要精通是有一些难度的，但是仅仅想要掌握一个软件，能够做一些静力分析，有几个月也应该够了。以下思路可以参考一下： 1 首先需要弄清楚要分析的是什么东西，汽车、火车、飞机、机床、建筑、土建... 或只是其中的某个零部件？ 2 受力状态或工况- 这方面需要请教你的导师或课题来源单位； 3 约束情况- 同上； 4 在弄清楚这些以后，需要对结构划分网格，创建有限元模型；为此，需要对有限元有一些了解，但不必精通。不过对ANSYS 软件却需要多了解一些，可以找一些ANSYS 基础方面的资料学习一下，包括ANSYS 基础、建模、划分网格、施加载荷和约束、求解和后处理等。 5 得到结果后，关键问题是如何判断结果是否合理，这方面也需要请教你的导师或有关单位了。 静力学分析：为什么要进行静力学分析，分析些什么问题，怎么分析（分析步骤）？？？ 本章将系统的介绍结构静力学分析的内容，包括线性静力学分析中各种类型的工程实例，如平面应力，应变问题，轴对称问题，以及梁，桁架，壳等模型的分析问题，通过这些实例进行具体的分析求解，让读者能够熟悉静力学中各种模型的分析思路和求解方法，并掌握ansys分析静力学分析的基本步骤， 静力学主要研究物体在力系作用下的平衡规律。静力学力有关于力的合成、分解与力系简化的研究成果，可以直接应用于动力学。因此静力学在工程技术中具有重要的使用意义。介绍静力学分析的定义，处理的载荷类型，静力学分析的类型及静力学分析的基本步骤。 静力分析是用来计算结构在固定不变载荷作用下的响应，如位移，应力，应变等，也就是探讨结构受到外力后变形，应力，应变的大小。与固定不变的载荷对应，结构静力分析中结构的响应也是固定不变的。静力分析中固定不变的载荷和响应是一种假设，即假定载荷和结构的响应随时间变化非常缓慢。处理载荷通常包括: 位移载荷，稳定的惯性力，外部施加的作用力，温度载荷，能流载荷。 平面应变问题分析：平面应变假设适用于纵向几何尺寸和载荷变化不大的狭长物体，（如柱状，大坝状的物体）； 轴对称问题的有限元分析：轴对称问题指的是受力体的几何形状，约束状态，受力情况，以及其他外在因素都对称于某一根轴，也就是说这根轴的任何一个平面都是该受力体的对称面。此外，轴对称受力体的所有位移，应力，应变，都是对称于这根轴的。 梁分析：梁结构的特点是，梁的横截面均匀一致，可承受轴向，切向，弯矩等载荷。根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。 桁架分析：特点在于有杆件仅仅承受轴向力，桁架的没跟杆件均只两端受力，所有载荷集中作用于节点上。（桁架结构主要包括：三角形结构桁架，多边形结构桁架，梯形桁架，空腹结构桁架） 壳分析： 筒壳（柱形薄壳）：是单向有曲率的薄壳，由壳身，侧边缘构建和横隔组成。横隔间的距离为壳体的跨度。 接触分析：分为两种基本类型，即刚体-柔体的接触和半柔体-柔体的接触。 在前一类中，接触面的一个或多个被当做刚体，即与其他接触的变形体相比有大
静力学基本概念和公理建筑力学习题
第一章静力学的基本概念和公理 一，填空题 1，力对物体的作用效果取决于力的，，，这三者称为力的三要素。力的外效应是指力使物体的发生改变，力的内效应是指力使物体的 发生改变。 力是物体间的相互作用，它可以使物体的_____________发生改变，或使物体产生___________。 2，物体的平衡是指物体相对于地球保持或状态。 3，在力的作用下和都保持不变的的物体称为刚体。 4，对物体的运动或运动趋势起限制作用的各种装置称为。 5，常见的铰链约束有和。 约束反力恒与约束所能限制的物体运动（趋势）方向。 6，刚体受到两个力作用而平衡，其充要条件是这两个力的大小， 作用线。 7，作用力和反作用力是两个物体间的相互作用力，它们一定，，分别作用在。 作用在刚体上的力可沿其作用线任意移动,而_______________力对刚体的作用效果.所以,在静力学中,力是________________的矢量. 9力对物体的作用效果一般分为__________效应和___________效应. 10对非自由体的运动所预加的限制条件为_____________;约束反力的方向总是与约束所能阻止的物体的运动趋势的方向_____________;约束反力由_____力引起,且随_______________力的改变而改变. 9柔性约束对物体只有沿_________的___________力。 10，铰链约束分为_________和_________。 11，光滑面约束力必过_________沿_________并指向______________的物体。 12，活动铰链的约束反力必通过___________并与___________相垂直。 表示一个力对物体转动效果的度量称为_________，其数学表达式为_________。 14、力偶是指______________________________________________________。 15，力偶对物体的转动效应取决于_______________、________________、 _______________三要素。 力偶对其作用平面内任何一点这矩恒等于它的_________，而与_________位置选择无关。20、平面内两个力偶等效的条件是这两个力偶的__________________；平面力偶平衡的充要条件是___________________。 二，判断题：（判断正误并在括号内填√或×） 1，力的三要素中只要有一个要素不改变，则力对物体的作用效果就不变。（） 2，刚体是客观存在的，无论施加多大的力，它的形状和大小始终保持不变。（） 3，如物体相对于地面保持静止或匀速运动状态,则物体处于平衡。( ) 4，作用在同一物体上的两个力,使物体处于平衡的必要和充分条件是: 这两个力大小相等、方向相反、沿同一条直线。( ) 5，静力学公理中,二力平衡公理和加减平衡力系公理适用于刚体。( ) 6，静力学公理中,作用力与反作用力公理和力的平行四边形公理适用于任何物体。( ) 静置在桌面上的粉笔盒，重量为G。桌面对粉笔盒的支持力N=G，说明G和N是一对作用力与反作用力。