一、实验目的：综合训练和培养学生利用有限元技术进行机械系统分析和设计的能力，独立解决本专业方向实际问题的能力；进一步提高学生创新设计、动手操作能力，为将来所从事的机械设计打下坚实的基础。
二、实验环境1.硬件：联想计算机1台2.软件：CAE软件ANSYS三、实验内容任务：主要训练学生对机械结构问题分析规划的能力，能正确利用有限元分析软件ANSYS建立结构的有限元模型，合理定义单元、分析系统约束环境，正确加载求解，能够提取系统分析结果。
通过实验分析使学生了解和掌握有限元技术辅助机械系统设计和分析的特点，推动学生进行创新设计。
本组数据：要求：本实验要求学生以高度的责任感，严肃认真、一丝不苟的态度进行设计，充分发挥主观能动性，树立正确的设计思想和良好的工作作风，严禁抄袭和投机取巧。
同时，按以下要求进行设计：1、按照国家标淮和设计规范进行设计：塔式起重机设计规范GB/T 13752-92；起重机设计规范GB/T3811-2008；钢结构设计规范GB 50017-2003；塔式起重机安全规程GB 5144-2006。
2、进行塔式起重机起重臂的设计，额定起重力矩为630 kN⋅m、800 kN⋅m、1000 kN⋅m、1250kN m分别进行最大幅度为40m、45m、50m、55m、60m的起重臂的设计、计算。
（800kN.m 30m）3、综合运用学过的力学知识和有限元理论，设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造起重臂的有限元模型，选择合适的单元，施加合适的载荷和边界条件，对结构进行静力分析，提取结果，进行强度和刚度校核，撰写实验报告并总结。
四、实验步骤：（一）问题分析设计起重臂的结构及主肢和腹杆的参数，构造起重臂的有限元模型，选择合适的单元，施加合适的载荷和边界条件，对结构进行静力分析，提取结果，进行强度和刚度校核模型简化起重臂根部通过销轴与塔机回转节相连，在臂架起升平面可视为铰接(二)实验过程：1、准备工作双击ansys图标，打开软件进入工作环境，选择存储路径Utility Menu-File-Change Directery-桌面；Utility Menu-File-change Jobname点击使复选框处于yes状态-OK设置优选项Menu –preferences选择Structrure复选框OK。
2、单元分析（说明单元选择依据）、材料分析根据塔式起重机选择Q345钢，弹性模量为2e11，泊松比0.3，密度7800kg/m³，臂架BEAM188，拉杆LINK10.下弦杆方钢140*140*16，上弦圆钢R=50mm，缀条R=35mm.拉杆LINK10选择截面3846e-6。
根据起重臂的总长30m,分为10m一个单元。
（1）拾取菜单Main Menu –Preprocessor--Element Type --Add/Edit/Delete。
弹出所示的对话框，单击“Add”按钮；弹出对话框，，选择beam188，apply选择则LINK10 （2）拾取菜单 Main Menu—Preprocessor--Material Props--Material Models。
弹出的对话框，在右侧列表中依次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”,弹出对话框，在“EX”和“PRXY”文本框中输入弹性模量2e11和泊松比0.3，单击“OK”按钮，选择density添加密度7800kg/m³，单击“Close”按钮3、建模（1）创建关键点拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Create-Keypoints-In Active CS，依次创建如下关键点1（0,0,0,），2（2.5,0,0），3（5,0,0），4（7.5,0,0），5（10,0,0），6（10,0,2），7（7.5,0,2），8（5,0,2），9（2.5,0,2），10（0,0,2），11（1.25,2,1），12（3.75,2,1），13(6.25,2,1),14(8.75,2,1), 15(10,2,1), 16（0,2,1），点击OK.(2) 创建直线Main Menu-Preprocessor-Create-line-straight line依次连接每两点,点击OK，效果如下图：（3）复制拾取菜单Main Menu-Preprocessor-copy-lines，选择pick all 在弹出的对话框中个数输2，距离10，点击OK复制完成后效果如下（4）创建拉杆拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Create-Keypoints-In Active CS，创建点1000（-1,8,1），点击OK; Main Menu-Preprocessor-Create -line-straight line连接点1000和点33,点击OK(5)合并点拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Numbering ctrls-merge items, 在弹出的对话框选择ＡＬＬ，点击OK。
拾取compress numbers, 在弹出的对话框选择ＡＬＬ，点击OK。
(6) 定义界面与属性拾取菜单Main Menu-Preprocessor-sections-beam-common sections。
依次定义1实心圆钢R=0.05，确认apply；2回型钢W1=0.14，W2=0.14，t1=t2=t3=t4=0.016，确认apply；3实心圆钢R=0.035，确认apply。
（7）定义实常数Menu-Preprocessor-Real Constants-Add/Eddit/Delete-Add,点击link10，OK，AREA=0.03846，OK-CLOSE。
（8）设置单元数Main Menu-Preprocessor-meshing-Size Cntrls-Manualsize-Lines-All lines，设置单元数为1，如下，OK（9）划分网格菜单Main Menu-Preprocessor-meshing-mesh tool，将Element attribute改为line点击set，依次选中上弦杆，点击OK，在弹出的对话框中选择如下，点击OK；再次点击set，依次选中下弦杆，点击OK，在弹出的对话框中选择BEAM188，SECT2，点击OK；依照上述方法，点击set，依次选中斜腹杆和水平腹杆，点击OK，在弹出的对话框中选择BEAM188，SECT2，点击OK。
Set选择拉杆-OK，在弹出的对话框中选择LINK10，SECT1，点击OK。
Menu-Preprocessor-mesh-meshtool在弹出的对话框中选择lines点击Mesh-pick all完成划分网格。
（10）另存模型Utility Menu-File-Save as-输入1.db，点击OK。
4、加载求解（1）施加约束拾取菜单Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-Displacement-On Node。
选择起重臂两个端点限制5个，不限制Z轴转动，OK拾取菜单Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-Displacement-On Node。
选择拉杆上端点，ok（2）施加风载和重力加速度选择Main Menu- Solution- Define Loads-Apply Structural-inertia-gravity-Global 在弹出的对话框中填写如下，OK（3）施加小车与重物集中力。
选择Main Menu- Solution- Define Loads-ApplyStructural-force/moment-on nodes .选择塔臂末端两个点，力为Y轴负方向33800N，OK5、后处理（1）拾取菜单Main Menu-Solution-Solve -Current LS。
单击“Solve Current Load Step”对话框的“OK”按钮。
出现“Solution is done”提示时，求解结束，即可查看结果（2）查看结果，显示变形拾取菜单Main Menu-General Postproc-Plot Results-Deformed Shape。
弹出的对话框，选中“Def+un-def edge”(变形+未变形的模型边界)，单击“OK”按钮。
（3）显示变形动画Utility menu-Plotctrls-Animate-Deformed shape选择Def+Undef edge确定，在存储路径形成动画文件。
（4）创建单元数据表依次定义轴力SMISC1、SMISC14 Main Menu-General Postproc-Element table-define table.单击Add，在弹出的对话框“item，Comp result data item”选择“By sequence num”-“SMISC1”，在“User label for item”输入“AX1”单击Apply；选择“By sequence num”-“SMISC14”，在“User label for item”输入“AX14”点击Apply。
依照上述方法依次定义弯矩SMIS2、SMISC15、SMISC3、SMISC16，在“User label for item”相应输入“BMY2”“BMY15”“BMY3”“BMY16”；依次定义剪力SMIS5、SMISC18、SMISC6、SMISC19，在“User label for item”相应输入“SFXZ5”“SFXZ18”“SFXZ6”“SFXZ19”点击OK（5）绘制各节点受力图a）拾取菜单Main Menu-General Postproc-Plot Results-Contour-line elem res在labi elem table item at node I中选择AX1 ，在labi elem table item at node J中选择AX14,点击OK，显示轴力图如下b）拾取菜单Main Menu-General Postproc-Plot Results-Contour-line elem res在labi elem table item at node I中选择SFXZ5 ，在labi elem table item at node J中选择SFXZ18,点击OK，显示剪力图1node J中选择SFXZ19,点击OK，显示剪力图2c）拾取菜单Main Menu-General Postproc-Plot Results-Contour-line elem res在labi elem table itemat node I中选择BMY2 ，在labi elem table item at node J中选择BMY15,点击OK，显示弯矩图1重复上述步骤，在labi elem table item at node I中选择BMY3 ，在labi elem table item at node J中选择BMY16,点击OK，显示弯矩图2（6）单元数据列表显示Main menu-General Postproc-Element table-list element table，选择AX1，AX14，单击OK，将结果保存为数据文件，命名为“AF轴力比较.lis”。