結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽計算書

1、word格式文檔高蹺結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書作品名稱參賽人員參賽學(xué)校專業(yè)班級專業(yè)整理word格式文檔指導(dǎo)教師.設(shè)計說明31 .方案構(gòu)思32 .結(jié)構(gòu)選型33 .結(jié)構(gòu)特色52 .方案設(shè)計61 .設(shè)計基本假定62 .材料性能分析63 .材料截面選擇74 .模型結(jié)構(gòu)圖85 .節(jié)點詳圖96 .主要構(gòu)件材料表及結(jié)構(gòu)預(yù)計重量113 .計算機分析模擬131 .有限元模型的建立132 .結(jié)構(gòu)靜力的分析133 .變形圖144 .自由度分析155 .應(yīng)力分析174 .結(jié)構(gòu)設(shè)計總結(jié)18專業(yè)整理word格式文檔1 .總結(jié)182 .參考181 .方案構(gòu)思專業(yè)整理模型主要承受選手 800N的豎直靜荷載和在動載過程中的沖擊荷載豎向靜荷

2、載較容易滿足，而豎向沖擊荷載對結(jié)構(gòu)的剛度要求高，同時要求結(jié)構(gòu)能夠承受一定的抗剪和抗扭能力。通過合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)，從而保證結(jié)構(gòu)在行走過程中有足夠的強度，剛度，穩(wěn)定性。設(shè)計原則：考慮到模型的主要承載在豎直位置，所以盡可能的利用豎向支撐的4根立桿來提高模型的承載力，在立桿旁加細(xì)桿起到輔助支撐的作用，同時也可以保證模型在行走轉(zhuǎn)彎過程中的抗扭，抗彎性能。2 .結(jié)構(gòu)選型由于三角形具有較強的穩(wěn)定性，而且在平面上容易找平，我們選 擇三角形為主體結(jié)構(gòu)框架，我們以空間剛架為主導(dǎo)。圖1右展示了高蹺結(jié)構(gòu)中間位置的設(shè)計圖。結(jié)構(gòu)的左右兩部分為對稱結(jié)構(gòu)。如圖1右所示，3桿為T截面桿，既能滿足結(jié)構(gòu)的受力要求還能減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

3、1桿為截面為12X6的矩形截面桿，考慮到在動載的過程中1桿所受的彎矩較大，所以采用b=6h=12的方式以提高I值。3,4桿分別為立柱和底座。平面剛架架之間通過橫向系斜桿連接以防止面外失穩(wěn)，增強了結(jié)構(gòu)的整體性。本次比賽規(guī)定的尺寸為：高度 265mm、上平面長400mm 寬150mm、下平面長不超過 200mm 寬不超過150mm o我們設(shè)計的結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件尺寸如圖4所示。3 .結(jié)構(gòu)特色這個名為漫步云端的結(jié)構(gòu)是在我們制作結(jié)構(gòu)對結(jié) 構(gòu)進(jìn)行試驗的多次循環(huán)反復(fù)而后的由來的結(jié)構(gòu)，它凝聚了 所有的試驗所得的經(jīng)驗。它的優(yōu)點(1)從結(jié)構(gòu)外形來看，我們采用梯形做主體形狀，受力均勻。載方便，上寬下窄，形狀漸隨著高度

4、逐漸變化。(2)針對結(jié)構(gòu)的受力特點和位移情況，選擇四邊形子并且在柱內(nèi)增加了 T字形柱，成為我們結(jié)構(gòu)一大特色。(3)主梁與底座之間相連時，節(jié)點通過端點延伸木條結(jié)， 用膠水加固，這大大提高了斜梁的穩(wěn)定性和強度。(4)主要受力柱子采用簡單的立柱經(jīng)濟(jì)實用。 受力均勻，加載 方便，質(zhì)量輕巧，有效利用空間。二.方案設(shè)計1.設(shè)計基本假定(1)木條材質(zhì)連續(xù)均勻。(2)各個節(jié)點按剛節(jié)點計算，支座為固定支座。加載時豎 直靜荷載為均布荷載作用在整個層面上，后以此傳遞。(3)桿件計算時采用鋼結(jié)構(gòu)計算模式。2.材料性能分析木材本次競賽中使用的桐木材料，有三種規(guī)格：4X6mm、2X6mm、1 x 55mm、2 x 4mm

5、 。木材有順紋與橫紋之分，順 紋力學(xué)性能較好，抗拉強度達(dá)30MPa ,順紋彈性 4 .1.0父10 MPa。橫紋力學(xué)性能則較差。在設(shè)計與制作過程中, 我組充分利用竹材順紋的拉壓性能，盡量減小對木纖維的破 壞。與其它材料相比，木材的延性較好，設(shè)計時做了充分的膠水根據(jù)賽題規(guī)定，502膠水用作主體結(jié)構(gòu)的粘結(jié)，涂膠的質(zhì)量直 接影響整個結(jié)構(gòu)的性能，涂膠時應(yīng)做到適量、均勻。502膠水的 腐蝕性較強，使用時要非常小心，且其揮發(fā)較快，涂膠之后 應(yīng)馬上粘貼，否則粘結(jié)強度將會受到嚴(yán)重影響。熱溶膠熱熔膠用于鞋與踏板，踏板與模型的固定，根據(jù)比賽規(guī)定， 如果在加載過程中有脫落視為加載失敗。故研究熱熔膠粘結(jié) 意義重大。在

6、試驗中發(fā)現(xiàn)，熱溶膠在模型與踏板中粘結(jié)性比 鞋與踏板中強。所以加強鞋與踏板的連接就非常重要。3 .材料截面選擇主要受力柱采用立柱的形式，由 4跟4X6mm的木條粘結(jié)而 成。形成外側(cè)8 x 12mm 的矩形，保證抗壓的同時減輕了材 料的質(zhì)量。T形柱穩(wěn)定性好，我們用 T型柱搭由上部的空間角錐體，使 結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。T形柱由6 x 8mm腹板和4 x 6mm翼緣組成。 外圍4根斜柱由3根4 x 6mm 木條粘結(jié)而成。形成 6 x 12mm 的矩形，即保證了抗壓又保證了抗彎性能。結(jié)構(gòu)內(nèi)部用斜柱 由2根4 x 6mm 木條粘結(jié)而成，與結(jié)構(gòu)內(nèi)部立柱相連，增加 結(jié)構(gòu)在行走轉(zhuǎn)彎過程中的抗扭矩性能。在結(jié)構(gòu)外形的選擇

7、方面，考慮到此高蹺結(jié)構(gòu)需承受較大的豎向荷載，結(jié)構(gòu)底座的受力最大也最為復(fù)雜。因此底座采用截面為8X12的桿件制作，中間十字架由兩根粘結(jié)好的 6X8mm桿卯樺相連，有效的加強底座連接強度。了結(jié)構(gòu)圖1展示了底座結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖。4 .模型結(jié)構(gòu)圖（如圖二）圖二5 .節(jié)點詳圖高蹺主結(jié)構(gòu)通過502膠水將桿件之間進(jìn)行連接。這里列由了 五種支座連接節(jié)點的構(gòu)造形式，包括四根桿件相連接的復(fù)雜 節(jié)點、底座外框連接節(jié)點、立柱與底座連接節(jié)點、底座十字 架加固連接點、斜撐桿與外框連接點。各自在結(jié)構(gòu)中的部位 及其構(gòu)造實體圖如圖三所示。節(jié)點2節(jié)點36x260m28mmm8x長150mm短134mm412mm8X134m212mm

8、m8X248m112mmm表結(jié)構(gòu)預(yù)計重量：單個95g三.計算機分析模擬3.1 有限元模型的建立在進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時按空間剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。由于本高蹺結(jié)構(gòu)材質(zhì)為木材，節(jié)點處連接主要靠膠水進(jìn)行粘連，連接牢固，按照剛接計 算較為合理。所以本高蹺結(jié)構(gòu)在進(jìn)行內(nèi)力分析時，主結(jié)構(gòu)設(shè)為桿單元 計算。由于涉及桿件很多，且超靜定的特性，通過手工計算難以獲得 其準(zhǔn)確的計算結(jié)果。為此，我們根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)形式、桿件截面以及 材料屬性等設(shè)計參數(shù)，在大型通用有限元分析程序 ANSYS中建立結(jié) 構(gòu)的分析模型。3.2 結(jié)構(gòu)靜力分析由于我隊的靜載和動載選手體重為 80Kg ,因此在設(shè)計時單個高 蹺結(jié)構(gòu)的承載力為800N。具體的各

9、點受力情況為：在上圖的有限元模型中在矩形中間點的受力為100N。200N ,其他邊上各點的受力都為3.3.1變形圖ANSYS 口 9必 1File; gaoqibqNW 21 Z91322:03:21LOAD STEF- 1 SUBSTEP- 1TIME* 1.0009 LOAD CASE*&NODAL RESULTS ARE FOR MATERIAL 1THE FOLLOUENIGUALUES： ARE IN GLOBAL COORDINATESNODE SXSVSXVS¥ZSXZ1 -0.50075E*0G 019012E*07 0.30246E*06H0,83e89Et

10、06 0,67974E*BG 0.46662E»0644290-0,94132E*06-0.28658E*06 B.6&G11E*06 0.?1311E*0G -55444.3-27259.-0,10582E*07 7330J0B.23782E*0G 0.29726E+et-a-236fc7E*06185994.3-0.56297E*06 -70520.34813,-a.fc2703E+a6-0-19321E*07-0-t4eS9E+06-0.13208E+0G-0.1W49WE+W7 21375-0.49910E+Ht0.29340E>0G0.35107E+0G-99

11、423.a.H93SE*060.45199E+064 -0,E0i645E+06-0.12150£+07-0.fc3702E+Wfc-M.6246iE+iafcM_3727SE+065 -6Z752 -0,85967E+06-W, 53085E+m-0,13551E+06 86625 -7486 . 30-27322E+06-0,16599E+07-0,34457E+06-0.62941E+06 B,7B411E+06 -8420.00.66734E*B6-0.14377E +06-0,17144E*07 0.14736E*07 8,55769E*06-13,104fi0E +106

12、-0.52438E +OB-0.254|ME+raE 團(tuán).37394E+H6 H.55801E+HG-R_ 1W3M5E+IM12 -0.132V8E+06-0.87428E*0650134,0.3&436E+B6 0.23382E+06-0.20128E*0613 -61397-0.77601E+06-0-29597E+06-0.48430E+06 0,50891E+06 B.14705E*063.3.2.1自由度分析ANSYShodal so Lin raw5TEP»1 STJB T TIKEwl SX R5Y5=OWOV 21 201322:03:43-L&E+

13、fl7 _114E+07,216E+d7QM23L =-244E+O7-244E+07-Hi2E+07-3 96730-P193E+Q7-307SO9XX437DLOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.混DD輕 LOAD CASE=輕NODAL RESULTS ARE FOR MATERIAL 1NODESISINTSEQU0.19648E+a6-W.l?152E+*36-a.2?294E+9?H.29258E+9?軾.276穆SE+D73 9.331H2E-W6 -46222-0.17711E7-B.13630E+07W.241限2E+D7H.16949E+9?B.21

14、871E+07H.156W2E+9?452613.-0.1821WE<«S- B.2229SE+CTD.22816E+腦7 地.21745E+D75 -1882.4-W.33389E6-M.lll?5E+«?制.11156E+D7 W.lW4?2E+«?B.55268E<W6- B.13332E+6-.215B7E7阻.27D33E+腦7 河.24579E+旗77 9.1?33?E-H7 -35B69-0.2B831E+079.381&8E+97 W.33419E+«78 D.12139E+幽-5579-0.6938ME<S同.

15、81519E+網(wǎng)6 D.75963E+迫6-W.455?2E+W6-W.66889E+*36-W.2B834E+H?H.16277E+9?H.15367E+9?1 的 id.588S9ES -42K99阻.21437E+D?阻.19464E+D?11 9.36185E-W6 27191-W.12721E+H?H.16339E+9?H.15123E+9?12 D.31932E+幽 T253.413 9.33511E-W6 -48542-W.14199E+H?14 -347W1.-0.21W86E<«6- B.19879E+OT15 y.5«493E+aa 36129.-

16、0.98843E+06H.15945E+的7H.14788E+的79.17551E+H?0.16175E+B7M.19532E7 G.1872DE+D7«.14934E+a7 輯.13567E+D73.3.2.2自由度分析PRINT U NOtL SOLUTIOiNl PER HOLEn* rOSIl NODAL BEGREIE OF FIREMOfl LISI I NGLMD STEP- 1猿TEP» 1TltlE- l.BQQSLOAlD CASE-eTHE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM flKULTS RRE 1H THE GLOEAiL C

17、OORDINftTE SKSrEMNODE UK 1L 0.425<7E 82 3 B,435.77E-ia2 芋 0,44fe?ZK-8S 中 H.43i&&2E-fl2 5 0.582S?E-0r3 & 3.102S3E-8S 7 0.43 43BE-® R ft,4£214R-fk2 ， e.OBQQ3.3.3應(yīng)力分析ANSYS505 - 391&7E+O7.394E+07.S&1E+07.7070079B47&7.29SE+07.I92E+Q7.C89E+07-SSSE+fl7NOEAL SOLUTIQK5MJT

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