毕业设计--27m³矿用挖掘机斗杆结构有限元分析

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1、 本科生毕业设计（论文） 中文中文题目：题目：27m27m 矿用挖掘机斗杆结矿用挖掘机斗杆结构有限元分析构有限元分析 英文题目：英文题目：The Finite Element Analysis of the Dipper Handle of the 27 m3 Mining Shovel 摘要 摘摘 要要 挖掘机结构非常复杂，往往是多发动机同时驱动，其工作环境恶劣，外载 荷随机性变化，因此在设计大型矿用挖掘机时，为了使其能够作业安全，工作 顺畅，除必要的理论分析和静强度计算外，还必须要进行动力学分析和有限元 分析，以保证在设计之初机械的动强度及可靠性。 介绍了国内外挖掘机的发展状况，以及本课题

2、研究的意义及内容。本文是 对挖掘机进行静力学及有限元分析，适应我国矿用挖掘机发展的需要，充分利 用前人的研究成果和已有的实验数据， 在P材料包括弹 性、塑性、粘弹性、热塑性以及复合材料、聚合材料等新型材料。除了固体和 流体力学问题外，有限元法还应用于金属和塑料成型、电磁场分析、无损探伤、 优化设计等许多专门领域。 有限元方法又称有限元素法（The Finite Element Method,简写为 FEM） ， 是求解边值或初值问题，建立在特定场函数离散化基础上的一种数值方法，是 20 世纪中期兴起的应用数学、力学及计算机科学相互渗透、综合利用的交叉学 科。 有限元方法的实质是用有限个单元体的

3、组合代替连续体，化无限自由度问 题为有限自由度问题；是用有限子域的组合代替一个连续域，化连续场函数的 微分方程求解问题为有限个参数的代数方程组求解问题。对于大多数形状和边 界条件复杂的工程问题，要想获得问题的解析解答是不可能的，只能寻求各种 近似的数值方法，而有限元方法是一种行之有效的数值分析方法。 4.2 有限元方法的历史有限元方法的历史 有限元法始于本世纪四十年代初期，当时数学家 R.Courant 用三角形单元 计算棱杆的扭转问题，M.J. Turner 将这一方法运用到工程设计中并加以推广， 在五十年代中期，他们用平面分析法求解了复杂的飞机结构问题。他们得到的 有限元分析方程属于以节点

4、位移为未知量的矩阵位移方法。M.J.Turner 的顾问 R.Courant 把这种新的工程计算方法拓广到土木工程上，并在一篇题为“平面分 析的有限单元法”论文中首先使用“有限元法” （Finite Element Method）这个 名称。初期的有限元都是以单一的位移场作为未知量，它在单元间边界上满足 协调条件，故称之为位移元或协调元。位移元有列式简单、计算量小、易于在 计算机上实施的优点。当然也有其缺陷，对于平板弯曲问题与薄壳问题，在引 用变分法时，位移元要求挠度及其导数都连续，这样很难建立单元内插值形函 第 4 章 斗杆的有限元仿真分析 18 函数。另外，位移元对于奇异性问题效率较低，对不可压缩材料存在“自锁” 现象。 六十年代中期， 美国麻省理工学院卞学磺教授提出了一种新的有限元模型。 最初，这种模型基于最小余能列式，在单元内部假设应力，同时独立的在单元 边界上假设位移。 由于不需要单元内部位移， 所以前面提到的问题都不存在了。 1976 年，卞学磺教授将这一模型取名为“杂交应力模型” 。1968 年，卞学磺和 董平提出在单元邻界上为了保持单元间面力平衡，约束条