ANSYS軸承座靜力學(xué)分析

1、 JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）軸承座的實(shí)體建模及靜力學(xué)仿真分析學(xué)院名稱(chēng)： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 車(chē)輛工程 班 級(jí)： 10車(chē)輛1W 學(xué) 號(hào)： 10326103 姓 名： xxx 指導(dǎo)教師姓名： xxx 指導(dǎo)教師職稱(chēng)： 講師 二一三 年 六 月目 錄序 言2第1章 課題分析與方案論證31.1課題任務(wù)分析2第2章 分析過(guò)程52.1 實(shí)體建模42.2 單元類(lèi)型選擇及網(wǎng)格劃分72. 3 加載及約束及后處理.9總 結(jié) 12致 謝14江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）序言1970年，Doctor John Swanson博士洞察到計(jì)算機(jī)模擬工程應(yīng)該

2、商品化，于是創(chuàng)立了ANSYS公司，總部位于美國(guó)賓夕法尼亞州的匹茲堡。30年來(lái)，ANSYS公司致力于設(shè)計(jì)分析軟件的開(kāi)發(fā)，不斷吸取新的計(jì)算方法和技術(shù)，領(lǐng)導(dǎo)著世界有限元技術(shù)的發(fā)展，并為全球工業(yè)廣泛接受，其50000多用戶(hù)遍及世界。 ANSYS軟件的第一個(gè)版本僅提供了熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析功能，像當(dāng)時(shí)的大多數(shù)程序一樣，它只是一個(gè)批處理程序，且只能在大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。 20世紀(jì)70年代初。ANSYS軟件中融入了新的技術(shù)以及用戶(hù)的要求，從而使程序發(fā)生了很大的變化，非線性、子結(jié)構(gòu)以及更多的單元類(lèi)型被加入到子程序。70年代末交互方式的加入是該軟件最為顯著的變化，它大大的簡(jiǎn)化了模型生成和結(jié)果評(píng)價(jià)。在進(jìn)行分析之前，

3、可用交互式圖形來(lái)驗(yàn)證模型的幾何形狀、材料及邊界條件；在分析完成以后，計(jì)算結(jié)果的圖形顯示，立即可用于分析檢驗(yàn)。今天軟件的功能更加強(qiáng)大，使用更加便利。ANSYS提供的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)法，使用戶(hù)減少了昂貴費(fèi)時(shí)的物理樣機(jī)，在一個(gè)連續(xù)的、相互協(xié)作的工程設(shè)計(jì)中，分析用于整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程。ANSYS分析模擬工具易于使用、支持多種工作平臺(tái)、并在異種異構(gòu)平臺(tái)上數(shù)據(jù)百分百兼容、提供了多種耦合的分析功能。ANSYS公司對(duì)軟件的質(zhì)量非常重視，新版的必須通過(guò)7000道標(biāo)準(zhǔn)考題。業(yè)界典范的質(zhì)保體系，自動(dòng)化規(guī)范化的質(zhì)量測(cè)試使ANSYS公司于1995年5月在設(shè)計(jì)分析軟件中第一個(gè)通過(guò)了ISO9001的質(zhì)量體系認(rèn)證。ANSYS公司

4、于1996年2月在北京開(kāi)設(shè)了第一個(gè)駐華辦事機(jī)構(gòu)，短短幾年的時(shí)間里發(fā)展到北京、上海、成都等多個(gè)辦事處。ANSYS軟件與中國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)合作，在1996年開(kāi)發(fā)了符合中國(guó)JB4732-95國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的中國(guó)壓力容器版。作為ANSYS集團(tuán)用戶(hù)的鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛總公司，在其機(jī)車(chē)提速的研制中，ANSYS軟件已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮作用。第1章 課題分析1.1課題任務(wù)分析 圖1為某軸承座的實(shí)體結(jié)構(gòu)，圖中尺寸單位為m，軸承座的受力及約束情況如圖2所示，要求用ANSYS軟件完成該軸承座的實(shí)體建模及靜力學(xué)仿真分析，并撰寫(xiě)分析報(bào)告。已知材料屬性為彈性模量為3´107Pa，泊松比為0.3。圖1 軸承座實(shí)體結(jié)構(gòu)圖2中

5、沉孔徑向內(nèi)柱面承受外推壓力為Pa和軸承孔柱面下部分承受向下壓力Ps，為它他們的大小分別式(1)和式(2)計(jì)算。3.軸承座底部受約束（UY=0），底座四個(gè)安裝孔對(duì)稱(chēng)位移約束。 (1) (2) 第2章 分析過(guò)程本實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要用到的的軟件是ANSYS，通過(guò)建模，網(wǎng)格劃分，加載和約束等步驟，對(duì)軸承座坐靜力學(xué)仿真2.1 實(shí)體建模1. 定義工作文件名和工作標(biāo)題1) 定義工作文件名：執(zhí)行Utility Menu>File>Change Jobname命令，在彈出的【Change Jobname】 對(duì)話框中輸入“plate”。選擇【New log and error file】 復(fù)選框，單擊OK按

6、鈕。2) 定義工作標(biāo)題：執(zhí)行 Utility Menu>File>Change Title命令，在彈出的【Change Title】對(duì)話框中輸入“軸承座靜力學(xué)仿真”，單擊OK按鈕。3) 關(guān)閉三角坐標(biāo)符號(hào)：執(zhí)行Utility Menu>preprocess>Window Control>Window Options命令，彈出【W(wǎng)indow Options】對(duì)話框。在【Location of triad】在下拉框中選擇“Not shown”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。2. 創(chuàng)建幾何模型1) 生成兩個(gè)長(zhǎng)方體：Main Menu>preprocess>modeling

7、>Create>volumes>block>By Dimensions命令，彈出【Create Block by dimensions】對(duì)話框。如圖2-1所示輸入數(shù)據(jù)，另一個(gè)長(zhǎng)方體數(shù)據(jù)為-1.5，1.5，0，0.75,0.1.75單擊OK按鈕，在圖形窗口中顯示兩個(gè)長(zhǎng)方體。圖2-12） 生成一個(gè)圓柱體：執(zhí)行Main Menu>preprocess>modeling>Create>volumes>Solid cylinder命令，彈出【Solid cylinder】對(duì)話框。如圖2-2所示輸入數(shù)據(jù)，單擊OK按鈕，在圖形窗口中顯示一個(gè)圓柱體。生成的

8、長(zhǎng)方體和圓柱體如圖2-3所示。圖2-2圖 2-33） 執(zhí)行體相加操作：Main Menu>preprocess>modeling>Operate>Booleans>Add>Volumes 命令，彈出對(duì)話框。點(diǎn)擊pick all按鈕。4） 重復(fù)步驟2）生成圓柱體2，并進(jìn)行體相減操作：Main Menu>preprocess>modeling>>Operate>Booleans>Subtract>Volumes，彈出對(duì)話框，拾取原幾何體點(diǎn)擊apply按鈕，然后拾取圓柱體2，點(diǎn)擊OK按鈕，體相減操作后的結(jié)果如圖2-4所示。

9、5） 平移坐標(biāo)系，執(zhí)行操作Workplane>Offset WP by increments,彈出【Offset WP 】對(duì)話框，在第一欄里面輸入0，0，0.5625，單擊OK按鈕。重復(fù)步驟2），生成圓柱體3，并進(jìn)行體相減操作。6） 平移坐標(biāo)系，執(zhí)行操作Workplane>Offset WP by increments,彈出【Offset WP 】對(duì)話框，在第一欄里面輸入-3，-1.75，-0.5625，單擊OK按鈕。重復(fù)步驟2），生成圓柱,4、5、6、7、并進(jìn)行體相減操作。體相減操作后的結(jié)果如圖2-5所示。圖2-47） 軸承座肋板制作，執(zhí)行Main Menu>preproc

10、ess>modeling>Create>Keypoints>KP between KPs,制作點(diǎn)41，42。執(zhí)行plotctrls>numbering,生成面，選中KP Keypoint numbers。執(zhí)行Main Menu>preprocess>modeling>Create>Areas>Arbitrary>through KPs，選中41、16、9三個(gè)點(diǎn)，生成面1。選中42、15、11，生成面2。由面生成體，執(zhí)行Main Menu>preprocess>modeling>Operate>Extrud

11、e>Areas>Along Normal。彈出對(duì)話框【Extrude Areas by norm】，選中面1，單擊OK，彈出如圖2-6所示對(duì)話框，輸入數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊OK。重復(fù)操作，選中面2，單擊OK，生成肋板如圖2-7所示。圖2-62.2 單元類(lèi)型選擇及網(wǎng)格劃分1. 定義單元類(lèi)型：執(zhí)行main menu>preprocessor>element type>ADD/Edit/Delete命令，彈出【element type】對(duì)話框。單擊Add按鈕，彈出如圖2-8所示的【library of element type】對(duì)話框。選擇“structural solid”和“1

12、0node 92”選項(xiàng)，單擊OK按鈕，然后單擊Close按鈕。圖2-82. 設(shè)置材料屬性：執(zhí)行main menu>preprocessor>material props>material models命令，彈出【define material models behavior】窗口。雙擊【material models available】列表中的“structural/linear/elastic/isotropic”選項(xiàng)，彈出【linear isotropic material properties for material number 1】。在【EX】和【PRXY】文本

13、框中分別輸入“3e7”及“0.3”。單擊OK按鈕，然后執(zhí)行material>Exit命令，完成材料屬性設(shè)置。3. 保存數(shù)據(jù)：?jiǎn)螕鬉NSYS Toolbar中的SAVE_DB按鈕。4. 設(shè)置網(wǎng)格的尺寸大小：執(zhí)行main menu>preprocessor>meshing>size cntrls>manualsize>global>size命令，彈出如圖2-9所示的【global element sizes】對(duì)話框。輸入數(shù)據(jù)。圖2-95. 采用自由網(wǎng)格劃分單元：執(zhí)行main menu>preprocessor>meshing>mesh&g

14、t;volumes>free命令，彈出對(duì)話框。單擊pick all按鈕，生成的網(wǎng)格如圖2-10所示。保存結(jié)果：?jiǎn)螕鬝AVE_DB。圖2-102.3 加載及約束及后處理1. 施加約束條件：執(zhí)行main menu>solution>define loads>apply>structrual>displacement>on areas命令，彈出一個(gè)拾取框，拾取軸承座下底面，單擊OK按鈕，彈出如圖2-11所示的【apply U，rot on Areas】對(duì)話框。選擇“UZ”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。圖2-112. 重復(fù)步驟1，給軸承座底部四個(gè)圓柱孔施加對(duì)稱(chēng)約束，執(zhí)行

15、main menu>solution>define loads>apply>structrual>displacement>symmetry B.C命令，彈出對(duì)話框，拾取四個(gè)圓孔，單擊OK。3. 施加載荷：執(zhí)行main menu>solution>define loads>apply>structrual>pressure>on areas,彈出對(duì)話框。拾取沉孔徑向內(nèi)柱面，單擊OK，彈出如圖2-12所示的【apply pres on areas】對(duì)話框，在【load pres on value】文本框中輸入“1003”單擊

16、OK按鈕。圖2-124. 重復(fù)步驟3，在軸承孔柱面下部分施加5013pa的力。5. 求解，執(zhí)行main menu>solution>solve>current LS命令，彈出一個(gè)對(duì)話框。瀏覽后執(zhí)行File>close命令，單擊OK按鈕開(kāi)始求解運(yùn)算。在出現(xiàn)一個(gè)【solution is done】對(duì)話框時(shí)單擊close完成求解運(yùn)算。保存分析結(jié)果：執(zhí)行main menu>File>save as命令，彈出【save as】對(duì)話框。輸入“plate RESU”，單擊OK按鈕。6. 顯示變形結(jié)果：執(zhí)行main menu>General Posproc>Pl

17、ot result>deformed shape命令，彈出如圖2-13所示的【plot deformed shape】對(duì)話框。選擇“Def+undeformed”單選按鈕，單擊OK按鈕，變形結(jié)果如圖2-14所示。圖2-13圖2-147. 瀏覽節(jié)點(diǎn)位移云圖：執(zhí)行main menu>General Posproc>Plot result>contour plot>nodal solu命令，彈出如圖2-15所示對(duì)話框，在【ITem to be contoured】左右列表框中分別選擇“DOF solution”和“displacement vector sum”選項(xiàng)，單

18、擊OK按鈕，生成如圖2-16需所示云圖。圖2-15圖2-168. 瀏覽VON mises應(yīng)力：執(zhí)行main menu>General Posproc>Plot result>contour plot>nodal solu命令，在彈出的對(duì)話框中，在【ITem to be contoured】左右列表框中分別選擇“stress”和“von mises stress”，單擊OK，生成如圖2-17所示應(yīng)力圖。圖2-17 總結(jié)目前工程技術(shù)領(lǐng)域常用的數(shù)值模擬方法有：有限單元法，邊界元法，有限差分法等等。有限元的基本思想是物體離散成有限個(gè)且按一定方式相互聯(lián)接在一起的單元的組合，來(lái)模擬

19、和逼近原來(lái)的物體，從而將一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題簡(jiǎn)化成離散的有限自由度問(wèn)題求解的一種數(shù)值分析法，物體被隔離后，通過(guò)對(duì)其中的各個(gè)單元進(jìn)行單元分析，最終得到對(duì)整個(gè)物體的分析，網(wǎng)格劃分中每一個(gè)小的塊體叫做單元單元上節(jié)點(diǎn)處的內(nèi)力叫做節(jié)點(diǎn)力，外力為節(jié)點(diǎn)載荷有限元法是當(dāng)前工程技術(shù)領(lǐng)域最常用的，最有效的數(shù)值計(jì)算方法，已經(jīng)成為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)技術(shù)不可或缺的只要組成部分，ANSYS作為大型權(quán)威性的有限元分析軟件，是融結(jié)構(gòu)，流體，電場(chǎng)，磁場(chǎng)，聲場(chǎng)，以及熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域靜力學(xué)，動(dòng)力學(xué)及邊界耦合問(wèn)題分析于一體的大型通用軟件，對(duì)提高解決問(wèn)題的能力是一個(gè)全面的鍛煉過(guò)程，因而，要學(xué)好ANSYS，對(duì)學(xué)習(xí)者就提出了很高的要求，一方面，需要學(xué)習(xí)者有比較扎實(shí)的力學(xué)理論基礎(chǔ)，對(duì)ANSYS分析結(jié)果能有個(gè)比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和判斷，可以說(shuō)，理論水平的高低在很大程度上決定了ANSYS使用水平；另一方面，需要學(xué)習(xí)者不斷摸索出軟件的使用經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)以提高解決問(wèn)題的效率。在學(xué)習(xí)ANSYS的方法上，有以下建議： 1將ANSYS的學(xué)習(xí)緊密與機(jī)械設(shè)計(jì)，工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合起來(lái) 2多查閱相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍資料3多有問(wèn)題多與同學(xué)探討，請(qǐng)教老師學(xué)習(xí)ANSYS的過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)不斷解決問(wèn)題的過(guò)程，問(wèn)題遇到的越多，解決的越多，實(shí)際運(yùn)用ANNSY