差速器殼三維造型及有限元分析

1、汽車差速器殼的三維造型及有限元分析摘要：差速器殼設計是汽車設計中最重要、承載最復雜的運動件之一，對差速器殼的強度分析一直受到設計者的重視。由于差速器殼的幾何形狀、邊界條件和作用載荷都非常復雜，按照傳統(tǒng)的方法進行試驗研究難度較大，這就要求我們采用新的研究方法來研究和分析差速器殼。本文通過運用PRO歐圖軟件，繪制差速器殼三維實體模型，然后運用ANSY的析軟件對差速器殼進行強度分析，通過對差速器殼模型進行網(wǎng)格劃分、差速器殼負載及邊界條件的設定，計算求解得出差速器殼應變分布圖及應力分布圖，從而找出差速器殼易破壞部位，尋找到提高差速器殼強度的措施。設計差速器殼時，取用較大的過渡圓角，以提高其疲勞強度。關

2、鍵詞：差速器殼，強度，PROEANSYSAbstractThedifferentialcaseisoneofthemostimportantmotionparts,whichbearsthemostcomplexload,andcontinuouslythedifferentialcaseintensityanalysisisvaluedbythedesigners.Itismuchtoodifficulttocarryontheexperimentalstudybythetraditionalmethodforthegeometryshapeofdifferentialcase,bounda

3、ryconditionandextremelycomplicatedfunctionload,soanewresearchtechniquetostudyandanalyzedifferentialcaseisrequestedtouse.PROEcartographysoftwareisutilizedinthisthesistoprotractsemiaxixthreedimensionalfull-scalemockups,thentheintensityanalysisforthedifferentialcasebyusingANSYSanalysissoftwareiscarried

4、on.Thedifferentialcasestraindistributionmapandthestressdistributionmapareobtainedthroughcarryingonthegriddivision,thedifferentialcaseloadandtheboundaryconditionhypothesistothedifferentialcasemodel,thustheexposeddestructivepositioninthedifferentialcasecanbediscovered,andsomewaysareseekedtoenhancethed

5、ifferentialcaseintensity.Whendesigningthedifferentialcase,thebiggertransitionfilletcanbeusedtoenhancetheanti-fatiguestrength.Keyword:differentialcase,Intensity,PROE,ANSYS目錄1引言11.1 課題的背景11.2 差速器殼的研究現(xiàn)狀11.3 課題的主要研究內(nèi)容及意義12差速器殼的三維實體建模21 Pro/ENGINEER概述21.2 Pro/ENGINEER系統(tǒng)簡介41.2 Pro/ENGINEER系統(tǒng)特點41.2 Pro/ENG

6、INEER的應用現(xiàn)狀41 Pro/ENGINEER的工作環(huán)境和系統(tǒng)設置41.3 硬件要求51.3 操作系統(tǒng)設置51.3 基本功能71 差速器殼三維實體建模過程93差速器殼強度的有限元分析234 ANSYS概述234.3 ANSYS簡介234.3 ANSYS的主要功能和技術特點244.3 ANSYS的系統(tǒng)要求244.3 ANSYS的基本分析過程244.3 ANSYS的發(fā)展和應用254 ANSYS菜單和窗口介紹254 基于ANSYS差速器殼強度分析27結論32參考文獻33致謝及聲明34課題的研究背景差速器殼是汽車設計中最重要、承載最復雜的運動件之一，對差速器殼的強度分析一直受到設計者的重視。確定差

7、速器殼應力應變狀況的方法有兩種：一是利用模擬或模型試驗以至零件的實際試驗來確定；二是利用計算來確定。在利用計算來進行強度分析時，傳統(tǒng)的截斷簡支梁法和連續(xù)梁法由于作了太多簡化，因此難以保證計算精度。隨著有限元計算技術的發(fā)展，用有限元法對差速器殼進行強度分析已成為差速器殼設計、校核分析中常用的方法。目前，隨著計算機軟硬件水平的提高，分析模型的建立漸漸趨向實際，提高了模擬計算的精度，更好地模擬工程實際情況。課題的主要研究內(nèi)容及意義該課題主要通過運用PRO圖軟件，繪制重型汽車差速器殼三維實體模型，然后運用ANSY分析軟件對差速器殼進行強度分析，通過對差速器殼模型進行網(wǎng)格劃分、差速器殼負載及邊界條件的設

8、定，計算求解得出差速器殼應變分布圖及應力分布圖，找出差速器殼易破壞部位，尋找提高差速器殼強度的措施，為以后的差速器殼設計和開發(fā)打下良好的基礎和提供準確而可靠的理論依據(jù)；同時，有限元方法的應用為大幅度提高差速器殼應力的計算精度提供了條件，它們將是今后我們進行各種強度計算的主要手段之一。在畢業(yè)設計的過程中，我們應當充分發(fā)揮自己的主觀能動性，積極思考，勇于創(chuàng)新，開闊自己的思維方式，為將來的學習和工作打下良好的基礎。2汽車差速器殼的三維實體建模Pro/ENGINEER概述Pro/ENGINEER系統(tǒng)簡介Pro/ENGINEER1美國參數(shù)技術公司（ParametricTechnologyCorporat

9、ion）于1988年率先推出的以參數(shù)化為基礎、以三維造型為設計模式的CAD/CAE/CAM統(tǒng)，其最新版本Pro/ENGINEERWildfire于2003年正式發(fā)布。由于其強大的功能，現(xiàn)已廣泛應用于電子、通信、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、自行車、航天、家電、玩具等各個行業(yè)，成為提供工業(yè)解決方案的有力工具。隨著Pro/ENGINEER勺推廣和應用，在國內(nèi)外市場形成了十分熱烈的3D設計新局面。Pro/ENGINEERB胃是個全方位的三維產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設計、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鉞金件設計、鑄造設計、造型設計、自動測量、機構仿真、應力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理功能于一體，模塊眾多。Pro

10、/ENGINEER乍為三維造型設計系統(tǒng)，是一套由設計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，其功能強大，用途廣泛，是新一代Pro/ENGINEERK統(tǒng)軟件。它以尺寸驅動、特征建模、全參數(shù)設計、單一全關聯(lián)的數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實及多數(shù)據(jù)接口等優(yōu)點改變了傳統(tǒng)的設計觀念，使設計工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化，成為目前圖形分析領域的新標準。與傳統(tǒng)的圖形分析系統(tǒng)僅提供繪圖工具不同，Pro/ENGINEERI供了一套完整的機械產(chǎn)品解決方案，包括工業(yè)設計、機械設計、模具設計、鉞金設計、加工制造、機構分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理，甚至包括了產(chǎn)品生命周期，是多項技術的集成產(chǎn)品。Pro/ENGINEER勺主要特征有：（1）3D

11、實體模型；（2）單一數(shù)據(jù)庫；（3）基于特征的參數(shù)化實體建模；（4）行為建模技術；（5）機構設計技術；（6）強大的裝配功能；（7）NC加工;（8）二次開發(fā)技術。Pro/ENGINEER系統(tǒng)特點Pro/ENGINEER乍為一種全參數(shù)化的計算機輔助設計系統(tǒng)，與其他計算機輔助設計系統(tǒng)相比擁有許多獨特的特點，充分了解這些特點后能夠正確理解其設計理念，使產(chǎn)品的設計不僅能夠滿足要求，而且具有很強的彈性和靈活性，下面簡要介紹其中主要的5個特點。（1）三維實體造型Pro/ENGINEER1一個實體建模器，允許在三維環(huán)境中工作，通過各種造型手段達到設計目的，能夠將用戶的設計思想以最逼真的模型表現(xiàn)出來，用戶能夠更直

12、接地了解設計的真實性，避免了傳統(tǒng)設計中點、線、面構成幾何的不足。(2)以特征造型為基礎Pro/ENGINEER1一個基于特征的實體建模工具，系統(tǒng)認為特征是組成模型的基本單元，實體模型是通過多個特征的創(chuàng)建完成設計，也就是說實體模型是特征的疊加。(3)參數(shù)化Pro/ENGINEER1一個全參數(shù)化的系統(tǒng)，幾何形狀和大小都由尺寸參數(shù)控制，在產(chǎn)品設計過程中使用的所有尺寸參數(shù)與物理參數(shù)都存放于單一的數(shù)據(jù)庫中，可隨時修改這些尺寸參數(shù)并可對設計對象進行分析，計算出模型的體積、面積、質量、慣性矩等；特征之間存在著相依的關系，即所謂的“父一子”關系，使得某一特征的修改，同時會牽動其他特征的變更；可以運用強大的數(shù)學

13、運算方式，建立各特征之間的數(shù)學關系，使得計算機能夠自動地計算出模型應有的形狀和固定位置。(4)相關性Pro/ENGINEEF&J建的三維零件模型以及由此產(chǎn)生的二維工程圖、裝配部件、模具、仿真加工等，它們之間雙向關聯(lián)，采用單一的數(shù)據(jù)管理，既可以減少數(shù)據(jù)的存儲量以節(jié)約磁盤空間，又可以在任何環(huán)節(jié)對模型進行修改，同時與模型相關的對象也會自動修改，保證了設計數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和準確性，也避免了因反復修改而花費的大量時間。(5)系列化Pro/ENGINEEFft夠依據(jù)創(chuàng)建的原始模型，通過家族表改變模型組成對象的數(shù)量或尺寸關系，建立系列化的模型，這也是建立國家標準件庫的重要手段之一。Pro/ENGINEE

14、R的應用現(xiàn)狀Pro/ENGINEER在各行各業(yè)中的應用越來越廣泛、越來越深入，雖然和Pro/ENGINEER等二維繪圖軟件相比，Pro/ENGINEER勺使用相對要難得多，但這并沒有阻止人們對它的學習、使用及開發(fā)。這也充分說明了Pro/ENGINEER具有人們所渴望的優(yōu)良的性能和靈活多變的開發(fā)方法。(1)連桿的計算機輔助設計系統(tǒng)連桿設計過程中采用Pro/ENGINEE就零件的參數(shù)化設計平臺，用Pro/Mechnaic做有限元分析平臺，利用VC+轉言，經(jīng)二次開發(fā)制成。該系統(tǒng)實施變結構、變參數(shù)設計方法，將設計、分析、繪圖等不同功能的模塊有機結合。該文中設計和分析采用同一數(shù)據(jù)庫，避免了數(shù)據(jù)交換中可能

15、發(fā)生的丟失和錯誤。(2)葉輪葉片的實體造型在設計葉輪葉片時，可從現(xiàn)有的水力設計cAca件出發(fā)，利用數(shù)據(jù)預處理程序，結合Pro/ENGINEERC件，較好地實現(xiàn)了葉輪葉片的實體造型，縮短了在Pro/ENGINEER重新建模的時間，且保證了加工出的葉輪更符合水泵性能要求。(3)齒輪的造型設計漸開線齒輪由于具有能保證特定傳動比傳動、受力方向不變等優(yōu)點，被廣泛應用于航空、汽車、機床和自動化生產(chǎn)線等各種通用機械中。漸開線齒輪齒形比較復雜，一些低端的CAD次件必須通過編寫程序才能完成它的造型，而在Pro/ENGINEE即境下，則可以用多種建模方法來精確造型，方便快捷，還可以通過其內(nèi)部的開發(fā)工具程序(Pro

16、/Program),添加簡單的幾句控制語句，人機交互地輸入設計變量值，實現(xiàn)漸開線齒輪自動化造型。(4)汽車風扇模具設計在傳統(tǒng)的汽車風扇產(chǎn)品設計、模具設計和加工當中，往往是根據(jù)經(jīng)驗設計風扇外形，通過手工做模來進行模具設計和加工，加工出來的產(chǎn)品，往往一次不能滿足要求，這就要不斷地修改產(chǎn)品設計，從而導致修模，有時整個模具都報費，這不僅使產(chǎn)品開發(fā)周期加長，而且開發(fā)成本大大提高。利用Pro/ENGINEER軟件來實現(xiàn)三維設計，從而大大地縮短了產(chǎn)品研發(fā)的周期、模具設計周期和加工周期，提高了產(chǎn)品設計的準確性，降低了產(chǎn)品開發(fā)和模具設計成本。Pro/ENGINEER的工作環(huán)境和系統(tǒng)設置硬件要求雖然Pro/ENG

17、INEERWildfire的軟件說明書并沒有對計算機硬件提出明確的要求，但為了保證軟件安全、正常地使用，在安裝系統(tǒng)時，最好按以下要求配置計算機硬件：CPU:1GH我上;內(nèi)存：一般選擇256MB如果經(jīng)常設計復雜零件、大型裝配、結構分析、運動仿真或產(chǎn)生NC加工程序，則應選擇512MB以上的內(nèi)存；顯卡：選擇專業(yè)顯卡，也可選擇NVGF2或ATI7500以上的顯卡；硬盤：由于軟件的最小安裝空間需要900MB全部安裝則需要2.3GB的硬盤空問，所以計算機的硬盤空間至少3.0GB;顯示器：一般選擇17寸或17寸以上的顯示器；鼠標：最好使用光電或機械三鍵滾輪式鼠標。操作系統(tǒng)設置為了更方便地使用Pro/ENGI

18、NEER軟件，安裝軟件前需要對計算機進行系統(tǒng)設置,主要包括環(huán)境變量和虛擬內(nèi)存的設置。設置方法如下：七可任備柱和開弟寬中屜住PSsSgEMr目引導工廣4I斤月門工忖而后五寶防IFsiTr州嘲副咽國服P星子反速且動4J6E午制褪|任勢在外也二列f送歸:百步艮工隱儂印/覽.圖2-2系統(tǒng)屬性圖2-1任務欄與開始菜單(1)鼠標右擊任務欄，選擇【屬性】，系統(tǒng)顯示如圖2-1所示的對話框，在【開始菜單】中選擇【經(jīng)典開始菜單】，點擊【確定】(2)返回桌面，右擊我的電腦圖標，點擊【屬性】,得到圖2-2系統(tǒng)屬性窗口，選擇高級，點擊環(huán)境變量，彈出環(huán)境變量對話框。(3)環(huán)境變量對話框中選擇【新建】，彈出“編輯用戶變量”

19、對話框，如圖2-3所小。圖2-3編輯用戶變量(4)在變量名文本框中輸入lang,變量值中輸入chs,然后點擊【確定】完成對環(huán)境變量的設置圖2-4性能選項窗口圖2-5虛擬內(nèi)存窗口(5)在圖2-2所示的窗口中選擇性能框中的【設置】，在彈出的對話框中選擇【高級】，如圖2-4所示。在性能選項對話框中點擊【更改】，彈出虛擬內(nèi)存對話框，如圖2-5所示。(6)在初始大小文本框中輸入1024(其值應至少達到物理內(nèi)存的2倍)，在最大值文本框中輸入2048(其值應至少達到物理內(nèi)存的4倍)，設置完畢后，點擊【確定】即可。圖2-6Pro/ENGINEER工作界面基本功能Pro/ENGINEE番統(tǒng)安裝完成后，雙擊桌面圖

20、標，回打開如圖2-6所示的工作界面工作界面中包括主菜單、導航器、IE瀏覽器、圖形顯示區(qū)、模型工具欄、特征工具欄、特征元素工具欄、信息提示區(qū)、命令解釋區(qū)、智能選取過濾器等。(1)主菜單主菜單位于窗口的頂端，集合了大量的Pro/ENGINEERM乍命令，主要有以下功能:管理設計模型文件、編輯設計模型、控制系統(tǒng)和設計模型的顯示模式、插入各種組成單元、對設計模型進行數(shù)學分析、在標準模塊與其它應用模塊之間進行切換等等。菜單如圖2-7所示。文件g編輯視圖&)插入工)分析信息在)應用程序口工具H)窗口®幫助圖2-7菜單欄(2)工具欄模型工具欄位于主菜單的下方，包含了Pro/ENGINEER

21、用于模型操作的常用快捷方式，在不同的工作模式下顯示的快捷圖標有所不同，工具欄中的各按鈕的功能與菜單欄中對應的命令功能相同，工具欄中的按鈕可以通過【工具】|【定制屏幕】菜單命令進行個人定義。如圖2-8所示。J自eij&qqU回3|應Z匹奚|)w|固萬器觀R回H芻顯339.14Pro'ENGINEERWlkffire2,0看潦中心o*Frl-1*1-S-1*1-1*1Docnant=5d5»tt：iloTinisirGLlorI開始菜單桌面AppLicatidnCaki電石DesktopFaorilesLocalSettirnyD4cian«nt您當前危未連人k

22、inm«r.羽健錄黃f的劇站hrtp:www.p巾.cmmmhiuiiiTd卬好晴式2W口45indk.htm才可以防問這些Wab工具.Pra/ENGINEERWildfire2.1.APISPrint.HeedKB十八極工艮*ProNOINEER黑巾加役注獺機EUKtHMl2«劉川*PruENjiNEER將席相峋粒號品的IPrtMNEH用It中小好啦廂濰坊學院畢業(yè)論文WB模型工具欄（3）特征工具欄特征工具欄位于窗口的右側，它包含了Pro/ENGINEER中用于創(chuàng)建特征的常見快捷方式，在不同的工作模式下顯示的快捷圖標有所不同，特征工具欄中的按鈕功能是創(chuàng)建不同的特征。如圖2-

23、9所示。哈啥.昌'正|渡口，21京珥&FK回粉R"0圖2-9特征工具欄薩喇國囪|文件夾導航器|H進程中%共享空間日0bdTedb5cZ4fE由-軟盤狐）B（3（C：）圖2-10導航器圖2-11瀏覽器（4）導航器導航器一般位于界面的左側，如圖2-10所示，單擊：可以收縮關閉導航器，也可通過點擊：來重新打開導航器，導航器的四個選項卡對應著四項基本功能：1）模型樹選項卡可以以樹的形式顯示模型的各基準、特征等信息；2）文件夾瀏覽器選項卡可在其右側的瀏覽器中顯示該文件夾的所有文件，也可以新建或刪除文件夾；3）收藏夾選項卡可以收藏存儲用戶所選定的文件夾，也可以對其進行編輯；4）連

24、接選項卡可連接快速訪問有關PTCB決方案的頁面和服務程序。(5)瀏覽器我們可以通過瀏覽器可以訪問網(wǎng)站和一些在線的目錄信息，還可以顯示特征的查詢信息等。如圖2-11所示。(6)命令提示欄命令提示欄可以提示命令的執(zhí)行情況和下一步操作的信息。如圖2-12所示。中選取一個蕈繪.凱果首選內(nèi)部亙繪>可在放置面根中找到“編輯”選頊口)重走向視圖圖2-12命令提示欄三維實體建模過程(1)雙擊圖標打開Pro/ENGINEE理序，在打開的窗口(如圖2-13所示)中選擇【文件】|【新建】，會彈出“新建”對話框(如圖2-14所示)，選擇“零件”，取消使用缺省模板，點擊【確定】。在彈出的“新文件選項”對話框(如圖

25、2-15所示)，選擇“mmns_part_solid”,點擊【確定】。llrrn/EBGIE富im#.£.6文件如編悟工)tsffli)*Ad)分析信息團JSWIFI)ME目口0ffiBjQi)Ctrl+MF巴艇里因磔置Tk日JRW回美吃畝U£J旦1轉電Ctrl+fl>«-S師堂3修陽電1C'叫Dn-n1.£twtWBLprt£LL即兩性材HYLS5c孫waJRll機乳3j1，桶嗓畢業(yè)設計、悵品'，畸而置奉加加JTI：ERWildfire2#簧源中心稱相電.Iftternec.通須疊試設ITJ的南站cqe嚴m(xù)muniR&#

26、39;pir嚴wtQQkind吧,htm才可以訪問這111tL-MFrsrwilEnPjlix/pr3-afljIdEiraVUZ.O/h*：Bl/chjJiBia_-=EL/pjrPH/>ilpSyi二|W牌到退出QPFwinw'iL4CtlS«ttiTUWHIdFirc2.0fflPTfl口口口口白口口口WutKaudFtiMlCa口dR»raat1J:.就風照射就TWProfENGiNEER糊出。陪上口也進后的需籍構.砥國從成型200012A工QQ1到PiMQlNEER時1曲修上口附近於推盹庫個人1Kt工口TW.STAfffSTftS更浜隹更顯滿從而結疫

27、工件耐悶攫商工件弗甲，PruiNGlHEERIVilcTi口；U巾的初叩曲柞中心拄于腳口b的地府第策曾理舅-毒過認峰忤用刑研說的困時干許可讓管理二R配IE透理zJ_ziI竺JH危文渤二I7晌止國口期舔助的JI里電三曲|畫三7后而嬴一苣蟲咂$AL1J9圖2-13初始窗口2d更件拒suQ-F0訝除格報圖而版prtOOK件體合金春實復板主rrrr圖2-15"新文件選項”對話框圖2-14“新建”對話框圖2-16“草繪”對話框(2)在打開的窗口中，選擇拉伸按鈕不，選擇【放置】|【定義】，在圖形顯示區(qū)中選擇right面，彈出圖2-16所示對話框，點擊【草繪】，進入草繪狀態(tài)，根據(jù)圖紙的設計尺寸要求

28、，在草繪界面中繪出圖2-17后點擊按鈕，完成【草繪】。檢查無誤后，點擊W1按鈕，得到圖2-18。圖2-17繪圖結果心»中選取一個苴繪.改口果首選內(nèi)部莖繪，可在放置面板中找到"褊相"選項.)P|內(nèi)部E|-36T00MIX.匚位:置選項屬性耳系rm圖2-19旋轉對話框F初2-20旋轉(3)選擇旋轉工具卡，在窗口的左上角出現(xiàn)圖2-19所示的對話框，以中間軸線為對稱軸旋轉360度，擊團按鈕，到圖2-20所示的旋轉圖。(4)選擇倒圓角工具按鈕。，選擇要倒角的部分，在窗口的左上角出現(xiàn)圖2-21對話框，輸入數(shù)值，點擊回按鈕，到圖2-22示的倒角圖。咨EI號jcc/電蔚臉抬:叁層

29、；回片力按住CTRL犍選取邊以添加到集中，或通過選取一條邊或一個曲面包建新集.設置過渡段選項屆性%I匿.IEIJo?I圖2-21TR1GHI圖2-22圖2-23倒角27選取一條邊或一個邊鏈以創(chuàng)建倒角集.訐訐|D工1y|D憶叩.|，生MKrtF第;*俯同1即圖2-24(5)同理作圖2-23(6)作螺紋孔草繪圖，作如圖2-25所示，點擊選擇旋轉工具中，出現(xiàn)如圖2-25所示的對話框，輸入數(shù)值，擊回按鈕，到圖2-26所示的旋轉圖。圖2-25螺紋孔草繪選取一個草蛇口機梁首選內(nèi)部苴繪，可荏觸置面板中找到"編輯"選項.)國口心內(nèi)演CL|卜日一|360.005%|W%便置選項劇生圖2-26

30、螺紋孔草繪對話框0，連取些睢隹來定£14列中心.%理二0-i匚國J目：M檢尺寸也廿座住圖2-27(7)選擇陣列按鈕,出現(xiàn)如圖2-27所示的對話框，輸入所需的數(shù)值，擊回按鈕,到圖2-28所示的陣列圖。圖2-28圖2-292-29所示，擊(8)側邊開口，在草圖對話框中輸入要切割的數(shù)值，點擊拉伸,M按鈕，得到圖2-30所示的圖形。圖2-30圖2-31(9)點擊選擇需要鏡像得部分實體，點擊鏡像按鈕兆，選擇中間軸為對稱軸，點擊完成的到如圖2-31所示的鏡像圖。圖2-32(10)開側邊孔，點擊拉伸命令，如圖2-32所示，出現(xiàn)2-34所示對話框。輸入所需數(shù)值，點擊完成，得到如圖2-33所示圖形。圖

31、2-33側孔選取一個草雄口口果首選內(nèi)部草繪,可在放置面板中找到噫叵口匠1gm%畫匚/敢置選項屬性圖2-34對話框(11)畫肋板，在差速器殼的頂端面上畫肋板，畫出如圖2-35所示的圖形，點擊陣列按鈕，出現(xiàn)如圖2-36所示的對話框，輸入所需數(shù)值，點擊完成，得到如圖2-37所示圖形圖2-35L0I今'ISE尺寸選項EH圖2-36圖2-37(12)完成整個圖形。第三章差速器殼強度有限元分析ANSYS概述ANSYS簡介ANSYS件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSY公司開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享

32、和交換，是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級CAIX具之一。ANSYS為一種工程分析軟件，主要是在機械結構系統(tǒng)受到外力負載所出現(xiàn)的反應，例如應力、位移、溫度等，根據(jù)該反應可知道機械結構系統(tǒng)受到外力負載后的狀態(tài)，進而判斷是否符合設計要求。一般機械結構系統(tǒng)的幾何結構相當復雜，受的負載也相當多，理論分析往往無法進行。想要解答，必須先簡化結構，采用數(shù)值模擬方法分析。由于計算機行業(yè)的發(fā)展，相應的軟件也應運而生，ANSYS件在工程上應用相當廣泛，在機械、電機、土木、電子及航空等領域的使用，都能達到某種程度的可信度，頗獲各界好評。使用該軟件，能夠降低設計成本，縮短設計時間。軟件主要包括三個部分：前處理模塊、分析計算模塊和

33、后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模和網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括機構分析（可進行線形分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏性分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。ANSYS軟件主要功能和技術特點ANSYS件的主要功能有靜力學分析、動力學分析、熱力學分析、流體分析、藕合場分析、結構優(yōu)化等。當慣性和阻尼對

34、結構影響不顯著時，可用靜力學分析求解穩(wěn)態(tài)外載荷引起的位移、應力、應變和力。也可以考慮結構的非線性特性，如大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈及蠕變等。動力學分析包括模態(tài)分析、譜分析、諧響應分析和瞬態(tài)動力學分析，主要用來分析復雜結構在空間中的運動特性，并確定結構中由此產(chǎn)生的應力、應變和變形。熱分析包括穩(wěn)態(tài)熱分析、瞬態(tài)熱分析、相變分析和熱-結構耦合分析。可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導、對流和輻射。計算系統(tǒng)或部件由于熱載荷引起的溫度分布及熱梯度、熱流率、熱流密度等參數(shù)。流體力學分析包括計算流體力學分析(層流、湍流和熱流體)和聲學分析。對流體單元進行穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)分析。ANSY軟件作為一個功能強大

35、的結構分析和結構優(yōu)化軟件，具有多物理場耦合的功能，允許在同一模型上進行各種耦合計算，如：熱-應力、磁-熱、磁-結構、流體-熱、流體-結構、熱-電、電路耦合電磁場、電磁及壓電耦合分析等。通過定義設計變量、狀態(tài)變量和目標函數(shù)等優(yōu)化變量，可利用ANSY的優(yōu)化工具和參數(shù)設計語言APD對模型進行尺寸、形狀、支撐位置、制造費用、固有頻率、材料等優(yōu)化設計。ANSY程序提供了兩種優(yōu)化的方法：零階方法和一階方法。對于這兩種方法，ANSY程序提供了一系列的分析-評估-修正的循環(huán)過程。同時，ANSYS為一種應用型工程軟件，有一些自己的技術特點：(1)惟一能實現(xiàn)多場及多場耦合功能；(2)唯一實現(xiàn)前后處理、分析求解及多

36、場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的大型FE徽件；(3)獨一無二的優(yōu)化功能，惟一具有流優(yōu)化功能的CF啾件；(4)融前后處理與分析求解于一身；強大的非線性分析功能；快速求解器；從微機、工作站、大型機直至巨型機所有硬件平臺上全部數(shù)據(jù)文件兼容；(5)智能劃分網(wǎng)格；多層次多框架的產(chǎn)品系列；從微機、工作站、大型機直至巨型機所有硬件平臺上統(tǒng)一用戶界面；良好的用戶開發(fā)環(huán)境。ANSYS的系統(tǒng)要求奔騰出處理器。安裝Windouws2000或WindouwsXFB作系統(tǒng)；至少256M的存；500M由由硬盤空間；微軟鼠標或與系統(tǒng)兼容的鼠標；2倍速光驅；內(nèi)存交換空間大約為內(nèi)存的兩倍；TCP/IP協(xié)議。ANSYS的基本分析過程般而言，對

37、于ANSYS基本分析過程可以分為三步，即前處理(Processor)、施加載荷和求解(Solution)以及后處理(Postprocessor)。具體如下：(1)前處理1)建立或讀入有限元模型2)定義材料屬性。3)劃分網(wǎng)格。(2)施加載荷和求解1)施加負荷及設定約束條件。2)進行求解。(3)后處理)查看分析結果并檢查結果的正確性。)對計算結果進行各種圖形化顯示。)進行動態(tài)結構分析和與時間相關的時域處理。3.1.5ANSYS的發(fā)展和應用隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，人們正在不斷建造更為快速的交通工具、更大規(guī)模的建筑物、更大跨度的橋梁、更大功率的發(fā)電機組和更為精密的機械設備。這一切都要求工程師在設計階段

38、就能精確地預測出產(chǎn)品和工程的技術性能，需要對結構的靜、動力強度以及溫度場、流場、電磁場和滲流等技術參數(shù)進行分析計算。例如分析計算高層建筑和大跨度橋梁在地震時所受到的影響，看看是否會發(fā)生破壞性事故；分析計算核反應堆的溫度場，確定傳熱和冷卻系統(tǒng)是否合理；分析渦輪機葉片內(nèi)的流體動力學參數(shù)，以提高其運轉效率。這些都可歸結為求解物理問題的控制偏微分方程式往往是不可能的。近年來在計算機技術和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元分析(FEAFiniteElementAnalysis)方法則為解決這些復雜的工程分析計算問題提供了有效的途徑。ANSYS件作為一種融結構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元軟

39、件，廣泛用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學研究。ANSYS菜單、窗口介紹(1)應用命令菜單下拉命令菜單如圖3-1所示，其中包含各種應用命令，例如File(文件)、Select(選擇）、List（列表）、Plot（畫圖）、PlotCtrls（圖形控制）、Workplane（工作平面）、Parameters（參數(shù)控制）、Macro（宏）、Menuctrls（菜單控制）和Help（幫助）。FileSelectListPlotPlotCtrlsWor11oneFarsfiatersMacrcMenuCtrl

40、sHelp圖3-1應用命令菜單（2）命令行窗口輸入窗口是鍵入命令的地方，如圖3-2所示圖3-2命令行菜單（3）主菜單主菜單中包括各種功能命令，包括置前處理模塊中使用的單元、截面、材料、結合類型、網(wǎng)格劃分等，求解模塊中的載荷、約束、求解參數(shù)、求解等、還有后置處理模塊中的列表顯示結果、圖形顯示結果等。主菜單如圖3-3所示。Hi壬3Z渴P6國vTIh41poulcTd訊中Tn-Sol0-IJ，TaTEra田V*IeOS田田田則囚騎PQU國vloyltavdofwjns國IflTIOF+mHaae工卡。向田m白：*TM幽口2UHH圖3-3主菜單（4）工具欄工具條中放置最常用的功能，用戶單擊應用菜單Me

41、nuCtrls/EditToolsbar可以自己定義工具條按鈕的功能。工具條如圖3-4所示。AESYSToolbar弓aveb|rbsijmjbIquitI圖3-4工具欄（5）圖形窗口圖形窗口顯示當前處理的數(shù)據(jù)，包括前處理中的節(jié)點、單元等和后處理中的應力、應變分布等。(6)視圖控制窗口視圖控制窗口位于圖形窗口的右側，如圖3-6所示。單擊此處的按鈕可以控制圖形窗口的視圖角度，比例等。圖3-6視圖控制窗口(7)輸出窗口一切計算得到的結果都會在輸出窗口顯示，如圖3-7所示。可以將輸出窗口中的數(shù)據(jù)拷貝到數(shù)據(jù)處理軟件中作進一步處理圖3-7輸出窗口ANSYS分析過程找出某輕型車差速器殼體早期失效斷裂的原因

42、，我們對其進行了多種裝配關系的對比分析，從而為判斷失效原因和結構改進提供理論依據(jù)。CA犍模和有限元模型處理采用三維設計軟件工具繪制該零件的三維數(shù)模，以便于進一步的結構強度分析和優(yōu)化改進，模型見圖3-8。圖3-8模型通過ANSYSa件專用接口將CAD三維數(shù)模讀入ANSYSWORKBENCH析環(huán)境當中。材料特性及模型邊界條件處理根據(jù)結構實際運動狀態(tài)，邊界條件選擇在一字軸孔和一字軸銷孔處；該零件材料為QT450-1O,彈性用C量為1.73e5MPa泊松比為0.3,密度為7.0e3kg/m3,屈服極限為310MPa抗拉弓雖度為450MPa載荷處理根據(jù)設計載荷在模型上施加扭矩。工況定義考慮到實際結構的裝配間隙情況，分三種極限工況，一是銷軸與銷軸孔間隙大于一字軸與一字軸孔間隙；二是銷軸與銷軸孔間隙等于一字軸與一字軸孔間隙；三是銷軸與銷軸孔間隙小于一字軸與一字軸孔間隙。單元選擇考慮到該零件的斷裂可能是由于局部應力集中過大造成的，