基于NX有限元分析試驗(yàn)報(bào)告

1、有限元分析及應(yīng)用專 業(yè)：機(jī)械姓 名：你喝學(xué) 號(hào)：2 0 1 3 X X指導(dǎo)老師：沒 意 義工字梁熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)耦合分析有限元分析（ FEA， Finite Element Analysis ）將物體劃分成有限個(gè)單元，這些單元之 間通過有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接， 單元看作是不可變形的剛體， 單元之間的力通過節(jié)點(diǎn)傳遞， 然 后利用能量原理建立各單元矩陣； 在輸入材料特性、 載荷和約束等邊界條件后， 利用計(jì)算機(jī) 進(jìn)行物體變形、 應(yīng)力和溫度場等力學(xué)特性的計(jì)算， 最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析， 顯示變形后物 體的形狀及應(yīng)力分布圖。 有限元分析的基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。 它將求解域看成是由許多稱

2、為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的 （ 較 簡單的） 近似解， 然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件 （ 如結(jié)構(gòu)的平衡條件） ，從而得到問題的 解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解， 而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實(shí) 際問題難以得到準(zhǔn)確解， 而有限元不僅計(jì)算精度高， 而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀， 因而成為行 之有效的工程分析手段。熱結(jié)構(gòu)耦合分析是指求解溫度場對(duì)結(jié)構(gòu)中應(yīng)力、 應(yīng)變和位移等物理量的影響， 熱 結(jié)構(gòu)耦合問題是結(jié)構(gòu)分析中較常見的一類耦合分析問題。 由于結(jié)構(gòu)溫度場的分布不均會(huì)引 起結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力， 或者是結(jié)構(gòu)件在高溫環(huán)境中工作， 材料受到溫度的影響會(huì)發(fā)生性能的改變， 這些

3、都是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)需要考慮的因素。 為此需要先進(jìn)行相應(yīng)的熱分析， 然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu) 分析。在 NX環(huán)境中進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)耦合分析，首先進(jìn)行熱分析求得結(jié)構(gòu)的溫度場，然后再 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并將前面得到的溫度場作為體載荷加到結(jié)構(gòu)中，求解結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。1. 模型建立2. 熱分析2.1 新建 FEM和仿真點(diǎn)擊開始按鈕， 選擇 “高級(jí)仿真”，激活高級(jí)仿真模塊。 在仿真導(dǎo)航器中選擇 “新建 FEM 和仿真”2.2 解算方案2.3 網(wǎng)格收集器添加材料屬性，從材料清單中選擇“ Steel ”，單擊“確定”2.5 劃分網(wǎng)格2.6 添加約束（進(jìn)入仿真環(huán)境）所有外表面添加對(duì)流約束，環(huán)境溫度為 45，對(duì)流系數(shù)為 100W/m

4、2-C2.7 添加熱約束在工字梁頂端設(shè)置 65 恒溫2.8 解算方案求解2.9 結(jié)果分析65 ，最計(jì)算完成后，右擊擊導(dǎo)航器中的“ Results ”，打開后觀察結(jié)果 由熱分析所得的工字梁的溫度分布云圖可看出，最高溫度出現(xiàn)在工字梁頂端，為低溫度在梁的底部，為 45.953. 結(jié)構(gòu)分析前面步驟與熱分析基本一致， 在網(wǎng)格劃分完畢后， 添加載荷與約束， 在工字梁的兩端分別添 加 1000N 的恒力，固定約束。3.1 解算方案求解3.2 結(jié)果分析計(jì)算完成后，右擊擊導(dǎo)航器中的“ Results ”，打開后觀察結(jié)果 由結(jié)構(gòu)分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出，節(jié)點(diǎn)最大位移出現(xiàn)在工字梁固定 端，為 0mm

5、，節(jié)點(diǎn)最大位移出現(xiàn)在工字梁施加力的一端，為0.457mm 。由結(jié)構(gòu)分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出，節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最小為0.04MP，最大為76.47MP。4. 耦合分析4.1 新建結(jié)構(gòu)學(xué)解算方案（返回到模型）在結(jié)構(gòu)分析中將熱分析的結(jié)果導(dǎo)入到此方案的 相同。4.2 解算方案求解subcase ，其它載荷及約束的施加和結(jié)構(gòu)分析43 結(jié)果分析計(jì)算完成后，右擊擊導(dǎo)航器中的“ Results ”，打開后觀察結(jié)果 由耦合分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出， 節(jié)點(diǎn)最小位移出現(xiàn)在工字梁端點(diǎn)， 為 0 mm，節(jié)點(diǎn)最大位移出現(xiàn)在工字梁中間位置，為0.1158mm由耦合分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出，單元節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力為393.96MP，最小應(yīng)力為0.29MP。45 號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度：不小于 600Mpa ，故滿足要求。5. 結(jié)語在 NX8.5 環(huán)境下， 通過對(duì)工字梁熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)耦合分析， 熱結(jié)構(gòu)耦合分析所得的 工字梁的最大位移比單獨(dú)在機(jī)械載荷作用下結(jié)構(gòu)分析中的大， 所得的應(yīng)力也比單純結(jié)構(gòu)分析 下的應(yīng)力大，說明溫度載荷對(duì)工字梁的強(qiáng)度和剛度均有很大影響 , 在機(jī)械載荷和熱載荷共同 作用下， 兩種