課程設(shè)計(jì)-支架

1、課程設(shè)計(jì)支架的線性靜力分析姓名： 汪亞勇專業(yè)： 理論與應(yīng)用力學(xué)指導(dǎo)老師： 丁 軍1：題目如圖3-1 所示的支架，一端牢固地焊接在一個(gè)大型結(jié)構(gòu)上，支架的圓孔中穿過一個(gè)相對較軟的桿件，圓孔和桿件用螺紋連接。材料的彈性模量E = 210000MPa ，泊松比=0.3 。支架有以下兩種工況，如圖3-1 所示。1 軒件的一端受到沿Y 軸負(fù)方向上的集中力F =2kN ，其大小隨時(shí)間變化。2 除了上述載荷之外，支架的自由端還在局部區(qū)域上受到均布的剪力Ps =36MPa 要求確定這兩種工況下支架撓度隨時(shí)間變化的情況，以及內(nèi)圓角處的最大主應(yīng)力。根據(jù)分析結(jié)果來改進(jìn)設(shè)計(jì)，以減小應(yīng)力集中. 最大主應(yīng)力為751.3MP

2、修改后的最大主應(yīng)力為616.4MP2.1有限元模型的建立及劃分網(wǎng)格 （圖1）將支架設(shè)置為彈性體，E = 210000MPa ，泊松比=0.3，單元類型為二次20節(jié)點(diǎn)縮減積分實(shí)體單元（C3D20R ）?？紤]到支架的應(yīng)力集中，將支架內(nèi)圓角處細(xì)化。 2.2定義邊界條件及載荷1） 載荷：圓孔通過螺紋和桿件連接，受到桿件向下的集中力2KN ，在模型中建立參考點(diǎn)，將其和圓孔表面添加耦合約束，模擬桿件對螺紋孔的受力情況，在支架的自由端上受到局部的剪應(yīng)力36MPa ；2） 邊界條件：支架的端部固定，設(shè)定六個(gè)自由度全部為零，在對稱面上設(shè)定對稱邊界條件Z 方向的位移和X ，Y 方向的旋轉(zhuǎn)。3.1支架應(yīng)力分析 （圖

3、2） （圖3）如圖2，圖3所示為支架變形后的網(wǎng)格模型，從中可以看到隨著載荷的添加，支架底部的網(wǎng)格發(fā)生了變化，輪廓產(chǎn)生了彎曲。圖7所示為支架在受到載荷后的Mises 應(yīng)力云圖，從中可以看出應(yīng)力集中處為支架的內(nèi)圓角部分，且最大值達(dá)到了670.6Mpa ，可見其應(yīng)力集中是相當(dāng)大的；還有在螺紋孔部分的應(yīng)力值明顯大于其固定端和自由端的值，這是由于支架在螺紋處受到了向下的力導(dǎo)致的。4.1支架撓度分析 （圖4）得到支架應(yīng)力沿內(nèi)圓分布，如圖4所示5.1支架改進(jìn)設(shè)計(jì)根據(jù)以上分析，支架內(nèi)圓角處的應(yīng)力較大，需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。本實(shí)例中的材料、邊界條件、載荷等都直接定義在參數(shù)化的幾何模型上. 因此在修改部件的幾何尺寸時(shí)，已經(jīng)定義過的大部分模型參數(shù)都不受影響，可以很容易地對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)。下面將修改幾何模型，使支架底部的厚度增大2mm ，重新分析計(jì)算5.2 改進(jìn)后的網(wǎng)格圖 5.3 改進(jìn)后的應(yīng)力云圖 5.4 改進(jìn)后的繞度 6.1 結(jié)論 如上所述支架內(nèi)圓角處的應(yīng)力較大， 為了減小支架內(nèi)部的應(yīng)力集中和支架自 由端部的撓度，需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。 可以使用以下方法來改善內(nèi)圓角處的應(yīng)力狀態(tài)和疲勞強(qiáng)度： 1 增大內(nèi)圓角的半徑, 改善內(nèi)圓角處的表面粗糙度，以降低疲勞強(qiáng)度； 2 增大部件在內(nèi)圓角處的