多載荷作用下的階梯軸分析

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（課題）教學(xué)實(shí)施方案第次課第周星期第節(jié)授課日期年月日實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（課題名稱）：多載荷作用下的階梯軸分析計(jì)劃學(xué)時(shí)2實(shí)驗(yàn)類別：1.演示型2?驗(yàn)證型丿3?綜合型4?設(shè)計(jì)性5?其它實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^本次實(shí)驗(yàn)掌握靜力分析的基本方法和技巧。實(shí)驗(yàn)要求：材料為40Cr的階梯軸尺寸，采用兩個(gè)約束的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)支撐，根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)可以得出兩鍵槽中間部分受彎扭組合變形，軸承支承左端只受彎曲，大鍵槽受徑向力2KN,小鍵槽受徑向力3KN，作用在兩端的轉(zhuǎn)矩為2KN.M。其中軸的大截面D=40mm、d=35mm，求解出應(yīng)力和位移的分布云圖，材料參數(shù)：彈性模量E=210Gpa,泊松比0.3實(shí)驗(yàn)設(shè)施：計(jì)算機(jī)、Ansys軟件知識(shí)點(diǎn)：靜力分析。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、建立分析模型1、建立分析項(xiàng)目進(jìn)入ansys的主界面（MechanicalAPDL）（1）工作名更改GUI:File>ChangeJobname，彈出ChangeJobname對(duì)話框，在文本框中輸入axis，應(yīng)用Log文件和錯(cuò)誤文件，選中下面的復(fù)選框，完成后單擊Ok按鈕。（2）更改工作標(biāo)題GUI：File>ChangeTitle，彈出ChangeTitle對(duì)話框，在框中輸入axis，完成后單擊Ok按鈕。2、導(dǎo)入幾何模型GUI:Utilitymenu>import>iges,選中連桿模型axis.igs導(dǎo)入3、設(shè)置單元選擇單兀，GUI：MainMenu>preprocessor>elmenttype>add/edit/delete>add，選擇structuralmass>solid>brick20node186,確定。單擊apply>mass>3dmass21,單擊ok關(guān)閉對(duì)話框。命令ET,1,Solid186!定義單元ET,2，mass21!添加質(zhì)量單元4、定義質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量GUI：MainMenu>preprocessor>realconstants>add/edit/delete，在實(shí)常數(shù)對(duì)話框中單擊add按鈕，選mass21,單擊ok按鈕。在實(shí)常數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置MassX為1e2,單擊ok按鈕，再單擊Close按鈕。5、創(chuàng)建材料模型創(chuàng)建材料模型，輸入必要參數(shù)，彈性模量EX,泊松比PRXY和質(zhì)量密度DENS。GUI：MainMenu>preprocessor>materialprop>materialmodel>structure>linea>elastic>lsotropic輸入彈性模量EX,泊松比PRXY如圖命令：MP,EX,1,2.1e8MP,PRXY1,0.3!定義材料6、通過工作平面切割體，切出40mm寬的體模擬軸承的約束。分別在x正方向移動(dòng)160和120工作面，切出40mm寬的體模軸承的約束。>GUI：workplane>offsetwpto>xyzlocation，在輸入框中輸入160,0,0,單擊ok結(jié)束。GUI:MainMenu>modeling>operate>boolean>divide>volubywrkplan>同樣，按照此法操作切出x=120,y=0,z=0處的體，效果如圖。（切體的工作面為xy面,工作面的旋轉(zhuǎn)可以通過workplane>offsetwpbyincrements進(jìn)行調(diào)整，本題需要xz面旋轉(zhuǎn)90度才能用xy進(jìn)行截面）。GUI:workplane>offsetwpbyincrements,在x,y,zoffsets輸入0,0,174,然后用GUI:MainMenu>modeling>operate>boolean>divide>volubywrkplan切出體積。命令：wpoffs,0,0,174!工作平面z方向偏移174.VSBW,1由工作平面切出體，1代表要切的體的代號(hào)。5、劃分網(wǎng)格（1）略方法劃分中間切出的軸承接觸部分的網(wǎng)格GUI：MainMenu>preprocessor>Meshing>meshtool，彈出Meshtool對(duì)話框，單擊Global后的set所示的對(duì)話框，設(shè)置如圖所示。命令ESIZE,5!設(shè)置網(wǎng)格尺寸為5選取掃略方法劃分六面體網(wǎng)格（2）自動(dòng)劃分剩余部分的網(wǎng)格GUI：MainMenu>preprocessor>Meshing>meshtool，選中smartsize（自動(dòng)劃分尺寸），調(diào)整下方滑塊到4,單擊mesh，選擇三部分體積進(jìn)行劃分。6、建立剛性區(qū)域>創(chuàng)建加載節(jié)點(diǎn)GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>node>inactivecs,輸入Node，Number=70000,x=0,y=0,z=0,單擊ok按鈕。>改變默認(rèn)單元屬性GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>element>elemattributes,選擇elementtypenumber為2Mass21,realconstantssetnumber為1,單擊ok按鈕。>創(chuàng)建質(zhì)點(diǎn)單元GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>element>autonumbered>Thrunode,在左狽9拾取對(duì)話框輸入70000，單擊ok按鈕。>過濾節(jié)點(diǎn)GUI：utilityMenu:select>entities，分別設(shè)置為Node>bylocation>xconrdinates>min,max輸入“0,0”，單擊ok，選中“x=0”的所有節(jié)點(diǎn)（端面節(jié)點(diǎn)）。>生成剛性區(qū)GUI:MainMenu>preprocessor>couping/ceqn>rigidregion,在左側(cè)的拾取對(duì)話框輸入70000，單擊apply按鈕，再單擊pickall按鈕，彈出選擇耦合求解選項(xiàng)，選擇rotationsrxyz，單擊ok按鈕，端面上節(jié)點(diǎn)與質(zhì)量節(jié)點(diǎn)完成耦合。二、模型求解（1）模擬軸承施加約束GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>displacement>onareas,選擇Y、Z兩個(gè)方向的位移約束，單擊ok結(jié)束約束，分別選取兩次對(duì)應(yīng)添加UX,UY約束，單擊ok完成。（2）在靠近小鍵槽的端面添加固定約束GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>displacement>onareas,在圖形中選擇小鍵槽一側(cè)端面，在施加約束的對(duì)話框中選擇ALLDOF,單擊ok確定。施加大鍵槽徑向載荷。添加載荷選取面再在面中選中所有點(diǎn)。過濾節(jié)點(diǎn)GUI：utilityMenu:select>entities,選取areas>bynum/pic>fromfull,單擊ok點(diǎn)選到欲加載荷的面，select>entities>nodes>attachedto>areas,all>fromfull,設(shè)置點(diǎn)完成。通過主菜單plot>nodes或areas查看是否選對(duì)，選取面上的點(diǎn)效果如圖。GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>force/moment>onnodes>pickall，單擊ok加載，在FY方向加載2e6。命令Q,all,FY,2e6同樣的方法施加小鍵槽徑向載荷。在FY方向加載3e6。施加扭矩GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>force/moment>onnodes，在左側(cè)拾取對(duì)話框的輸入?yún)^(qū)中填寫70000，單擊ok按鈕，在加力/力矩對(duì)話框中選擇MX,設(shè)置value=2e6，單擊ok按鈕結(jié)束，其中轉(zhuǎn)矩的方向是軸向的。計(jì)算當(dāng)前模型

GUI:MainMenu>solution>solve>currentLS,計(jì)算完成后會(huì)彈出提示信息框結(jié)果后處理顯示等效應(yīng)力云圖GUI:MainMenu>GeneralPostProc>plotresults>contourplot>nodalsolu,彈出contournodalsolutiondate對(duì)話框，選擇stress>vonmissstress,單擊ok按鈕。NODAL3OLHTIQN1220"GUI:MainMenu>solution>solve>currentLS,計(jì)算完成后會(huì)彈出提示信息框結(jié)果后處理顯示等效應(yīng)力云圖GUI:MainMenu>GeneralPostProc>plotresults>contourplot>nodalsolu,彈出contournodalsolutiondate對(duì)話框，選擇stress>vonmissstress,單擊ok按鈕。NODAL3OLHTIQN1220"22:05:073TEP=13UB=1TIME=13EQVl：AVG}CKX=11.1236=^^s.s-ag3XX=.7a5E+a7?157E+07.aiSE+U?-47CE+Q7.215E+&7.J51E+Q7..545H+D7小結(jié)：階梯軸是機(jī)械傳動(dòng)中常見的部