ansys課程設(shè)計(jì)論文2

xxxxx大學(xué)計(jì)算機(jī)輔助課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目:基于ANSYS的軸類(lèi)零件有限元分析_學(xué)院：_機(jī)電工程學(xué)院__專(zhuān)業(yè)班級(jí)：___1學(xué)號(hào)：__姓名：指導(dǎo)教師：基于ANSYS的軸類(lèi)零件有限元分析摘要：文中根據(jù)實(shí)際機(jī)械運(yùn)動(dòng)軸類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用空間塊體單元對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元離散，計(jì)算施加在軸兩端面的載荷分布，及零件內(nèi)部個(gè)各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)分布，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論。為實(shí)際機(jī)械運(yùn)動(dòng)提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)依據(jù)。前言：軸是穿在軸承中間或車(chē)輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩、或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。軸的工作能力一般取決于強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高速時(shí)還取決于振動(dòng)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的解析法在計(jì)算軸的承載性能時(shí)存在較大誤差。有限元單元法是利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬分析的方法。ANSYS軟件作為一個(gè)功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件，不僅有幾何建模的模塊，而且也支持其它主流三維建模軟件，目前在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，其有限元計(jì)算結(jié)果已成為各類(lèi)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能分析的可靠依據(jù)。文章在基于有限元分析軟件ANSYS的基礎(chǔ)上對(duì)對(duì)稱(chēng)軸兩端受載荷的應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)分布進(jìn)行分析。問(wèn)題分析求解如圖所示為一軸類(lèi)零件結(jié)構(gòu)示意圖，在其兩端施加P=50Mpa的均布載荷，求零件內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)分布。零件材料彈性模量為220Gpa,泊松比為0.3。BABA二．軸有限元模型2.1建立軸有限元模型該軸為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，ANSYS在INVENTOR中建立該軸的三維模型，通過(guò)接口導(dǎo)入ANSYS中，如圖1所示。該短應(yīng)力線軋機(jī)軸采用Solid92單元，此單元是一個(gè)高階3維20節(jié)點(diǎn)固體結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)沿x、Y和z方向平移的自由度，具有二次位移模式，主要適用于位移、變形等方面。如果要求精度高，可較好地剖分；如果要求精度不高，由于單元本身是高階單元，使用稍微弱一點(diǎn)的網(wǎng)格也可行，能夠用于不規(guī)則形狀，且不會(huì)在精度上有任何損失。材料屬性為ZG35CrMo，其彈性模量E：220GPa，泊松比：0．3，兩端施加的力為：50Mpa.圖1軸的模型圖2軸網(wǎng)格劃分2.2網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分的過(guò)程就是結(jié)構(gòu)離散化的過(guò)程，通常劃分的單元越多越密集，就越能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)狀況，計(jì)算精度越高，計(jì)算工作量越大，計(jì)算時(shí)間增長(zhǎng)。由于軸的結(jié)構(gòu)屬于局部不規(guī)則幾何體，因此采用自動(dòng)劃分法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，該劃分方法能夠在規(guī)則與不規(guī)則幾何體之間自動(dòng)切換，將單元尺寸設(shè)置為SIZE=7，得到軸有限元模型的總節(jié)點(diǎn)數(shù)為98053，總單元數(shù)為76941，如圖2所示。2.3載荷與邊界條件上部所述的軸在制造過(guò)程中的受力情況如圖3所示。根據(jù)軸的受力特點(diǎn)，以力載荷的形式施加到模型上，本文假設(shè)軸兩端面受力F，軸的A端面受到的載荷為P=50Mpa，軸的B端面受到的載荷為-50Mpa,這是由于該軸具有對(duì)稱(chēng)性，因?yàn)?，如果彈性體的幾何形狀，外載荷條件以及約束條件都是對(duì)稱(chēng)于某一平面的，在對(duì)稱(chēng)面上得到下面這一規(guī)律，假設(shè)對(duì)稱(chēng)面上的某一點(diǎn)有指向B面得法向位移，為保證對(duì)稱(chēng)性，這一點(diǎn)也必須有一指向A面的法向位移。三、計(jì)算結(jié)果分析3.1彈性變形分析軸在拉力的作用下產(chǎn)生的變形結(jié)果如圖4所示，大部分的變形量納米級(jí)之間，極其微小。因此可以看出，軸的彈性變形量很小，能保證其在兩端載荷為50Mpa載荷下正常工作。圖3載荷的施加圖4軸的變形3.2應(yīng)力、應(yīng)變分析節(jié)點(diǎn)受力前后變形如圖5、圖6所示，從圖中可以看出，在進(jìn)行圖形顯示結(jié)果處理和數(shù)據(jù)結(jié)果分析過(guò)程之后可以發(fā)現(xiàn)，在階梯之間存在應(yīng)力集中，需要進(jìn)行保護(hù)，因此在制造過(guò)程中階梯處應(yīng)做成倒角。圖5圖6通過(guò)應(yīng)力與應(yīng)變分析可知，軸的有限元模型的建立、分析結(jié)果是客觀的，較為真實(shí)的反映了軸在受載荷的作用下的承載特性，且滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)論綜上所述，應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)軸進(jìn)行有限元分析，通過(guò)仿真其工作狀態(tài)，在設(shè)計(jì)階段就可以得到軸的彈性變形量和應(yīng)力分布情況，從而對(duì)軸進(jìn)行承載能力研究，為保證工程設(shè)計(jì)質(zhì)量及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用情況具有一定得指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)高耀東，劉學(xué)杰。ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用精華50例【M】。北京：電子工業(yè)