ansys課程設計論文2

xxxxx大學計算機輔助課程設計說明書題目:基于ANSYS的軸類零件有限元分析_學院：_機電工程學院__專業(yè)班級：___1學號：__姓名：指導教師：基于ANSYS的軸類零件有限元分析摘要：文中根據實際機械運動軸類零件的結構特點，采用空間塊體單元對該結構進行有限元離散，計算施加在軸兩端面的載荷分布，及零件內部個各點的應力、應變場分布，并對計算結果進行討論。為實際機械運動提供準確的設計依據。前言：軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支撐轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩、或彎矩的機械零件。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度和剛度，轉速高速時還取決于振動的穩(wěn)定性。傳統的解析法在計算軸的承載性能時存在較大誤差。有限元單元法是利用電子計算機進行數值模擬分析的方法。ANSYS軟件作為一個功能強大、應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，目前在工程技術領域中的應用十分廣泛，其有限元計算結果已成為各類工業(yè)產品設計和性能分析的可靠依據。文章在基于有限元分析軟件ANSYS的基礎上對對稱軸兩端受載荷的應力、應變場分布進行分析。問題分析求解如圖所示為一軸類零件結構示意圖，在其兩端施加P=50Mpa的均布載荷，求零件內部各點的應力、應變場分布。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稱結構，ANSYS在INVENTOR中建立該軸的三維模型，通過接口導入ANSYS中，如圖1所示。該短應力線軋機軸采用Solid92單元，此單元是一個高階3維20節(jié)點固體結構單元，每個節(jié)點有3個沿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，使用稍微弱一點的網格也可行，能夠用于不規(guī)則形狀，且不會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軸網格劃分2.2網格劃分網格劃分的過程就是結構離散化的過程，通常劃分的單元越多越密集，就越能反映實際結構狀況，計算精度越高，計算工作量越大，計算時間增長。由于軸的結構屬于局部不規(guī)則幾何體，因此采用自動劃分法進行網格劃分，該劃分方法能夠在規(guī)則與不規(guī)則幾何體之間自動切換，將單元尺寸設置為SIZE=7，得到軸有限元模型的總節(jié)點數為98053，總單元數為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程中的受力情況如圖3所示。根據軸的受力特點，以力載荷的形式施加到模型上，本文假設軸兩端面受力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稱性，因為，如果彈性體的幾何形狀，外載荷條件以及約束條件都是對稱于某一平面的，在對稱面上得到下面這一規(guī)律，假設對稱面上的某一點有指向B面得法向位移，為保證對稱性，這一點也必須有一指向A面的法向位移。三、計算結果分析3.1彈性變形分析軸在拉力的作用下產生的變形結果如圖4所示，大部分的變形量納米級之間，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應力、應變分析節(jié)點受力前后變形如圖5、圖6所示，從圖中可以看出，在進行圖形顯示結果處理和數據結果分析過程之后可以發(fā)現，在階梯之間存在應力集中，需要進行保護，因此在制造過程中階梯處應做成倒角。圖5圖6通過應力與應變分析可知，軸的有限元模型的建立、分析結果是客觀的，較為真實的反映了軸在受載荷的作用下的承載特性，且滿足設計要求。結論綜上所述，應用ANSYS軟件對軸進行有限元分析，通過仿真其工作狀態(tài)，在設計階段就可以得到軸的彈性變形量和應力分布情況，從而對軸進行承載能力研究，為保證工程設計質量及對現場設備的使用情況具有一定得指導意義。參考文獻高耀東，劉學杰。ANSYS機械工程應用精華50例【M】。北京：電子工業(yè)