課程設(shè)計(jì)ANSYS有限元分析報(bào)告(最完整)

實(shí)用文檔PAGE文案大全有限元法分析與建模課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：機(jī)電學(xué)院專(zhuān)業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：****學(xué)生：****學(xué)號(hào)：2012011****2015-12-31文案大全摘要本文通過(guò)ANSYS10.0建立了標(biāo)準(zhǔn)光盤(pán)的離心力分析模型，采用有限元方法對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的光盤(pán)引起的應(yīng)力及其應(yīng)變進(jìn)行分析，同時(shí)運(yùn)用經(jīng)典彈性力學(xué)知識(shí)來(lái)介紹ANSYS10.0中關(guān)于平面應(yīng)力問(wèn)題分析的基本過(guò)程和注意事項(xiàng)。力求較為真實(shí)地反映光盤(pán)在光驅(qū)中實(shí)際應(yīng)力和應(yīng)變分布情況，為人們進(jìn)行合理的標(biāo)準(zhǔn)光盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：ANSYS10.0；光盤(pán)；應(yīng)力；應(yīng)變。目錄TOC\o"1-8"\h\u2937第一章引言 3143661.1引言 318464第二章問(wèn)題描述 4318002.1有限元法及其基本思想 44552.2問(wèn)題描述 424838第三章力學(xué)模型的建立和求解 5131073.1設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題 5281233.2定義單元類(lèi)型 6265063.3定義實(shí)常數(shù) 915273.4定義材料屬性 12120183.5建立盤(pán)面模型 14294843.6對(duì)盤(pán)面劃分網(wǎng)格 22177133.7施加位移邊界 2777993.8施加轉(zhuǎn)速慣性載荷并求解 3025177第四章結(jié)果分析 32119064.1旋轉(zhuǎn)結(jié)果坐標(biāo)系 32117174.2查看變形 33172064.3查看應(yīng)力 3519943總結(jié) 3832442參考文獻(xiàn) 39第一章引言1.1引言光盤(pán)業(yè)是我國(guó)信息化建設(shè)中發(fā)展迅速的產(chǎn)業(yè)之一，認(rèn)真研究光盤(pán)產(chǎn)業(yè)的規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，是一件非常迫切的工作。光盤(pán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體性強(qiáng)，宏觀調(diào)控要求高，因此，對(duì)于光盤(pán)產(chǎn)業(yè)的總體部署、合理布局和有序發(fā)展等問(wèn)題，包括節(jié)目制作、軟件開(kāi)發(fā)、硬件制造、節(jié)目生產(chǎn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。

在高速光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，光盤(pán)片會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，在用ANSYS分析時(shí)，要施加盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)引起的慣性載荷，即可以施加角速度。需要注意的是，利用ANSYS施加邊界條件時(shí)，要將內(nèi)孔邊緣節(jié)點(diǎn)的周向位移固定，為施加周向位移，而且還需要將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到柱坐標(biāo)系下。

本文通過(guò)ANSYS10.0建立了標(biāo)準(zhǔn)光盤(pán)的離心力分析模型，采用有限元方法對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的光盤(pán)引起的應(yīng)力及其應(yīng)變進(jìn)行分析，同時(shí)運(yùn)用經(jīng)典彈性力學(xué)知識(shí)來(lái)介紹ANSYS10.0中關(guān)于平面應(yīng)力問(wèn)題分析的基本過(guò)程和注意事項(xiàng)。第二章問(wèn)題描述2.1有限元法及其基本思想有限元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解區(qū)域。有限元法作為數(shù)值分析方法的一個(gè)重要特點(diǎn)是利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)，分片地表示全求解域上待求的未知場(chǎng)函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場(chǎng)函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在單元的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)表達(dá)。這樣，一個(gè)問(wèn)題的有限元分析中，未知場(chǎng)函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量（即自由度），從而使一個(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題變成離散的有限自由度問(wèn)題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可通過(guò)插值函數(shù)計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)求解域上的近似解。顯然，隨著單元數(shù)目的增加，即單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)。如果單元是滿(mǎn)足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。2.2問(wèn)題描述標(biāo)準(zhǔn)光盤(pán)，置于52倍速的光驅(qū)中處于最大讀取速度（約為1000），計(jì)算其應(yīng)力分布。標(biāo)準(zhǔn)光盤(pán)參數(shù)：外徑：120mm內(nèi)孔徑：15mm厚度：1.1mm彈性模量：密度：第三章力學(xué)模型的建立和求解3.1設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題（1）從常用菜單中選擇File--Changejobname命令，將彈出Changejobname對(duì)話框，在Enternewjobname文本框中輸入文字“CH01”為數(shù)據(jù)庫(kù)文件名，單擊OK完成文件名的修改，如圖所示。（2）從實(shí)用菜單中選擇File--ChangeTitle命令，將彈出ChangeTitle對(duì)話框，在Enternewtitle文本框中輸入文字“CD”為標(biāo)題名，單擊OK完成文件名的修改，如圖所示。（3）選取菜單路徑UtilityMenu/Plot/Replot，指定的標(biāo)題“CD”將顯示在圖形窗口的左下角，如圖所示。（4）選取菜單路徑MainMenu/Preference，將彈出PreferenceofGUIFiltering（菜單過(guò)濾參數(shù)選擇）對(duì)話框，選中Structural復(fù)選框，單擊OK按鈕確定，如圖所示。3.2定義單元類(lèi)型在進(jìn)行有限元分析時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)分析問(wèn)題的幾何結(jié)構(gòu)、分析類(lèi)型和所分析的問(wèn)題精度要求等，選定適合具體分析的單元類(lèi)型。本課題用選4節(jié)點(diǎn)四邊形板單元PLANE42。（1）從主菜單中選擇MainMenu/Preprocessor/Element/Add/Edit/Delete命令，彈出ElementTypes（單元類(lèi)型）對(duì)話框，如圖所示。（2）單擊Add...按鈕，將彈出LibraryofElementTypes（單元類(lèi)型庫(kù)）對(duì)話框，如圖所示。（3）在左邊的列表框中選擇“Solid”選項(xiàng)，選擇實(shí)體單元類(lèi)型。在右邊的列表框中選擇“Quad4node42”選項(xiàng)，選擇4節(jié)點(diǎn)四邊形板單元PLANE42，單擊OK按鈕，將PLANE42單元添加，并關(guān)閉單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話框，同時(shí)返回到第一步彈出的單元類(lèi)型對(duì)話框，如圖所示。（4）單擊Options…彈出如圖所示的PLANE42elementtypeoptions（單元選項(xiàng)設(shè)置）對(duì)話框，對(duì)PLANE單元進(jìn)行設(shè)置，使其可用于計(jì)算平面應(yīng)力問(wèn)題，如圖所示。（5）在Elementbehavior（單元行為方式）下拉列表框中選擇Plane-stressw/thk(帶有厚度的平面應(yīng)力)選項(xiàng)。單擊OK按鈕，接受選項(xiàng)，關(guān)閉單元選項(xiàng)設(shè)置對(duì)話框，返回到單元類(lèi)型對(duì)話框，完成單元類(lèi)型定義，如圖所示。（6）單擊Close按鈕，關(guān)閉單元類(lèi)型對(duì)話框，結(jié)束單元類(lèi)型的添加，如圖所示。3.3定義實(shí)常數(shù) 本課題中選用帶有厚度的平面應(yīng)力行為方式的PLANE42單元，需要設(shè)置其厚度實(shí)常數(shù)。從主菜單中選擇MainMenu/Preprocessor/RealConstants/Add/Edit/Delete命令，彈出RealConstants(實(shí)常數(shù))對(duì)話框，如圖所示。（2）單擊add…按鈕，彈出如圖所示ElementTypeforRealConstants（實(shí)常數(shù)單元類(lèi)型）對(duì)話框，要求選擇欲定義實(shí)常數(shù)的單元類(lèi)型。本課程設(shè)計(jì)中只定義了一種單元類(lèi)型，在已知的單元類(lèi)型列表中選擇“Type1PLANE42”，將要為PLANE42單元類(lèi)型定義實(shí)常數(shù)。單擊OK彈出RealConstantSet（實(shí)常數(shù)集）對(duì)話框，如圖所示。（3)在Thickness（厚度）文本框中輸入“1.1”，單擊OK，關(guān)閉實(shí)常數(shù)輸入對(duì)話框，返回到實(shí)常數(shù)對(duì)話框，如圖所示已經(jīng)定義了一組實(shí)常數(shù)，如圖所示。(4)單擊Close按鈕，關(guān)閉實(shí)常數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖所示。3.4定義材料屬性考慮慣性力的靜力分析中必須定義材料的彈性模量和密度。具體步驟如下： （1）從主菜單中選擇MainMenu/Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels命令，將彈出DefineMaterialModelBehavior(定義材料模型)窗口，如圖所示。（2）依次雙擊Structural/Linear/Elastic/Isotropic,將彈出1號(hào)材料的彈性模量EX和泊松比PRXY的定義對(duì)話框，如圖所示。（3）在對(duì)話框EX文本框中輸入彈性模量EX為1.6e4，在PRXY文本框中輸入泊松比0.3，單擊OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，并返回到定義材料屬性對(duì)話框，在定義材料屬性會(huì)話框的左邊一欄出現(xiàn)剛剛定義的參與號(hào)為1的材料屬性，如圖所示。（4）依次雙擊Structural/Density彈出定義密度對(duì)話框，在DENS文本框中輸入密度數(shù)值“2.2e-9”，單位為。單擊OK按鈕，退出定義材料模型屬性窗口，完成對(duì)材料模型屬性的定義，如圖所示。3.5建立盤(pán)面模型本課程設(shè)計(jì)的模型比較簡(jiǎn)單，僅有一個(gè)平面。需要注意的是使用PLANE系列單元時(shí)，要求模型必須位于全局XY平面內(nèi)。默認(rèn)的工作平面即位于全局XY平面內(nèi)，因此可以直接在默認(rèn)的工作平面內(nèi)創(chuàng)建圓環(huán)面，為了對(duì)圓環(huán)面劃分有限元網(wǎng)格，還需要將圓環(huán)面分成兩半。（1）從主菜單中選擇MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Areas/Circle/Annulus命令，彈出AnnularCircularArea(圓環(huán)面)對(duì)話框，如圖所示。在WPX文本框中輸入圓環(huán)面圓心的X坐標(biāo)（相對(duì)于工作平面）“0”；在WPY文本框中輸入圓環(huán)面圓心的Y坐標(biāo)（相對(duì)于工作平面）“0”；在Rad-1文本框中輸入內(nèi)孔半徑“7.5”；在Rad-2文本框中輸入內(nèi)孔半徑“60”。單擊OK按鈕確認(rèn)，關(guān)閉對(duì)話框。同時(shí)ANSYS在當(dāng)前工作平面的原點(diǎn)位置創(chuàng)建內(nèi)徑為15mm，外徑為120mm的圓環(huán)面，如圖所示。（3）從實(shí)用菜單中選擇MainMenu/PlotCtrls/Numbering命令，彈出PlotNumberingControls（顯示圖元編號(hào)控制）對(duì)話框，如圖所示。選中Keypointnumbers(關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào))復(fù)選框。單擊OK按鈕，使之生效，并對(duì)圖形窗口進(jìn)行重繪，如圖所示。圖為顯示圖元編號(hào)控制對(duì)話框圖為創(chuàng)建的圓環(huán)面（4）從主菜單中選擇MainMenu/Modeling/Create/Lines/Lines/StraightLine命令，彈出關(guān)鍵點(diǎn)選擇對(duì)話框，要求選擇要?jiǎng)?chuàng)建的直線的兩個(gè)端點(diǎn)。用鼠標(biāo)在圖形窗口中選擇選取關(guān)鍵點(diǎn)1、3，創(chuàng)建出端點(diǎn)為關(guān)鍵點(diǎn)1,3的直線，如圖所示。（5）單擊OK按鈕，關(guān)閉選擇對(duì)話框，如圖所示。（6）從實(shí)用菜單中選擇UtilityMenu/Plot/Multi-Plots命令，在圖形窗口顯示所有圖元，如圖所示。圖為創(chuàng)建的盤(pán)面和切割盤(pán)面的線（7）從主菜單中選擇MainMenu/Preprocessor/Modeling/Operate/Booleans/Divide/AreabyLine命令，彈出面選擇對(duì)話框，要求選擇欲被分割的面，如圖所示。(8)選擇創(chuàng)建的圓環(huán)面，并單擊選擇對(duì)話框的OK按鈕，又彈出選擇對(duì)話框，要強(qiáng)求選擇分割面的線，如圖所示。（9）選擇在第（4）步中創(chuàng)建的線，并單擊選擇對(duì)話框的OK按鈕，如圖所示。（10）ANSYS將進(jìn)行布爾運(yùn)算，將選定的面分割開(kāi)來(lái)成為兩個(gè)面，如圖所示。如圖是被分割后的兩個(gè)面3.6對(duì)盤(pán)面劃分網(wǎng)格（1）從主菜單中選擇MainMenu/Preprocessor/Meshing/MeshTool命令，彈出MeshTool，單擊Lines域Set按鈕，點(diǎn)擊PickAll按鈕，彈出ElementSizesonPickedLines對(duì)話框，在NDIVNo.ofelementdivisions文本框中輸入“10”單擊OK按鈕，如圖所示。（2）在網(wǎng)格工具中選擇分網(wǎng)對(duì)象為“Areas”，網(wǎng)格形狀為Quad，選擇分網(wǎng)形式為Mapped。附加選項(xiàng)中選擇“Pickcorners”。單擊Mesh按鈕，彈出面選擇對(duì)話框，要求選擇欲劃分網(wǎng)格的面，如圖所示。（3）選擇一個(gè)面后單擊Apply按鈕，彈出點(diǎn)選擇對(duì)話框，依次點(diǎn)取圖中的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)3，7，6，1當(dāng)選擇完四個(gè)頂點(diǎn)后，單擊Apply按鈕，ANSYS將對(duì)選擇的面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖所示。（4）選擇另一個(gè)面，選定后單擊對(duì)話框中的OK按鈕，彈出點(diǎn)選擇對(duì)話框，選擇3,7,6,1四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)后，單擊OK按鈕，ANSYS將對(duì)選擇的面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖所示。（5）從實(shí)用菜單中選擇UtilityMenu/Plot/Elements命令，圖形窗口中將顯示剛剛生成的單元見(jiàn)，如下圖所示。（6）單擊SAVE-DB按鈕，保存數(shù)據(jù)庫(kù)。3.7施加位移邊界該模型的位移邊界條件為將內(nèi)孔邊緣節(jié)點(diǎn)的周向位移固定，為施加周向位移，需要將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到柱坐標(biāo)系下。（1）從實(shí)用菜單中選擇UtilityMenu/WorkPlane/ChangeActiveCSto/GlobalCylindrical命令，將激活坐標(biāo)系切換到總體柱坐標(biāo)系下。（2）從主菜單中選擇MainMenu/Preprocessor/Modeling/Move/Modify/RotateNodeCS/ToActiveCS命令，彈出節(jié)點(diǎn)選擇的對(duì)話框，要求選擇與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的節(jié)點(diǎn)，如圖所示。（3）單擊PickAll按鈕，將所有節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到當(dāng)前激活的總體柱坐標(biāo)系下。（4）從實(shí)用菜單中選擇UtilityMenu/Select/Entities...對(duì)話框，然后在第一個(gè)下拉列表框中選擇Nodes選項(xiàng)；在下面的下拉列表中選擇ByLocation選項(xiàng)；在位置選項(xiàng)中列出了位置屬性的3個(gè)可用項(xiàng)，單擊Xcoordinates單選按鈕使其選中，表示要通過(guò)X坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行選取，此時(shí)X代表的是徑向；在文本框中輸入“7.5”表示選擇徑向坐標(biāo)為7.5的節(jié)點(diǎn)，即內(nèi)孔邊上的節(jié)點(diǎn)；單擊OK按鈕將符合要求的節(jié)點(diǎn)添入選擇集中，如圖所示。（5）從主菜單中選擇MainMenu/Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Displacement/OnNodes命令，彈出節(jié)點(diǎn)選擇對(duì)話框，要求選擇欲施加位移約束的節(jié)點(diǎn)，如圖所示。（6）單擊PickAll按鈕,選擇當(dāng)前選擇集中的所有節(jié)點(diǎn)，彈出ApplyU,ROTonNodes對(duì)話框；選擇UY，此時(shí)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)系，Y方向?yàn)橹芟?，即施加周向位移約束。如圖所示。（7）單擊OK按鈕，ANSYS在選定節(jié)點(diǎn)上施加指定的位移約束。如圖所示。（8）從實(shí)用菜單中選擇UtilityMenu/Select/Everything命令，選取所有圖元、單元和節(jié)點(diǎn)。3.8施加轉(zhuǎn)速慣性載荷并求解本課程設(shè)計(jì)中，施加盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)引起的慣性載荷。（1）從主菜單中選擇Solution/DefineLoads/Apply/structural/Inertia/AngularVeloc命令，彈出ApplyAngularVelocity對(duì)話框，如圖所示。（2）在OMEGZGlobalCartesianZ-comp文本框中輸入“1047.2”，轉(zhuǎn)速是相對(duì)于總體柱坐標(biāo)系施加的，單位為；如圖所示。（3）單擊OK按鈕，施加轉(zhuǎn)速引起的慣性載荷；單擊SAVE-DB按鈕，保存數(shù)據(jù)庫(kù)。（4）從主菜單中選擇Solution/Solve/CurrentLS命令，彈出一個(gè)確認(rèn)對(duì)話框和狀態(tài)列表；如圖所示。（5）查看列表中的信息確認(rèn)無(wú)誤后，單擊OK按鈕，開(kāi)始求解。（6）求解完成后彈出提示求解結(jié)束對(duì)話框，單擊Close按鈕，關(guān)閉提示求解結(jié)束對(duì)話框。如圖所示。第四章結(jié)果分析4.1旋轉(zhuǎn)結(jié)果坐標(biāo)系該模型為旋轉(zhuǎn)件，在柱坐標(biāo)系下查看結(jié)果會(huì)比較方便，因此在查看變形和應(yīng)力分布之前，首先將結(jié)果坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到柱坐標(biāo)系下。（1）從主菜單中選擇GeneralPostproc/OptionsforOutp命令，彈出OptionsforOutput對(duì)話框，如圖所示。（2）在[RSYS]Resultscoordsystem下拉列表框中選擇Globalcylindric選項(xiàng)。（3）單擊OK按鈕，接受設(shè)定，關(guān)閉對(duì)話框。4.2查看變形該模型關(guān)鍵的變形為徑向變形，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，徑向變形過(guò)大，可能導(dǎo)致邊緣部位與其他部件發(fā)生摩擦。（1）從主菜單中選擇GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu命令，彈出ContourNodalSolutionData對(duì)話框，如圖所示。（2）在Itemtobecontoured域的左邊的列表框中選擇NodalSolution/DOFSolution選項(xiàng)。（3）在右邊的列表框中選擇X-Componentofdisplacement選項(xiàng)，此時(shí)，結(jié)果坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)系，X向位移即為徑向位移。（4）選擇Deformedshapewithundeformededge單選按鈕。如圖所示。（5）單擊OK按鈕，在圖形窗口中顯示出變形圖，包含變形前的輪廓線，圖中下方的色譜表明不同的顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值，如圖所示。可以看出在邊緣處的最大徑向位移也只有6微米左右，變形還是很小的。4.3查看應(yīng)力盤(pán)片在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的主要應(yīng)力也是徑向應(yīng)力。（1）從主菜單中選擇GeneralPostproc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu命令，彈出ContourNodalSolutionData對(duì)話框，如圖所示。（2）在Itemtobecontoured域的左邊的列表框中選擇NodalSolution/Stress選項(xiàng)。（3）在右邊的列表框中選擇X-Componentofstress方向。（4）選擇Deformedshapeonly單選按鈕。（5）單擊OK按鈕，圖形窗口中顯示出X方向應(yīng)