机械设计图形处理和性能分析实验有限元虚拟实验

机械设计图形处理和性能分析实验 有限元虚拟实验,共同学习，共同进步,郭勤涛（副教授，博士） 机电学院051系 联系电话：84892905 办公室：15B号楼331 guo_,实验要求,5个实验题目，按要求选作。机械设计及理论的全做。,主要内容,1A. 使用IDEAS（ProE）和ANSYS进行直齿圆柱齿轮建模和弯曲应力分析 1B.使用NASTRAN进行直齿圆柱齿轮建模和弯曲应力分析 2.使用NASTRAN进行一个悬臂梁的静力分析和计算模态分析 3. 螺栓联接结构模态分析及（MAC计算加修正，选作） 4. 一对齿轮啮合接触分析（选作，设计专业必做） 5. 电子结构随机振动分析（选作）,直齿圆柱齿轮建模和齿根弯曲应力 分析实验,模数m=4mm，齿数z=25，齿宽b=30mm 传递扭矩 500 Nm、 1000 Nm、1500 Nm 、2000 Nm （齿顶圆上的集中力按此扭矩计算），按照材料45号钢许用弯曲疲劳强度（190Mpa），安全系数1.5，判断是否满足强度要求。 要求使用2种以上的网格精度（单元数量，单元类型不同）,1.使用IDEAS （ProE） 和ANSYS进行直齿圆柱齿轮 建模和弯曲应力分析,本部分将利用I-DEAS绘制渐开线圆柱齿轮，阐述如何通过函数曲线来建立渐开线圆柱齿轮的端面，然后挤塑成单个的齿体，通过阵列以及布尔运算产生圆柱齿轮，然后转入ANSYS中，求解齿轮的弯曲应力。,上图是用范成法加工出来的渐开线齿轮的一个齿槽的端面图形，它由五段曲线组成。其主要参数为：刀具齿数27，圆柱齿轮齿数25，模数4mm，压力角20，其它为标准参数。,1.1 齿轮几何建模,选择Task Icons中的（曲线函数） 如下图所示。 在打开的对话框中选择 Algebraic Equation 选项，分别输入五段曲线的函数,并且输入齿轮的齿顶圆，点击Ok返回上一个界面，然后选中要操作的函数名，点击OK，则在图形窗口中即可画出函数的图形。,各曲线段的方程为： CC Section （参数u范围为1.428154.33991） ns=27 n2=ns-2 m=4 k=180/pi apf=20/k apf1=pi/2-apf r2=m*n2/2.0 cc=0.25 rr=cc*m/(1-sin(apf) cck=tan(apf1) h=m b=-h-rr*tan(apf1)*sin(apf1) x1=u y1=cck*x1+b phai2=(x1+y1*cck)/r2 x=x1*cos(phai2)+y1*sin(phai2)+r2*(sin(phai2)-phai2*cos(phai2) y=-x1*sin(phai2)+y1*cos(phai2)+r2*(cos(phai2)+phai2*sin(phai2),A1A2 Section （参数u范围为0.3490661.5708） ns=27 n2=ns-2 m=4 k=180/pi apf=20/k sapf=sin(apf) apf1=pi/2-apf r2=m*n2/2.0 cc=0.25 rr=cc*m/(1-sin(apf) cck=tan(apf1) h=m b=-h-rr*tan(apf1)*sin(apf1) x1=rr*cos(u) y1=-h+rr*(sapf-sin(u) phai2=(x1+y1/tan(u)/r2 x=x1*cos(phai2)+y1*sin(phai2)+r2*(sin(phai2)-phai2*cos(phai2) y=-x1*sin(phai2)+y1*cos(phai2)+r2*(cos(phai2)+phai2*sin(phai2),1.2在ANSYS中对齿轮进行有限元分析,划分网格,1 2 3 4,定义边界条件,定义载荷,有限元分析结果,1.1用proe建立直齿圆柱齿轮几何模型： 模数m=4mm，齿数z=25，齿宽b=30mm,1B.使用NASTRAN进行直齿圆柱齿轮有限元分析,截出其中三个齿作为模型以供分析，效果图如下：,1.2在NASTRAN中建立齿轮的有限元模型,最大主应力云图,1.3结果分析,要求与机械设计经验公式的求解结果比较,使用6面体实体单元的模型,1.4思考,如图所示，求解在力P作用下的最大应力，已知条件如下： 作用力P = 1000 N 泊松比 梁的长度L = 2000 mm 弹性模量E = 2.068 E11 横截面积 A = 3050 (mm),在练习之后，数值解将与用弹性梁理论计算的解析解进行对比.,2.使用NASTRAN进行一个悬臂梁的静力分析,模态分析结果,3.螺栓联接结构模态分析和MAC计算,螺栓联接框架模型由两块1600703.5mm长钢板，两块600703.5mm短钢板，四块1201206mm的角钢以及16个标准M10螺栓组合而成，重量为11.13Kg。在长钢板、短钢板以及角钢上相应的位置加工螺栓孔，并通过螺栓联接成一个矩形框架。,螺栓联接框架几何尺寸,螺栓联接框架有限元模型,矩形框架也可以 使用梁单元，或其它单元,整体螺栓联接框架前7阶模态频率及误差,整体螺栓联接框架模态置信度（MAC）比较,整体螺栓联接框架频响函数误差比较,整体螺栓联接框架频响函数误差比较,4选作内容,一对齿轮啮合接触和齿根弯曲应力分析,大齿轮 Z50 m4mm b=30 小齿轮 Z25 m4mm b=30,4选作内容,一对齿轮啮合接触和齿根弯曲应力分析,传递扭矩 500 Nm、 1000 Nm、1500 Nm 、2000 Nm （齿顶圆上的集中力按此扭矩计算），按照材料45号钢许用弯曲疲劳强度（190Mpa）许用接触疲劳强度（550Mpa），安全系数1.5，判断是否满足强度要求。 要求研究局部网格加细变化对接触应力和弯曲应力分析精度的影响。,齿轮啮合应力图,齿轮啮合应力局部放大图,齿轮啮合位移图,电子结构随机振动分析,航空航天电子设备环境振动的研究背景,有限元模型：,zhengti -suiji.db比三维模型两端多了L型角钢，使机箱方便通过压条紧固在水平振动台上，进行随机试验。其中有两个质量点是模拟传感器的重量的，如下图：,模拟两个传感器重量，不表示参数,zhengti -motai.db用于校准确认；zhengti -suiji.db用于随机响应计算,印制板参数,铝框架,图5. 13 组件1仿真振型和试验振型对比图,组件2连接参数校准前后结果对比,导入联接角钢,输入功率谱密度,H560B-16电动式振动台。,图5. 20 功率谱密度曲线（缩小量级）,Y 向随机谱激励,当参数值分别为：500Mpa、9e-6t、9e-6t时，计算测点响应； 三个参数分别对应zhengti -suiji.db文件中材料canshu2杨氏模量、特性p5、