计算机辅助课程设计-基于ANSYS的轴的有限元分析.doc

XXXX大学计算机辅助课程设计说明书题目: 基于ANSYS的轴的有限元分析 学 院：_ 机电学院_ 专业班级： _10机41_ 学 号： 姓 名： 指导教师： 基于ANSYS的轴的有限元分析前言轴向拉压的杆件在工程中的应用非常广泛。翻斗货车的液压机构中的顶杆，承受的压力作用，如果压力过大，或者过于细长，有可能突然由直变弯，发生稳定失效。有限单元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法，ANSYS软件作为一个功能强大、应用广泛的有限元分析软件，不仅有几何建模的模块，而且也支持其他主流三维建模软件，目前在工程技术领域中的应用十分广泛，其有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。文章在基于有限元分析软件ANSYS的基础上对载荷轴的承载特性进行分析。摘要：介绍应用ANSYS软件分析载荷轴在轧载荷压力作用下发生变形量和应力分布情况。关键词：载荷，轴，ANSYS一 问题分析求解如图所示为一轴类零件结构示意图，在其两端施加P=50Mpa的均布载荷，求零件内部各点的应力、应变场分布。零件材料弹性模量为220Gpa,泊松比为0.3。二 轴有限元模型21 建立轴承座有限元模型轴为左右对称结构，ANSYS在INVENTOR中建立该轴三维模型，通过接口导入ANSYS中，如图1所示。该载荷轴采用Tet 10node 92单元，此单元是一个高阶3维20节点固体结构单元，每个节点有3个沿x、Y和z方向平移的自由度，具有二次位移模式，主要适用于位移、变形等方面。如果要求精度高，可较好地剖分；如果要求精度不高，由于单元本身是高阶单元，使用稍微弱一点的网格也可行，能够用于不规则形状，且不会在精度上有任何损失。材料属性为ZG35CrMo，其弹性模量E：22.2El1Pa，泊松比 =03，密度p=7870 kgm。，抗拉强度trb 150MPa。 图 122 网格划分网格划分的过程就是结构离散化的过程，通常图1 轴模型 划分的单元越多越密集，就越能反映实际结构状况，计算精度越高，计算工作量越大，计算时间增长。由于轴结构属于局部不规则几何体，因此采用自动划分法进行网格划分，该划分方法能够在规则与不规则几何体之间自动切换，将单元尺寸设置为SIZE=8，得到轴承座有限元模型的总节点数为515474，总单元数为314456，如图2所示。图2 轴网格划分 图 2 23 载荷分析上部轴在载荷中的受力情况如图3所示。根据轴的受力特点，以载荷的形式施加到模型上，本文假设轴零件两端施加力P=50Mpa，轴的 A端面受到的载荷为 P=50Mpa，轴的 B端面受到的载荷为 -50Mpa,这是由于该轴具有对称性，因为，如果弹性体的几何形状，外载荷条件以及约束条件都是对称于某一平面的，在对称面上得到下面这一规律，假设对称面上的某一点有指向B面得法向位移，为保证对称性，这一点也必须有一指向 A 面的法向位移。 图 3三 计算结果分析31 弹性变形分析轴在载荷的作用下产生的变形结果如图从结论可以看出，轴的弹性变量很小，能保证其在载荷P=50Mpa的情况下能正常工作 图 4。3.2应力、应变分析 节点受力前后变形如图5、图6所示，从下列图中可以看出，由于在阶梯之间存在应力集中，容易发生变形甚至损坏，故需要特殊处理进行保护进行保护，因此在制造过程中应该阶梯处应做成倒角。通过应力与应变分析可知，轴的有限元模型的建立、分析结果是客观的，较为真实的反映了轴在受载荷的作用下的承载特性，且满足设计要求。结论综上所述，本文运用力学分析方法，应用ANSYS软件对轴模型进行有限元分析，了解其结构的应力场分布，通过仿真其工作状态，在设计阶段就可以得到轴的弹性变形量和应力分布情况，从而对轴进行承载能力研究，为保证工程设计质量及对现场设备的使用情况具有一定得指导意义。参考文献【1】 机械设计手册