（机械工程专业论文）轧机轴承座精密加工关键技术研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nc o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y r o l l i n gm i l lb e a r i n g s e a tp r e c i s ep r o c e s s i n g e s s e n t i a le n g i n e e r i n gr e s e a r c h b ym r h a n gs h u ig e s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rj i el i u n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y a p r i l2 0 0 7 t 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在刘杰导师的指导下完成的。论文中取得 的成果除加以标注和致谢之处外，不含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：赘良水 日期：少7 友 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文 的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 1 东北大学硕士学位论文 摘要 摘要 四辊轧机是板带轧机的常用型式，它广泛应用于钢铁、有色金属的塑性 加工中，一台四辊轧机的辊系包括：一对工作辊和一对支撑辊以及它们的轴 承座等零部件，当一台轧机的产量达到五万吨钢左右时，就需要更换辊系，对 支承辊( 或工作辊) 辊身进行重磨。为保证轧线的正常工作，一台轧机通常需 要三套辊系作为备件，我公司引进的老区1 6 0 0 和新区2 1 5 0 c s p 轧线为目前 世界上较为先进的连铸连轧生产线，轧线由f 1 f 7 共7 台精轧机组成。该轴 承座由德国s m sd e m a g 公司设计提供，是轧机中核心部件之一。它的精度 高低，直接影响轧制产品的质量。它的结构比较复杂，轴承孔的精度要求较 高，壁厚差又很大，热应力变形不均，很不利于机械加工，同时两侧面对轴 承孔的形位公差要求也非常高。它的加工精度直接影响着总装精度。一直以 来，轴承座的备件都是从国外进口，针对这种现状，我们通过对轧机轴承座 精密加工关键技术的研究，提高了轴承座的加工质量，满足了其使用要求， 达到了国产替代进口的目的。 本文以轧机轴承座为研究对象，首先根据轴承座的结构及其技术要求， 分析轧机轴承座精密加工关键技术，即轴承座轴承孔精度控制、两侧面对轴 承孔形位公差控制、深长油孔的加工。其次，分析轧机轴承座轴承孔变形的 影响因素，即温度、装夹、吊装、切削力、工艺系统刚度、残余应力。并运 用a n s y s 对温度、装夹、吊装、切削力进行了定量计算，从而得出温度和 切削力的变化范围，装夹力的大小和位置，吊装的方式和方法，确保轧机轴 承座轴承孔的变形在公差范围内。接着，根据分析的结果，编制合理的加工 工艺，重点是减少残余应力、加工温差、切削力、装夹和吊装对轧机轴承座 轴承孔的影响，确保加工后轧机轴承座轴承孔的精度符合图纸和使用要求， 运用数控系统确保轴承座两侧面对轴承孔的形位公差，运用北京哈镘深孔技 术有限公司提供的“v e n t e c ”加工深长油孔。最后，通过实验，选配合适的 刀具，加工制造轧机轴承座，对加工中出现的问题加以改进，总结经验，固 化工艺参数。 关键词：轧机轴承座精密加工关键技术研究 ， i a b s t r a c t f o u r r o l l e rr o l l i n gm i l li sp r e v a i l i n g ，i ta p p l i e so nm o d e lp r o c e s s i n go f s t e e la n dm e t a lf a r - r a n g i n g ，af o u r r o l l e rr o l l i n gm i l l sr o i l i n gs y s t e mi n c l u d e s ： ap a i ro fw o r kr o l l e ra n dap a i rs u p p o r ts p a r ep a r ta n ds oo nr o l l e r a sw e l la s t h e i rb e a r i n gs e a t ，w h e nar o l l i n gm i l l so u t p u tr e a c hf i f t yt h o u s a n d st o n ，i t s h o u l db ec h a n g e dr o l l i n gm i l l ，i t ss u p p o r t i n gr o l l e r s ( o rw o r k i n gr o l l e r s ) m u s t b eg r i n d e da g a i n f o rt h es a k eo fr o l ls t e e l sn a t u r a lw o r k i n g ，o n er o l l i n gm i l l n e e d st h r e er o l l e rs y s t e m sw h i c hb es p a r ep a r t s t h ec o m p a n yi n t r o d u c e st h eo l dl i b e r a t e da r e a1 ，6 0 0a n dn e w l y d e v e l o p e d a r e a2 1 5 0 c s pr o l l so v e rt h el i n em o r ea d v a n c e dl i a nz h u l i a n t or o l l o v e rt h e p r o d u c t i o nl i n e f o r t h e p r e s e n tw o r l di n i t c o n c l u d e sf 1 一f 7p r e c i s er o l l i n g m i l l s r o l l i n gm i l lb e a r i n gs e a tb ed e s i g n e da n dm a d eb ys m sd e m a g , i ti so n e o ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t so fr o l l i n gm i l l i t sh i g ho rl o wp r e c i s i o nw i l la f f e c t t h ep r o d u c t i o nq u a l i t yo fo u t p u td i r e c t l y i t sc o n f i g u r a t i o ni sm o r ec o m p l i c a t e d ， b e a r i n gh o l en e e d sh i g h e rp r e c i s i o n ，t h ed i f f e r e n c eo ft h ew a l lt h i c ki sl a r g e ，t h e t r a n s m u t a t i o no ft h et h e r m a l s t r e s si sn o te q u a l ，t h e s ew i l lw e n ta g a i n s te n g i n e r y p r o c e s s i n g ，m o r e o v e r ，t w os i d e s n e e d sh i g h e rt o l e r a n c eo fr o l l i n gh o l e i t s p r o c e s s i n gp r e c i s i o nw i l la f f e c t t h ea s s e m b l e dp r e c i s i o n t h es p a r ep a r t sb e i m p o r t e df r o mo v e r s e a sa l la l o n g ，i nv i e wo ft h i sk i n do fp r e s e n ts i t u a t i o n ，w e t h r o u g ht or o l l i n g m i l lb e a r i n gs e a tp r e c i s ep r o c e s s i n ge s s e n t i a l t e c h n o l o g y r e s e a r c h ，i m p r o v e d t h e b e a r i n g s e a t p r o c e s s i n gq u a l i t y ，h a s s a t i s f i e di t s o p e r a t i o nr e q u i r e m e n t s ，h a sa c h i e v e d t h ed o m e s t i c a l l yp r o d u c e ds u b s t i t u t i o n i m p o r tg o a l t h et e x tu s e sr o l l i n gm i l lb e a r i n gs e a t a ss t u d yo b je c t ，a tf i r s t ，b a s i s t h e b e a r i n gs e a t st e c h n o l o g yr e q u e s t ，a n a l y z et h ek e yt e c h n o l o g yo fr o l l i n gm i l l b e a r i n gs e a tp r e c i s i o np r o c e s s i n g ，v i z p r e c i s i o nc o n c l u s i o no fb e a r i n gs e a tb y t w os i d e s ，p r o c e s s i n gd e e pa n dl o n go i lh o l e ；s e c o n d l y ，a n a l y z et h ed i s t o r t i o n a l c a u s a t i o no fb e a r i n gc h o c k ，o fm i l lb e a r i n gh o l e ，v i z i n f e c t i o no ft e m p e r a t u r e ， h o s t i n g ，c u t t i n gf o r c e ，c r a f ts y s t e mr i g i d i t y a n dr e m a i n i n gs t r e s s a n a l y z i n g w i t ha n s y s ，t h ed i s t o r t i o n a lc a u s a t i o no fb e a r i n g h o l e b yt e m p e r a t u r e ， h o s t i n g ，c u t t i n g f o r c ea n dc r a f t s y s t e mr i g i d i t y ，p r o v i d e w i t h s c o p e o f 东北大学硕士学位垒查 一! 登二_ 一 _ - 一一 t e m p e r a t u r ea n dc u t t i n gf o r c ev a r i a t i o n ，d e g r e ea n dp o s i t i o no fc l a m p i n g f o r c e ， m o d ea n dt e c h n i q u eo fh o s t i n g ，e n s u r et h ed i s t o r t i o n a lo ft h eb e a r i n gc h o c ko f m i l lb e a r i n gh o l ew i t h i n t h er a n g eo ft o l e r a n c e t h e nb a s i s o nr e s u l to f a n a l y s i s ，w o r k o u tl o g i c a lp r o c e s s i n gc r a f t ，r e d u c ei n f e c t i o no fr e m a i n i n g s t r e s s ， d i f f e r e n c ei nt e m p e r a t u r ed u r i n gp r o c e s s i n g ，c u t t i n g f o r c e ，c l a m p i n g a n d h o s t i n g ，e n s u r ep r e c i s i o no ft h eb e a r i n g c h o c ko fm i l l ，b e a r i n gh o l ea f t e r d r o c e s s i n ga c c o r dw i t ht h er e q u e s t o fd r a w i n ga n du s e ，e n s u r eb e a r i n gb o t hs l d e 0 f t h e f a c e - s h a p e d h o l e g e o m e t r i c t o l e r a n c e t h r o u g h u s i n g n c s y s t e m ，p r o c e s s i n gd e e pa n dl o n gh o l eu s i n gv e n t e c w h i c hh a m a nd e e p h o l et e c h o n o g yc o p p r o v i d e d a tl a s t ，p r o c e s s i n ga n dm a n u f a c t u r et h e b e a r i n gc h o c ko fm i l lt h r o u g he x p e r i m e n t a t i o n ，m a t c h i n g a p p r o p r i a t et o o l ， i m p r o v eo np r o b l e md u r i n gp r o c e s s i n g ，s u mu p e x p e r i e n c e ，s o l i d i f yc r a f t p a r a m e t e r k e yw o r d s ：r o l l i n g m i l l b e a r i n g s e a t t e c h n o l o g y r e s e a r c h p r e c i s ep r o c e s s i n g e s s e n t i a l 东北大学硕士学位论文i f l 录 目录 第一章绪论1 1 1 课题来源与实际意义1 1 2 轧机轴承座的技术要求与国内外制造概况2 1 2 1 分析轧机轴承座轴承孔的技术要求2 1 2 2 分析两侧滑板面的技术要求2 1 2 3 分析轴承座油孔的技术要求5 1 3 本文研究的内容5 第二章a n s y s 7 0 慨述7 2 1a nsys 软件的主要功能7 2 2 a n sy s7 0 的求解过程8 2 2 1a n s y s 分析问题的基本流程9 2 2 2 a n s y s 实例分析12 2 3 本章小结14 第三章轧机轴承座的有限元分析16 3 1 轧机轴承座的实体建模和有限元模型16 3 1 1 轴承座结构的假设和简化16 3 1 2 实体建模和有限元模型16 3 2 轧机轴承座的计算分析19 3 2 1 分析夹紧力对轴承座内孔变形的影响19 3 2 2 分析温度对轴承座内孔变形的影响2o 3 2 3 分析切削力对轴承座内孔变形的影响21 3 2 4 分析综合载荷对轴承座内孔变形的影响23 3 3 本章小结24 第四章轧机轴承座孔加工工艺参数确定26 4 1 镗刀架确定26 4 2 刀具研究27 东北大学硕士学位论文 目录 4 2 1 刀具的耐用度2 7 4 2 2 刀具的切削用量2 8 4 2 3 轴承座加工刀具的选择3 1 4 3 切削力计算3 4 4 4 工艺系统刚度测定3 6 4 5 本章小结3 6 第五章轧机轴承座深孔加工工艺研究3 7 5 1 英国哈镘公司深孔钻系统3 7 5 2 v e n t e c 钻头( 枪钻) 3 9 5 2 1v e n t e c 钻头介绍3 9 5 2 2 麻花钻、深孔钻、枪钻孔加工设备各项参数对照4 0 5 3 轧机轴承座深孔加工41 5 4 本章小结42 第六章轧机轴承座精密加工关键尺寸控制4 3 6 1 滑板面及内孔位置和尺寸控制4 3 6 1 1 滑板面位置和尺寸控制4 3 6 1 2 内孔位置和尺寸控制4 3 6 2 滑板面螺纹孔和两端面螺纹孔加工4 4 6 2 1 滑板面螺纹孔程序4 4 6 2 2 端面1 2 m 1 2 螺纹孔程序4 5 6 2 3 端面1 8 m 2 4 螺纹孔程序4 5 6 3 本章小结46 第七章轧机轴承座机械加工工艺47 7 1 轧机轴承座加工工艺路线确定4 7 7 2 轧机轴承座加工基准的选择47 7 3 轧机轴承座机械加工热处理工艺确定4 8 7 4 轴承孔精加工余量确定4 9 7 5 详述轧机轴承座( 2 0 4 2 0 6 2 7 ) 机械加工工艺规程5 0 东北大学硕士兰堡笙查 里墨 _ _ _ - _ - _ - _ _ - - - _ _ _ _ _ i _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ - _ - i - _ _ _ _ _ - 一一 7 6 本章小结5 1 第八章结论5 2 参考文献5 3 致谢56 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源及实际意义 图1 1 轧机轴承座工作辊系示意图 f i g 1 1 r o l l i n gm i l lb e a r i n gs e a tw o r kr o l l e rs c h e m a t i cd r a w i n g 马钢在“十五”期间，从国外引进了冷、热轧薄板生产线，“十一五”规划 又新建一条全新汽车板线，都是世界上较为先进的连铸连轧生产线，其轧机 是四辊轧机。一台四辊轧机的辊系( 见图1 1 ) 包括：一对工作辊和一对支撑辊 以及它们的轴承座等零部件。当一台轧机的产量达到五万吨钢左右时，就需 要更换辊系，对支撑辊( 或工作辊) 辊身进行重磨。为保证轧线的正常工作， 一台轧机通常需要三套辊系作为备件，一条轧机生产线f 1 f 7 共7 台精轧机 组成，因此轧机轴承座的需求量很大。我公司从国外引进的轧机生产线轧机 轴承座由德国s m sd e m a g 公司设计并提供，是轧机中核心部件之一。轧机 轴承座形状复杂，精度要求高，壁厚差又很大，热应力变形不均，很不利于 机械加工。如果轴承座精度达不到技术要求，势必增大设备本身的振动，直 】 东北大学工程硕士学位论文第一章绪论 接影响到内部配装的进口轴承的寿命。一直以来，轴承座的备件都是从国外 进口，针对这种现状，我们通过对轧机轴承座精密加工关键技术的研究，提 高了轴承座的加工质量，以满足了其使用要求，达到了以国产替代进口的目 的。 1 2 轧机轴承座的技术要求及国内外制造概况 轧机工作辊轴承座和支撑辊轴承座的技术要求差不多，以下分析以工作 辊轴承座为例分析轧机轴承座的技术要求，技术要求见图1 2 ( a ) 和图1 2 ( b ) 。 1 2 1 分析轧机轴承座轴承孔技术要求 从图1 2 ( a ) 和图1 2 ( b ) 中看轧机轴承座轴承孔的技术要求为：轴承座内孔 的大小为f5 9 5 ( ：器；) m m ，圆柱度为o 0 2 m m ，表面粗糙度为r a l 6 ，轴承孔上 下壁厚为7 1 5 m m ，孔壁最薄，左右壁厚为1 7 1 5 m m ，孔至两侧圆弧处壁厚 为2 6 5 m m ，孔壁最厚。从轴承孔的要求可以看出，尺寸公差和圆柱度公差小， 轴承孔壁厚不均匀，相差比较大，很不利于机械加工。在加工中受夹紧力， 切削力，热变形和刀具磨损的影响，在加工完后受吊装和残余应力的影响， 造成轴承孔极易变形。国内许多制造厂家都尝试制作轧机轴承座，往往都是 轴承孔加工不过关。例如：江苏常熟某厂制作轴承座，因轴承孔变形造成1 6 个轴承座全部报废；上海某公司加工轴承孔时，集合全公司技术人员和技师 进行攻关，在数控立车上花费一个月才完成一件，后来，因轴承孔变形使开 发工作难以进行下去；我们马钢第二机制公司也遇到同样的问题。当然国内 成功解决轴承孔变形问题的也有，但厂家很少，据我们所知，太原重工、一 重、鞍山重机成功制造过轧机轴承座。轴承孔最终的精加工方法各个厂家也 不一样，有的用磨削，有的直接采用车削或镗削加工出来。在国内的期刊杂 志上，专门对轧机轴承座制造加以研究和工艺方面的论文很少，搜索到的是 轧机的振动方面和轧机轴承寿命方面的论文。但随着科技的发展，随着数控 机床的普及和新一代刀具的出现，随着我们对轧机轴承座轴承孔变形研究的 深入，轧机轴承座轴承孔变形问题基本得到了解决，为国家和公司节约大量 的成本和外汇。 1 2 2 分析两侧滑板面的技术要求 2 东北大学工程硕士学位论文第一章绪论 o t x 4 u 1 马一 + 一一 年 、一 闵土占d 、 ，1 甲一 丫弋多 n t o i om 一+ l 、 ot o ! j 卜 _ 厂j 、 丫k歹 t 0 仨司 图1 2 ( a ) 6 0 6 2 7 工作辊轴承座 f i g 1 2 ( a ) 6 0 6 2 7b e a r i n gs e a to fw o r kr o l l e r 3 ij川p 图1 2 ( b ) 6 0 6 2 7 工作辊轴承座 f i g 1 2 ( b ) 6 0 6 2 7b e a r i n gs e a to fw o r kr o l l e r 4 一一由 t副叫上鱼tj湖1 东北大学工程硕士学位论文第一章绪论 从图1 2 ( a ) 和图1 2 ( b ) 中看轧机轴承座滑板面的技术要求为：两侧滑板面 尺寸为8 5 0 m m ( _ o ) m m ，对轴承孔的对称度为0 2 m m ，尺寸公差比较容易控 制，用外径千分尺测量即可，关键是滑板面对轴承孔的对称度比较难控制， 在普通机床上靠人工测量控制风险太大，随着数控机床的应用与检测系统的 升级，对称度的控制比较容易实现。 1 2 3 分析轴承座油孔的技术要求 从图1 2 ( a ) 和图1 2 ( b ) 中看轧机轴承座油孔的技术要求为：油孔直径为 fl l m m ，深度为3 6 6 m m ，长径比为3 3 2 7 ( 长径比大于5 时称为深孔) ，加工 时，排屑、冷却润滑和导向是工艺上三个突出的问题。国内由于受机床的限 制，长径比大于1 0 的细长油孔加工一直是一个难题，效率也不高，国内钻 头很难满足要求。随着高转速数控机床与新型钻头的应用，大长径比深孔加 工的研究有所突破，国内加工深孔的厂家越来越多，如山西太原重工，一重、 鞍山重机、江苏常熟恒发、马钢二机。 排屑和冷却问题的解决办法是：向切削区注入高压切削液进行冷却润 滑、切削液沿回流通道流出时将切屑和绝大部分切削热带出。而导向问题则 因钻杆细长刚度差，只能依靠钻头工作部分自身导向，钻头的结构、刀齿及 导向块的配置和几何参数等都是重要影响因素。深孔钻的形式有外排屑硬质 合金单齿( 刃) 深孔钻、内排屑硬质合金单齿深孔钻、机夹硬质合金错齿深孔 钻和硬质合金喷射钻四种。 1 3 本文研究的内容 本文以轧机轴承座为研究对象，针对机械加工过程中遇到的轴承孔变 形、两侧滑板面与轴承孔的位置关系和深长油孔加工问题加以研究，这也是 轧机轴承座精密加工关键技术。为此本文开展如下几个方面工作： ( 1 ) a n s y s 7 0 慨述； ( 2 ) 轧机轴承座的实体建模，运用a n s y s 7 0 分析温度、装夹、吊装、切 削力、工艺系统刚度对轴承孔变形的影响，从而在工艺上和实际加工中控制 温度和切削力，选择正确的装夹和吊装方式，选用工艺系统刚度好的机床和 选配合适的刀具加工轧机轴承座轴承孔，减少轴承孔的变形，使其变形控制 在公差范围内； 5 东北大学工程硕士学位论文 第一章绪论 ( 3 ) 采用合理的热处理工艺和加工工艺，减少残余应力对轴承孔变形的影 响，通过试验确定轴承孔加工工艺； ( 4 ) 两侧滑板面与轴承孔的位置关系控制； ( 5 ) 深长油孔加工； ( 6 ) 轧机轴承座的机械加工工艺和加工； ( 7 ) 轧机轴承座机械加工成果展示。 6 东北大学工程硕士学位论文 第二章a n s y s 7 0 慨述 第二章a n s y s 7 0 慨述 a n s y s 是一种应用广泛的工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是 在机械结构系统受到外力负载时所出现的反应，如应力、位移和温度等，根 据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设 计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受到的负载也相当多，理 论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。 由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，a n s y s 软件在工程上应 用相当广泛，在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能达到某 种程度的可信度。 2 1a n s y s 软件的主要功能 a n s y s 软件提供了不断改进的功能清单，包括结构高度非线性分析、 电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利 用a n s y s 参数设计语言扩展宏命令功能。a n s y s 分析领域如下： ( 1 ) 结构静力分析 用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻 尼对结构的影响并不显著的问题。a n s y s 程序中静力分析不仅可以进行线 性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应 变及接触分析。 ( 2 ) 结构动力学分析 结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静 力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的载荷及其对阻尼和惯性的影响。 a n s y s 可进行的结构动力学分析的类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、 谐波响应分析及随机振动响应分析。 ( 3 ) 结构非线性分析 结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。a n s y s 程 序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线 性3 种。 ( 4 ) 动力学分析 7 。 东北大学工程硕士学位论文 第二章a n s y s 7 0 慨述 a n s y s 程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响其主要作用 时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中有此 产生的应力、应变和变形。 ( 5 ) 热分析 程序可处理热传递的三种基本类型，即传导、对流和辐射。热传递的三 种类均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料 固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热一结构耦 合分析能力。 ( 6 ) 电磁场分析 主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场 分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。 ( 7 ) 流体动力学分析 a n s y s 流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。 分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率，并且可以利用后处 理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。 ( 8 ) 声场分析 程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在 流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应， 研究音乐大厅的声场强度分布或预测水对振动船体的阻尼效应。 ( 9 ) 压电分析 用于分析二维或三维结构对交流、直流或任意随时间变化的电流或机械 载荷的响应。 ( 1 0 ) 多耦合场分析 热一结构、磁一热、磁一结构、流体一热、流体一结构、热一电或电一 磁一热一流体一结构。 2 2a n s y s 7 0 的求解过程 a n s y s 软件构架分为两层，如图2 1 所示，一是起始层( b i g i nl e v e l ) ，二 是处理层( p r o c e s s o rl e v e l ) 。这两个层的关系为：使用命令输入时，由起始层 进入处理器，可通过斜杠加处理器名称，如p r e p 7 、s o l u 、p o s t l ，处理器间 的转换通过f i n i s h 命令回到起始层，然后可进入想要到达的处理器位置，处 8 东北大学工程硕士学位论文第二章a n s y s 7 0 慨述 理器可视为解决问题步骤中的组合命令。 图2 1a n s y s 处理器间的转化 f i g2 1t r a n s f o r m a t i o nb e t w e e na n s y sp r o c e s s o r 2 2 1a n s y s 分析问题的基本流程 a n s y s 解决问题的基本流程：前处( p r e p r o c e s s i n g ) - - - * 求解( s o l u t i o n ) - - - 后处理( g e n e r a lp o s t p r o c e s s i n g ) ( 1 ) 前置处理p r e p 7 ( g e n e r a lp r e p r o c e s s i n g ) ( a ) 建立有限元模型所需输入的资料，如节点坐标、单元内节点排列次序等。 ( b ) 定义材料属性。 ( c ) 进行网络划分( 节点及单元，生成有限元模型) 。 ( 2 ) 求解s o l u ( s o l u t i o np r o c e s s i n g ) ( a ) 施加载荷。 ( b ) 施加边界条件及求解。 ( 3 ) 后处理p o s t l ( g e n e r a lp o s t p r o c e s s i n g ) 和p o s t 2 6 ( t i m e d o m a i n p o s t p r o c e s s i n g ) p o s t l 用于静态结构分析、屈曲分析及模态分析，将求解所得的部分结 果，如变形、应力、内力等资料，通过图形接口以各种不同表示方式把变形 图、应力图等显示出来。p o s t 2 6 仅用于动态结构分析，用于与时间相关的 时域处理。 9 东北大学工程硕士学位论文 第二章a n s y s 7 0 慨述 ( 4 ) 结果处理 ( a ) 检查分析结果。 ( b ) 检查分析结果。 在得到检验分析结果后，如果检验结果正确，则分析的问题得到解决。 如果检验结果与实际工程系统比较误差较大，则需要提供改进分析方案，重新 回到前处理进行分析 ( 5 ) 分析过程最常用命令 ( a ) 定义分析标题。 命令： t i t l e ，t i t l e g u i ： u t i l i t ym e n u f i l e c h a n g et i t l e ( b ) 单位制。 命令： u n i t s ，l a b e l 该命令用来表示分析时所采用的单位，l a b e l 表示系统单位， l a b e l = s i ( $ _ 制，公尺、公斤、秒) ；l a b e l - c s g ( 公制，公分、公克、秒) ； l a b e l = b f t ( 英制，长度= f t ) ；l a b e l = b i n ( 英制，长度= i n ) 。 注意：此命令不提供菜单操作。 ( c ) 进入前处理模块。 命令： | p r e p 7 g u i ： m a i n 压e n u p r e p r o c e s s o r ( d ) 定义单元类型e t 。 命令： e t ，i t y p e ，e n a m e ，k o p t l ，k o p t 2 ，k o p t 3 ，k o p t 4 ，k o p t 5 ，k o p t 6 ，i n o p r 该命令是由a n s y s 单元库中选择某个单元并定义该结构分析所使用的 单元类型编号，i t y p e 为单元类型的编号，e n a m e 为a n s y s 单元库德名称， 即所选择的单元类型，k o p t l k o p t 6 为单元特性编码。 g u i ： 1 0 东北大学工程硕士学位论文 第二章a n s y s 7 0 慨述 m a i nm e n u p r e p r o c e s s o re l e m e n tt y p e a d d e d i t d e l e t e ( e ) 定义材料的属性m p 命令： m p ，l a b ，m a t ，c 0 ，c 1 ，c 2 ，c 3 ，c 4 该命令定义材料的属性( m a t e r i a lp r o p e r t y ) ，材料属性为固定值时，其值为 c o ，当随温度变化时，由后4 个参数控制。l a b 为材料属性类别，任何元素 具备何种属性在单元属性表中均有详细的说明，如杨氏模量 ( l a b = e x ，e y , e z ) 、密度( l a b = d e n s ) 、泊松比( l a b = n u x y , n u x y z ，n u z x ) 、 剪切模量( l a b = g x y , g y z ，g x z ) 、热分析中热膨胀系数( l a b = a l p x ，a l p y , a l p z ) 等。m a t 为对应于e t 所定义的号码( i t y p e ) ，表示该组 属性属于i t y p e 。 g u l ： m a i nm e n u p r e p r o c e s s o r m a t i a lp r o p s i s o t r o p i c ( f ) 定义实常数。 命令：r ，n s e t ，r 1 ，r 2 ，r 3 ，r 4 ，r 5 ，r 6 “实常数”，即某一单元的补充几何特征，如梁单元的截面积，壳单元的 厚度。所带的参数必须与单元表的顺序一致。 g u i ： m a i nm e n u p r e p r o c e s s o r r e a lc o n s t a n t s ( g ) 单元列表。 命令： e l i s t 该命令是将现有的单元资料，以直角坐标系统列于窗口中，使用户可以 检查所建立的单元属性是否正确。 g u i ： u t i l i t ym e n u l i s t e l e m e n t ( h ) 进入求解模块。 命令： s o l u g u i ： m a i nm e l l n s 0 1 u t i o n s o l v e c u r r e n ti ，s 1 1 东北大学工程硕士学位论文第二章a n s y s 7 0 慨述 ( i ) 进入后处理p o s t l 模块。 命令： p o s t l g u i ： m a i nm e n u g e n e r a lp o s t p r o c e s s o r 2 2 2 a n s y s 实例分析带有3 个圆孑l 的平面支座分析 带有3 个圆孔的平面支座，几何图形如图2 2 所示。现在要分析在大孔 中沿y 轴的负方向加一个集中力，在该集中力作用下平面支座的变形和变形 动画。首先建立平面支座的实体模型，接着对实体模型进行网格划分，形成 的有限元模型如图2 3 所示。利用命令行通过建立模型、求解和后处理得到 整个平面支座的应力及变形动画。平面支座的应力图如图2 4 所示。 2 2 平面支座几何图形 f i g 2 2p l a n es u p p o r tg e o m e t r i cf i g u r e 2 3 平面支座的有限元模型 f i g 2 3p l a n es u p p o r tf i n i t ee l e m e n tm o d e l 1 2 东北大学工程硕士学位论文 第二章a n s y s 7 0 慨述 2 4 平面支座的应力图 f i g 2 4p l a n es u p p o r ts t r e s sd i a g r a m 平面支座分析命令流： ! c o m 带3 个圆孔的平面支座分析 finish!退出以前的模块 c l e a r ，s t a r t! 清除系统中的所有的数据，读入启动文件的设置 filname ，ex2 2 1 指定所有数据的文件名 t i t l e ，2 dp l a n es t r e s sb r a c k e t prep7 b l c 4 ，0 ，0 ，8 0 ，1 0 0 c y l 4 ，8 0 ，5 0 ，5 0 c y l 4 ，0 ，2 0 ，2 0 c y l 4 ，0 ，8 0 ，2 0 b l c 4 ，2 0 ，2 0 ，2 0 ，6 0 a a dd ，al l c y l 4 ，8 0 ，5o ，3 0 c y l 4 ，o ，2 0 ，1 0 c y l 4 ，0 ，8 0 ，1 0 asba ，6 ，all e t ，1 ，p l a n e 8 2 key opt ， 1 ，3 ，3 1 进入前处理模块 ! 生成矩形平面 ! 布尔加运算，将所有的面加在一起 ! c y l 4 命令生成需要挖孔的3 个柱体 ! 挖孔 ! 定义材料类型为平面8 2 号单元 ! 带有厚度的平面应力单元 1 3 东北大学工程硕士学位论文第二章a n s y s 7 0 慨述 r ，1 ，20 1 定义实常数 mp ，ex ，1 ，20 0000 1 定义材料杨氏模量 mp ，prxy ，1 ，0 31 定义材料泊松比 aesize ，all ，7 1 定义单元尺寸 amesh