有限元轮子受力分析.doc

轮子受力分析1、问题描述如图4-92所示为轮子的2D平面图，该轮基本尺寸均为英寸，中间筋板上的孔有8个，圆周分布。现要分析该轮仅承受Y轴旋转角速度的作用下，轮的受力及变形情况。已知角速度为w=525rad/s，材料属性为弹性模量E=30106psi，泊松比为0.3，密度为0.00073 lb/in3。2、建模思路由于轮子的对称性，只要分析其中的1/8即可。这是一个3D问题，由于其复杂性，有必要采用自由网格划分和映射网格划分相结合，不能采用2D网格拖动生成3D网格。首先要建立3D模型，然后进行分割，使其中的一部分模型能够采用映射网格方式划分，其余部分可以自由网格方式划分。对划分网格部分的连接处进行网格转换，并施加对称约束和角速度。对其求解分析，输出结果。3、操作步骤（1）定义工作文件名和工作标题定义工作文件名：执行Utility Menu File Change Jobname命令在对话框中输入“Wheel Anal”并选择【New log and error files】复选框，单击OK按钮。定义工作标题：Utility Menu File Change Title,在对话框中输入“The Stress calculating of Wheel by angular velocity”，单击OK按钮。重新显示：Utility Menu Plot Replot。关闭三角坐标符号：Utility Menu PlotCtrls Windows Controls Windows Options，在对话框中的“Location of triad”下拉列表框中选择“Not Shown”，单击OK按钮。（2）定义单元类型及材料属性选择单元类型：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，在【Element Type】对话框中单击Add.按钮，在之后的【Labrary of Element Type】对话框中选择“Sbuctural Solid”和“Brick 8node45”选项，单击Apply按钮，选择“Brick 20node95”，单击Ok按钮，然后单击Close按钮。设置材料属性：Main Menu Preprocessor Material Props Material Models，在【Define Material Models Behavior】窗口中双击【Material Model Available】列表中的“StructuralLinearElastic YIsotropic”选项，在弹出【Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1】对话框中输入“EX=3e11，PRXY=0.3”，单击OK按钮，双击打开Density，在对话框中的【DENS】文本框中输入“0.00073”，单击OK按钮，执行Material Exit命令。（3）建立2D模型生成3个矩形面：Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Rectangle By Dimensions，在对话框【Create Rectangle by Dimensions】中输入数据“X1=7.5,X2=8,Y1=0.5,Y2=3.75X”,单击Apply按钮，输入“5.5，7.5”及“1.5，2.25”，单击Apply按钮，输入“7.5，8.0”及“0.5，3.75”，单击OK按钮。面相加操作：Main Menu Preprocessor modeling Operate Booleans Add Areas，在拾取框中单击Pick All按钮。打开线编号：Utility Menu PlotCtrls Numbering，在【Plot Numbering Controls】对话框中选择【Line Number】复选框，单击OK按钮。显示线：Utility Menu Plot Line。Main Menu Preprocessor modeling Create Lines Line Fillet，在拾取框中拾取编号为14、7的线，单击Apply按钮，在弹出的【Line Fillet】对话录中的【RAD】文本框中输入“0.25”，单击Apply按钮。重复上述操作对线7与16、5与13、5与15执行倒角。打开关键点编号：Utility Menu PlotCtrls Numbering，在在【Plot Numbering Controls】对话框中选择【Keypoint Number】复选框，单击OK按钮。生成圆弧线：Main Menu Preprocessor modeling Create Lines Arcs By End KPsRad，在拾取框中拾取编号为12、11的线，单击Apply按钮。拾取圆弧的中心点（编号为10的点），单击Apply按钮，在弹出的【Arc by End KPsRadius】对话框中的【Radius of the arc】文本框中输入“0.4”，单击Apply按钮。重复上述操作，对编号为9、10及11的关键点生成圆弧，单击OK按钮。由线生成面：Main Menu Preprocessor modeling Create Areas Arbitrary By Lines，在拾取框中拾取编号为6、8、2的线，单击Apply按钮。拾取编号20、19、21的线，单击Apply按钮。重复上述过程，对线“22、24、23”、“17、18、12”、“11、25”、“9、26”进行生成面的操作，单击OK按钮。面相加：Main Menu Preprocessor modeling Operate Booleans Add Areas，在弹出的拾取框中单击Pick All。保存结果数据文件：Main Menu File Save As，在对话框中输入“Wheel_Anal_2D”，单击OK按钮。（4）通过拖动生成3D模型定义两个关键点用来定义旋转轴：Main Menu Preprocessor Create Keypoints In Active CS ，在【Create key points in Active Coordinate System】中输入“NPT=50，X=0，Y=0，Z=0”单击Apply按钮，输入“NPT=51，X=0，Y=6，Z=0”，单击Ok按钮。2D拖动生成3D：Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas About Axis，在弹出的拾取框中单击Pick All，然后拾取编号为50、51的关键点，单击Ok按钮。在【Sweep Areas About Axis】中的【Arclengh ih degree】文本框中输入圆弧角“22.5”，在【NSEG】文本框中输入“1”，生成的实体由一块体积组成。关闭线编号显示：Utility Menu PlotCtrls Numbering，在【Plot Numbering Controls】对话框清除【Line Number】复选框，单击OK按钮。改变视图方向：Utility Menu PlotCtrls Pan，Zoom，Rotate，在工具栏【Pan-Zoom-Rotate】中单击Iso按钮。（5）生成圆柱孔显示工作平面：Utility Menu WorkPlane Display Working Plane。移动工作平面：Utility Menu WorkPlane Offset WP toKeypoints，在拾取框中拾取编号14、16的点，单击OK按钮。旋转工作平面：Utility Menu WorkPlane Offset by Increments，在Offset工具栏中的文本框“XY，YZ”和“ZX Angle”分别输入“0，-90，0”，单击OK按钮。生成一个实心圆柱体：执行Main Menu Preprocessor Create Cylinder By Dimension，在弹出的对话框中的【RADI】文本框中输入“0.45”，在【Z1】【Z2】文本框中分别输入“1”“-2”，单击OK按钮。体相减操作：Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Volumes，在拾取框中拾取编号为V1的体，单击OK按钮。然后拾取编号为V2的体，单击OK按钮。保存结果数据文件：Utility Menu File Save as，在弹出【Save as】对话框中【Save As】对话框输入文件名“Wheel Anal_3D”，单击Ok按钮。（6）划分有限元网格移动工作平面与全局坐标一致：Utility Menu WorkPlane Align WP with Global Cartesian。移动工作平面到关键点：Utility Menu WorkPlane Offset WP toKeypoints，在拾取框中拾取编号为19的关键点，单击Ok按钮。旋转工作平面：分别在“Offset Wp”工具栏中的“XY”、“YZ”和“ZX Angle”文本框中输入“0”“-90”“0”后回车。用工作平面切分体：Main Menu Preprocessor Modeling Operate Divide Volu by Workplane，在拾取框中单击Pick All按钮。显示体：Utility Menu Plot Volumes。移动工作平面到关键点：Utility Menu WorkPlane Offset WP toKeypoints，在拾取框中拾取编号为13的关键点，单击Ok按钮。用工作平面切分体：Main Menu Preprocessor Modeling Operate Divide Volu by Workplane，在拾取框中单击Pick All按钮。显示体：Utility Menu Plot Volumes。设置单元尺寸：Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool，在划分网格工具栏中单击Set按钮，在弹出的【Global Element Sizes】对话框中的【Size】文本框输入“0.25”，单击OK按钮。采用映射网格生成单元：选择划分网格工具栏中的“Hex”“mapped”单选按钮，单击Mesh按钮，在拾取框中拾取V1，V2，V3，V5，单击Ok按钮。改变单元类型：单击划分网格工具栏中的第一个Set按钮，在弹出的【Meshing Attributes】对话框中的【Element Type Numbe】下拉列表框中选择“SOLID95”选项，单击OK按钮。设置单元尺寸：单击划分网格工具栏中的第一个Set按钮，在对话框中的【Size】文本框中输入“0.2”，单击Ok按钮。采用自由网格划分单元，选择划分网格工具栏中的第一个Tet和Free单选按钮。单击Mesh按钮，在拾取框中拾取编号V6的体素，单击OK按钮。转变单元类型：Main Menu Preprocessor Modify Mesh change Tets,在对话框中的下拉列表选中“95 to 92”选项，单击Ok按钮。显示SOLID95的四面体单元：Utility Menu Select Entities，弹出Select Entities工具栏。在上部的两个下拉列表框中选中“Elements”与“By Attributes”选项，选中【Elem Type num.】复选框，并在【Min，Max，Inc】文本框中输入“2”，单击Ok按钮。显示单元：Utility Menu Plot Plot Elements。保存有限元模型数据：Utility Menu Files Save As，在对话框的下拉列表中【save Database TO】下拉列表中输入文件名“T2_12.DB”，单击OK按钮。（7）施加载荷并求解 在面上施加对称约束：Main Menu Solution Define Loads Apply Displacement Symmetry B.COn Areas，在弹出的拾取框中拾取A20、A39、A7、A40、A26、A1、A15、A22、A3、A34、A41的面，单击Ok按钮，在对话框中单击OK按钮。在节点上施加UY=0的约束：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes，在拾取框中拾取编号为1的节点，单击OK按钮，在对话框中【Item to Constrained】下拉列表框中选择UY选项，单击OK按钮。选择所有实体：Utility Menu Select Everything。显示单元：Utility Menu Plot Plot Elements。施加旋转角速度：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Inertial Angular Velocity Global ，在对话框中的【OMEGY】对话框中输入“525”，单击OK按钮。选择PCG迭代求解器：Main Menu Solution Analysis TypeSol，n Controls，在对话框中选择“Pre-conditions CG”，单击Ok按钮。开始求解运算：Main Menu Solution SolveCyrrent LS，在提示框中执行FileClose，单击Ok按钮开始求解运算。出现对话框时单击Close按钮，完成求解运算。保存分析结果：Utility Menu File Save As，在对话框中输入“Wheel_RESU”，单击Ok按钮。（8）浏览分析结果显示变形形状：Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape，在弹出的【Plot Deformed Shape】对话框中的“Def+undeformed”单选按钮，单击OK按钮。显示节点位移云图：Main Menu General Postproc Plot Results Contour plot Nodal Solu，在弹出的【Contour Nodal Solution Data