差速器壳三维造型及有限元分析.doc

潍坊学院毕业论文 I 汽车差速器壳的三维造型及有限元分析汽车差速器壳的三维造型及有限元分析 摘要 摘要 差速器壳设计是汽车设计中最重要 承载最复杂的运动件之一 对差速器 壳的强度分析一直受到设计者的重视 由于差速器壳的几何形状 边界条件和作用载 荷都非常复杂 按照传统的方法进行试验研究难度较大 这就要求我们采用新的研究 方法来研究和分析差速器壳 本文通过运用 PROE 绘图软件 绘制差速器壳三维实体模型 然后运用 ANSYS 分析 软件对差速器壳进行强度分析 通过对差速器壳模型进行网格划分 差速器壳负载及 边界条件的设定 计算求解得出差速器壳应变分布图及应力分布图 从而找出差速器 壳易破坏部位 寻找到提高差速器壳强度的措施 设计差速器壳时 取用较大的过渡 圆角 以提高其疲劳强度 关键词关键词 差速器壳 强度 PROE ANSYS 潍坊学院毕业论文 II Abstract The differential case is one of the most important motion parts which bears the most complex load and continuously the differential case intensity analysis is valued by the designers It is much too difficult to carry on the experimental study by the traditional method for the geometry shape of differential case boundary condition and extremely complicated function load so a new research technique to study and analyze differential case is requested to use PROE cartography software is utilized in this thesis to protract semiaxix three dimensional full scale mockups then the intensity analysis for the differential case by using ANSYS analysis software is carried on The differential case strain distribution map and the stress distribution map are obtained through carrying on the grid division the differential case load and the boundary condition hypothesis to the differential case model thus the exposed destructive position in the differential case can be discovered and some ways are seeked to enhance the differential case intensity When designing the differential case the bigger transition fillet can be used to enhance the anti fatigue strength Key word differential case Intensity PROE ANSYS 潍坊学院毕业论文 III 目 录 1 1 引 言 1 1 1 课题的背景 1 1 2 差速器壳的研究现状 1 1 3 课题的主要研究内容及意义 1 2 差速器壳的三维实体建模 2 2 1 Pro ENGINEER 概述 2 2 1 1 Pro ENGINEER 系统简介 4 2 1 2 Pro ENGINEER 系统特点 4 2 1 3 Pro ENGINEER 的应用现状 4 2 2 Pro ENGINEER 的工作环境和系统设置 4 2 2 1 硬件要求 5 2 2 2 操作系统设置 5 2 2 3 基本功能 7 2 3 差速器壳 三维实体建模过程 9 3 差速器壳强度的有限元分析 23 3 1 ANSYS 概述 23 3 1 1 ANSYS 简介 23 3 1 2 ANSYS 的主要功能和技术特点 24 3 1 3 ANSYS 的系统要求 24 3 1 4 ANSYS 的基本分析过程 24 3 1 5 ANSYS 的发展和应用 25 3 2 ANSYS 菜单和窗口介绍 25 3 3 基于 ANSYS 差速器壳 强度分析 27 结论 32 潍坊学院毕业论文 IV 参考文献 33 致谢及声明 34 潍坊学院毕业论文 1 1 引 言 1 1 课题的研究背景 差速器壳是汽车设计中最重要 承载最复杂的运动件之一 对差速器壳的强度分 析一直受到设计者的重视 确定差速器壳应力应变状况的方法有两种 一是利用模拟 或模型试验以至零件的实际试验来确定 二是利用计算来确定 在利用计算来进行强 度分析时 传统的截断简支梁法和连续梁法由于作了太多简化 因此难以保证计算精 度 随着有限元计算技术的发展 用有限元法对差速器壳进行强度分析已成为差速器 壳设计 校核分析中常用的方法 目前 随着计算机软硬件水平的提高 分析模型的 建立渐渐趋向实际 提高了模拟计算的精度 更好地模拟工程实际情况 1 2课题的主要研究内容及意义 该课题主要通过运用 PROE 绘图软件 绘制重型汽车差速器壳三维实体模型 然后 运用 ANSYS 分析软件对差速器壳进行强度分析 通过对差速器壳模型进行网格划分 差速器壳负载及边界条件的设定 计算求解得出差速器壳应变分布图及应力分布图 找出差速器壳易破坏部位 寻找提高差速器壳强度的措施 为以后的差速器壳设计和 开发打下良好的基础和提供准确而可靠的理论依据 同时 有限元方法的应用为大幅 度提高差速器壳应力的计算精度提供了条件 它们将是今后我们进行各种强度计算的 主要手段之一 在毕业设计的过程中 我们应当充分发挥自己的主观能动性 积极思 考 勇于创新 开阔自己的思维方式 为将来的学习和工作打下良好的基础 潍坊学院毕业论文 2 2 汽车差速器壳的三维实体建模 2 12 1 Pro ENGINEERPro ENGINEER概述概述 2 1 12 1 1 Pro ENGINEERPro ENGINEER 系统简介系统简介 Pro ENGINEER 是美国参数技术公司 Parametric Technology Corporation 于 1988 年率先推出的以参数化为基础 以三维造型为设计模式的 CAD CAE CAM 系统 其 最新版本 Pro ENGINEER Wildfire 于 2003 年正式发布 由于其强大的功能 现已广泛 应用于电子 通信 机械 模具 工业设计 汽车 自行车 航天 家电 玩具等各 个行业 成为提供工业解决方案的有力工具 随着 Pro ENGINEER 的推广和应用 在国 内外市场形成了十分热烈的 3D 设计新局面 Pro ENGINEER 可谓是个全方位的三维产品 开发软件 集合了零件设计 产品组合 模具开发 数控加工 钣金件设计 铸造设 计 造型设计 自动测量 机构仿真 应力分析 产品数据库管理功能于一体 模块 众多 Pro ENGINEER 作为三维造型设计系统 是一套由设计至生产的机械自动化软件 其功能强大 用途广泛 是新一代 Pro ENGINEER 系统软件 它以尺寸驱动 特征建模 全参数设计 单一全关联的数据库 虚拟现实及多数据接口等优点改变了传统的设计 观念 使设计工作直观化 高效化 精确化和系统化 成为目前图形分析领域的新标 准 与传统的图形分析系统仅提供绘图工具不同 Pro ENGINEER 提供了一套完整的机 械产品解决方案 包括工业设计 机械设计 模具设计 钣金设计 加工制造 机构 分析 有限元分析和产品数据库管理 甚至包括了产品生命周期 是多项技术的集成 产品 Pro ENGINEER 的主要特征有 1 3D 实体模型 2 单一数据库 3 基于特征的 参数化实体建模 4 行为建模技术 5 机构设计技术 6 强大的装配功能 7 NC 加工 8 二次开发技术 2 1 22 1 2 Pro ENGINEERPro ENGINEER 系统特点系统特点 Pro ENGINEER 作为一种全参数化的计算机辅助设计系统 与其他计算机辅助设计 系统相比拥有许多独特的特点 充分了解这些特点后能够正确理解其设计理念 使产 品的设计不仅能够满足要求 而且具有很强的弹性和灵活性 下面简要介绍其中主要 潍坊学院毕业论文 3 的 5 个特点 1 三维实体造型 Pro ENGINEER 是一个实体建模器 允许在三维环境中工作 通过各种造型手段达 到设计目的 能够将用户的设计思想以最逼真的模型表现出来 用户能够更直接地了 解设计的真实性 避免了传统设计中点 线 面构成几何的不足 2 以特征造型为基础 Pro ENGINEER 是一个基于特征的实体建模工具 系统认为特征是组成模型的基本 单元 实体模型是通过多个特征的创建完成设计 也就是说实体模型是特征的叠加 3 参数化 Pro ENGINEER 是一个全参数化的系统 几何形状和大小都由尺寸参数控制 在产 品设计过程中使用的所有尺寸参数与物理参数都存放于单一的数据库中 可随时修改 这些尺寸参数并可对设计对象进行分析 计算出模型的体积 面积 质量 惯性矩等 特征之间存在着相依的关系 即所谓的 父 子 关系 使得某一特征的修改 同时 会牵动其他特征的变更 可以运用强大的数学运算方式 建立各特征之间的数学关系 使得计算机能够自动地计算出模型应有的形状和固定位置 4 相关性 Pro ENGINEER 创建的三维零件模型以及由此产生的二维工程图 装配部件 模具 仿真加工等 它们之间双向关联 采用单一的数据管理 既可以减少数据的存储量以 节约磁盘空间 又可以在任何环节对模型进行修改 同时与模型相关的对象也会自动 修改 保证了设计数据的统一性和准确性 也避免了因反复修改而花费的大量时间 5 系列化 Pro ENGINEER 能够依据创建的原始模型 通过家族表改变模型组成对象的数量或 尺寸关系 建立系列化的模型 这也是建立国家标准件库的重要手段之一 2 1 32 1 3 Pro ENGINEERPro ENGINEER 的应用现状的应用现状 Pro ENGINEER 在各行各业中的应用越来越广泛 越来越深入 虽然和 Pro ENGINEER 等二维绘图软件相比 Pro ENGINEER 的使用相对要难得多 但这并没有 阻止人们对它的学习 使用及开发 这也充分说明了 Pro ENGINEER 具有人们所渴望的 潍坊学院毕业论文 4 优良的性能和灵活多变的开发方法 1 连杆的计算机辅助设计系统 连杆设计过程中采用 Pro ENGINEER 做零件的参数化设计平台 用 Pro Mechnaic 做有限元分析平台 利用 VC 语言 经二次开发制成 该系统实施变结构 变参数设 计方法 将设计 分析 绘图等不同功能的模块有机结合 该文中设计和分析采用同 一数据库 避免了数据交换中可能发生的丢失和错误 2 叶轮叶片的实体造型 在设计叶轮叶片时 可从现有的水力设计 CAD 软件出发 利用数据预处理程序 结合 Pro ENGINEER 软件 较好地实现了叶轮叶片的实体造型 缩短了在 Pro ENGINEER 中重新建模的时间 且保证了加工出的叶轮更符合水泵性能要求 3 齿轮的造型设计 渐开线齿轮由于具有能保证特定传动比传动 受力方向不变等优点 被广泛应用 于航空 汽车 机床和自动化生产线等各种通用机械中 渐开线齿轮齿形比较复杂 一些低端的 CAD 软件必须通过编写程序才能完成它的造型 而在 Pro ENGINEER 环境下 则可以用多种建模方法来精确造型 方便快捷 还可以通过其内部的开发工具程序 Pro Program 添加简单的几句控制语句 人机交互地输入设计变量值 实现渐开 线齿轮自动化造型 4 汽车风扇模具设计 在传统的汽车风扇产品设计 模具设计和加工当中 往往是根据经验设计风扇外 形 通过手工做模来进行模具设计和加工 加工出来的产品 往往一次不能满足要求 这就要不断地修改产品设计 从而导致修模 有时整个模具都报费 这不仅使产品开 发周期加长 而且开发成本大大提高 利用 Pro ENGINEER 软件来实现三维设计 从而 大大地缩短了产品研发的周期 模具设计周期和加工周期 提高了产品设计的准确性 降低了产品开发和模具设计成本 2 22 2 Pro ENGINEERPro ENGINEER 的工作环境和系统设置的工作环境和系统设置 2 2 12 2 1 硬件要求硬件要求 虽然 Pro ENGINEER Wildfire 的软件说明书并没有对计算机硬件提出明确的要求 潍坊学院毕业论文 5 但为了保证软件安全 正常地使用 在安装系统时 最好按以下要求配置计算机硬件 CPU 1GHz 以上 内存 一般选择 256MB 如果经常设计复杂零件 大型装配 结构分析 运动 仿真或产生 NC 加工程序 则应选择 512MB 以上的内存 显卡 选择专业显卡 也可选择 NV GF2 或 ATI7500 以上的显卡 硬盘 由于软件的最小安装空间需要 900MB 全部安装则需要 2 3GB 的硬盘空 间 所以计算机的硬盘空间至少 3 0GB 显示器 一般选择 17 寸或 17 寸以上的显示器 鼠标 最好使用光电或机械三键滚轮式鼠标 2 2 22 2 2 操作系统设置操作系统设置 为了更方便地使用 Pro ENGINEER 软件 安装软件前需要对计算机进行系统设置 主要包括环境变量和虚拟内存的设置 设置方法如下 图 2 1 任务栏与开始菜单 图 2 2 系统属性 1 鼠标右击任务栏 选择 属性 系统显示如图 2 1 所示的对话框 在 开始 菜单 中选择 经典 开始 菜单 点击 确定 潍坊学院毕业论文 6 2 返回桌面 右击我的电脑图标 点击 属性 得到图 2 2 系统属性窗口 选择高级 点击环境变量 弹出环境变量对话框 3 环境变量对话框中选择 新建 弹出 编辑用户变量 对话框 如图 2 3 所示 图 2 3 编辑用户变量 4 在变量名文本框中输入 lang 变量值中输入 chs 然后点击 确定 完成对环 境变量的设置 图 2 4 性能选项窗口 图 2 5 虚拟内存窗口 5 在图 2 2 所示的窗口中选择性能框中的 设置 在弹出的对话框中选择 高级 如图 2 4 所示 在性能选项对话框中点击 更改 弹出虚拟内存对话框 如图 2 5 所示 6 在初始大小文本框中输入 1024 其值应至少达到物理内存的 2 倍 在最大 值文本框中输入 2048 其值应至少达到物理内存的 4 倍 设置完毕后 点击 确定 即可 潍坊学院毕业论文 7 图 2 6 Pro ENGINEER 工作界面 2 2 32 2 3 基本功能基本功能 Pro ENGINEER 系统安装完成后 双击桌面图标 回打开如图 2 6 所示的工作界面 工作界面中包括主菜单 导航器 IE 浏览器 图形显示区 模型工具栏 特征工具栏 特征元素工具栏 信息提示区 命令解释区 智能选取过滤器等 1 主菜单 主菜单位于窗口的顶端 集合了大量的 Pro ENGINEER 操作命令 主要有以下功能 管理设计模型文件 编辑设计模型 控制系统和设计模型的显示模式 插入各种组成 单元 对设计模型进行数学分析 在标准模块与其它应用模块之间进行切换等等 菜 单如图 2 7 所示 图 2 7 菜单栏 2 工具栏 模型工具栏位于主菜单的下方 包含了 Pro ENGINEER 用于模型操作的常用快捷方 式 在不同的工作模式下显示的快捷图标有所不同 工具栏中的各按钮的功能与菜单 栏中对应的命令功能相同 工具栏中的按钮可以通过 工具 定制屏幕 菜单命令 进行个人定义 如图 2 8 所示 潍坊学院毕业论文 8 图 2 8 模型工具栏 3 特征工具栏 特征工具栏位于窗口的右侧 它包含了 Pro ENGINEER 中用于创建特征的常见快捷 方式 在不同的工作模式下显示的快捷图标有所不同 特征工具栏中的按钮功能是创 建不同的特征 如图 2 9 所示 图 2 9 特征工具栏 图 2 10 导航器 图 2 11 浏览器 4 导航器 导航器一般位于界面的左侧 如图 2 10 所示 单击 可以收缩关闭导航器 也可 通过点击 来重新打开导航器 导航器的四个选项卡对应着四项基本功能 1 模型树选项卡可以以树的形式显示模型的各基准 特征等信息 2 文件夹浏览器选项卡可在其右侧的浏览器中显示该文件夹的所有文件 也可以 新建或删除文件夹 3 收藏夹选项卡可以收藏存储用户所选定的文件夹 也可以对其进行编辑 4 连接选项卡可连接快速访问有关 PTC 解决方案的页面和服务程序 潍坊学院毕业论文 9 5 浏览器 我们可以通过浏览器可以访问网站和一些在线的目录信息 还可以显示特征的查 询信息等 如图 2 11 所示 6 命令提示栏 命令提示栏可以提示命令的执行情况和下一步操作的信息 如图 2 12 所示 图 2 12 命令提示栏 2 32 3 三维实体建模过程三维实体建模过程 1 双击图标打开 Pro ENGINEER 程序 在打开的窗口 如图 2 13 所示 中选择 文件 新建 会弹出 新建 对话框 如图 2 14 所示 选择 零件 取 消使用缺省模板 点击 确定 在弹出的 新文件选项 对话框 如图 2 15 所示 选择 mmns part solid 点击 确定 图 2 13 初始窗口 潍坊学院毕业论文 10 图 2 14 新建 对话框 图 2 15 新文件选项 对话框 图 2 16 草绘 对话框 2 在打开的窗口中 选择拉伸按钮 选择 放置 定义 在图形显示区 中选择 right 面 弹出图 2 16 所示对话框 点击 草绘 进入草绘状态 根据图纸 的设计尺寸要求 在草绘界面中绘出图 2 17 后点击按钮 完成 草绘 检查无误 后 点击按钮 得到图 2 18 潍坊学院毕业论文 11 图 2 17 绘图结果 图 2 18 草绘图 潍坊学院毕业论文 12 图 2 19 旋转对话框 图 2 20 旋转 3 选择旋转工具 在窗口的左上角出现图 2 19 所示的对话框 以中间轴线为 对称轴旋转 360 度 击按钮 到图 2 20 所示的旋转图 4 选择倒圆角工具按钮 选择要倒角的部分 在窗口的左上角出现图 2 21 对 话框 输入数值 点击按钮 到图 2 22 示的倒角图 潍坊学院毕业论文 13 图 2 21 图 2 22 图 2 23 倒角 2 潍坊学院毕业论文 14 图 2 24 5 同理作图 2 23 6 作螺纹孔草绘图 作如图 2 25 所示 点击选择旋转工具 出现如图 2 25 所 示的对话框 输入数值 击按钮 到图 2 26 所示的旋转图 图 2 25 螺纹孔草绘 图 2 26螺纹孔草绘对话框 潍坊学院毕业论文 15 图 2 27 7 选择阵列按钮 出现如图 2 27 所示的对话框 输入所需的数值 击按钮 到图 2 28 所示的阵列图 图 2 28 潍坊学院毕业论文 16 图 2 29 8 侧边开口 在草图对话框中输入要切割的数值 点击拉伸 如图 2 29 所示 击按钮 得到图 2 30 所示的图形 潍坊学院毕业论文 17 图 2 30 潍坊学院毕业论文 18 图 2 31 9 点击选择需要镜像得部分实体 点击镜像按钮 选择中间轴为对称轴 点击完 成的到如图 2 31 所示的镜像图 潍坊学院毕业论文 19 图 2 32 10 开侧边孔 点击拉伸命令 如图 2 32 所示 出现 2 34 所示对话框 输入所 需数值 点击完成 得到如图 2 33 所示图形 潍坊学院毕业论文 20 图 2 33 侧孔 图 2 34 对话框 11 画肋板 在差速器壳的顶端面上画肋板 画出如图 2 35 所示的图形 点击 阵列按钮 出现如图 2 36 所示的对话框 输入所需数值 点击完成 得到如图 2 37 所示 图形 潍坊学院毕业论文 21 图 2 35 图 2 36 图 2 37 潍坊学院毕业论文 22 12 完成整个图形 潍坊学院毕业论文 23 第三章 差速器壳强度有限元分析 3 13 1 ANSYSANSYS 概述概述 3 1 13 1 1 ANSYSANSYS简介简介 ANSYS软件是融结构 流体 电场 磁场 声场分析于一体的大型通用有限元分析 软件 由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司开发 它能与多数 CAD软件接口 实现数据的共享和交换 是现代产品设计中的高级CAD工具之一 ANSYS 作为一种工程分析软件 主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应 例如应 力 位移 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 ANSYS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 颇获各界 好评 使用该软件 能够降低设计成本 缩短设计时间 软件主要包括三个部分 前处理模块 分析计算模块和后处理模块 前处理模块 提供了一个强大的实体建模和网格划分工具 用户可以方便地构造有限元模型 分析 计算模块包括机构分析 可进行线形分析 非线性分析和高度非线性分析 流体动 力学分析 电磁场分析 声场分析 压电分析以及多物理场的耦合分析 可模拟多种 物理介质的相互作用 具有灵敏性分析及优化分析能力 后处理模块可将计算结果以 彩色等值线显示 梯度显示 矢量显示 粒子流迹显示 立体切片显示 透明及半透 明显示等图形方式显示出来 也可将计算结果以图表 曲线形式显示或输出 3 1 23 1 2 ANSYSANSYS软件主要功能和技术特点软件主要功能和技术特点 ANSYS软件的主要功能有静力学分析 动力学分析 热力学分析 流体分析 藕合 场分析 结构优化等 当惯性和阻尼对结构影响不显著时 可用静力学分析求解稳态 外载荷引起的位移 应力 应变和力 也可以考虑结构的非线性特性 如大变形 大 应变 应力刚化 接触 塑性 超弹及蠕变等 动力学分析包括模态分析 谱分析 谐响应分析和瞬态动力学分析 主要用来分 析复杂结构在空间中的运动特性 并确定结构中由此产生的应力 应变和变形 热分 潍坊学院毕业论文 24 析包括稳态热分析 瞬态热分析 相变分析和热 结构耦合分析 可处理热传递的三种 基本类型 传导 对流和辐射 计算系统或部件由于热载荷引起的温度分布及热梯度 热流率 热流密度等参数 流体力学分析包括计算流体力学分析 层流 湍流和热流体 和声学分析 对流体 单元进行稳态或瞬态分析 ANSYS软件作为一个功能强大的结构分析和结构优化软件 具有多物理场耦合的功能 允许在同一模型上进行各种耦合计算 如 热 应力 磁 热 磁 结构 流体 热 流体 结构 热 电 电路耦合电磁场 电磁及压电耦合分析 等 通过定义设计变量 状态变量和目标函数等优化变量 可利用ANSYS的优化工具和 参数设计语言APDL对模型进行尺寸 形状 支撑位置 制造费用 固有频率 材料等 优化设计 ANSYS程序提供了两种优化的方法 零阶方法和一阶方法 对于这两种方法 ANSYS程序提供了一系列的分析 评估 修正的循环过程 同时 ANSYS作为一种应用型工程软件 有一些自己的技术特点 1 惟一能实现多场及多场耦合功能 2 唯一实现前后处理 分析求解及多场分析统一数据库的大型FEA软件 3 独一无二的优化功能 惟一具有流优化功能的CFD软件 4 融前后处理与分析求解于一身 强大的非线性分析功能 快速求解器 从微 机 工作站 大型机直至巨型机所有硬件平台上全部数据文件兼容 5 智能划分网格 多层次多框架的产品系列 从微机 工作站 大型机直至巨 型机所有硬件平台上统一用户界面 良好的用户开发环境 3 1 33 1 3 ANSYSANSYS的系统要求的系统要求 奔腾 处理器 安装Windouws 2000或Windouws XP操作系统 至少256MB内存 500MB自由硬盘空间 微软鼠标或与系统兼容的鼠标 2倍速光驱 内存交换空间大约为内存的两倍 TCP IP协议 3 1 43 1 4 ANSYSANSYS的基本分析过程的基本分析过程 潍坊学院毕业论文 25 一般而言 对于ANSYS的基本分析过程可以分为三步 即前处理 Processor 施加载荷和求解 Solution 以及后处理 Postprocessor 具体如下 1 前处理 1 建立或读入有限元模型 2 定义材料属性 3 划分网格 2 施加载荷和求解 1 施加负荷及设定约束条件 2 进行求解 3 后处理 1 查看分析结果并检查结果的正确性 2 对计算结果进行各种图形化显示 4 进行动态结构分析和与时间相关的时域处理 3 1 53 1 5 ANSYSANSYS的发展和应用的发展和应用 随着现代科学技术的发展 人们正在不断建造更为快速的交通工具 更大规模的 建筑物 更大跨度的桥梁 更大功率的发电机组和更为精密的机械设备 这一切都要 求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能 需要对结构的静 动 力强度以及温度场 流场 电磁场和渗流等技术参数进行分析计算 例如分析计算高 层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响 看看是否会发生破坏性事故 分析计算 核反应堆的温度场 确定传热和冷却系统是否合理 分析涡轮机叶片内的流体动力学 参数 以提高其运转效率 这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式往往是 不可能的 近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析 FEA Finite Element Analysis 方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供 了有效的途径 ANSYS软件作为一种融结构 热 流体 电磁 声学于一体的大型通用有限元软件 广泛用于核工业 铁道 石油化工 航空航天 机械制造 能源 汽车交通 国防军 工 电子 土木工程 生物医学 水利 日用家电等一般工业及科学研究 3 23 2 ANSYSANSYS 菜单 窗口介绍菜单 窗口介绍 潍坊学院毕业论文 26 1 应用命令菜单 下拉命令菜单如图3 1所示 其中包含各种应用命令 例如File 文件 Select 选择 List 列表 Plot 画图 PlotCtrls 图形控制 Workplane 工作平面 Parameters 参数控制 Macro 宏 Menuctrls 菜单 控制 和Help 帮助 图 3 1 应用命令菜单 2 命令行窗口 输入窗口是键入命令的地方 如图3 2所示 图 3 2 命令行菜单 3 主菜单 主菜单中包括各种功能命令 包括置前处理模块中使用的单元 截面 材料 结 合类型 网格划分等 求解模块中的载荷 约束 求解参数 求解等 还有后置处理 模块中的列表显示结果 图形显示结果等 主菜单如图3 3所示 图 3 3 主菜单 4 工具栏 工具条中放置最常用的功能 用户单击应用菜单MenuCtrls Edit Toolsbar可以自 己定义工具条按钮的功能 工具条如图3 4所示 潍坊学院毕业论文 27 图 3 4 工具栏 5 图形窗口 图形窗口显示当前处理的数据 包括前处理中的节点 单元等和后处理中的应力 应变分布等 6 视图控制窗口 视图控制窗口位于图形窗口的右侧 如图3 6所示 单击此处的按钮可以控制图形 窗口的视图角度 比例等 图 3 6 视图控制窗口 7 输出窗口 一切计算得到的结果都会在输出窗口显示 如图3 7所示 可以将输出窗口中的数 据拷贝到数据处理软件中作进一步处理 图 3 7 输出窗口 潍坊学院毕业论文 28 3 33 3 ANSYSANSYS 分析过程分析过程 找出某轻型车差速器壳体早期失效断裂的原因 我们对其进行了多种装配关系的对比 分析 从而为判断失效原因和结构改进提供理论依据 3 3 13 3 1 CADCAD 建模和有限元模型处理建模和有限元模型处理 采用三维设计软件工具绘制该零件的三维数模 以便于进一步的结构强度分析和优化 改进 模型见图 3 8 图 3 8模型 通过 ANSYS 软件专用接口将 CAD 三维数模读入 ANSYS WORKBENCH 分 析环境当中 3 3 23 3 2 材料特性及模型边界条件处理材料特性及模型边界条件处理 根据结构实际运动状态 边界条件选择在一字轴孔和一字轴销孔处 该零件材料为 QT450 10 弹性模量为 1 73e5MPa 泊松比为 0 3 密度为 7 0e3kg m3 屈服极限为 310MPa 抗拉强度为 450MPa 潍坊学院毕业论文 29 3 3 33 3 3 载荷处理载荷处理 根据设计载荷在模型上施加扭矩 3 3 43 3 4 工况定义工况定义 考虑到实际结构的装配间隙情况 分三种极限工况 一是销轴与销轴孔间隙大于一字 轴与一字轴孔间隙 二是销轴与销轴孔间隙等于一字轴与一字轴孔间隙 三是销轴与 销轴孔间隙小于一字轴与一字轴孔间隙 3 3 53 3 5 单元选择单元选择 考虑到该零件的断裂可能是由于局部应力集中过大造成的 本次分析采用实体单元 并尽量控制网格大小和密度 共划分为 269456 个节点 88192 个单元 得到 CAE 网格 模型如图 3 9 所示 图 3 9 网络模型 潍坊学院毕业论文 30 3 43 4 计算结果计算结果 3 4 13 4 1 三种工况最大应力值比较三种工况最大应力值比较 图 3 10 应力值比较 3 4 2