有限元课程设计--- 壁式空调支撑架受力有限元分析.doc

课 程 设 计 报 告课题名称 机械结构与有限元法 壁式空调支撑架受力有限元分析摘要： 由于空调的大量使用，空调支撑架的结构及性能也显得越来越重要，基于此，我从理论力学的角度用有限元软件分析其受力情况，并对其应力集中的地方进行结构补偿，没有应力的地方，尽量节省材料。从结构方面不断改进，从性能方面不断提升，使之更美观，更实用。引言： 随着气候的无常的急剧变化，空调已经成为人们的日常生活中的必备品，已经走进了绝大多数人家。然而，安装空调已然进入了我们的考虑范畴，从能源及成本的角度考虑如何能够使用最少、最轻的建材还能够保证安全，已经成为我们更应该关注的问题。由此，我从受力方面对其简单的模型进行分析，并对分析结果中应力较大处可以增加材料或肋板等措施来加强，使之能够保证受力安全，对于分析结果中应力较小甚至没有应力的地方，进行结构的改进，使之更加节省材料。正文：考虑用来支撑空调的钢支架（E=2.1e11，v=0.3）。支架的尺寸根据空调的大小有所不同，可按照比例适当选取，由于空调的整体重量几乎全部都集中在两个横梁上，故其载荷可以视为固定线载荷。支架在墙壁上的固定方式为螺栓固定，故为双点载荷约束。在给定的约束和负载下，分析其变形的形状，同时确定支架上主应力和von Mises应力。建模分析过程：1、 分析问题： 给模型为平面受力有限元分析，有两个螺栓固定将其固定在墙上，故为两个节点约束，空调的整个重量几乎都均布在整个支撑架上，故将其视为固定线载荷。2、 建立有限元模型 （1）添加标题 启动ANSYS，选择FileChange Jobname输入ywb作为以后分析文件的前缀。 选择结构分析：GUI：Main MenuPreferencesStructural （2）选择单元 GUI：Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAdd 在对话框左侧选择Solid选项，在右侧列表选择Quad 8 node 82 选项，即为8节点 本研究课题所用单元类型为带厚度平面应力分析，因此分析类型设定为Plane strs w/thk类型：GUI：Preprocessor MenuElement Type Add/Edit/Delete Options. 在K3项后面下拉菜单中选“Plane strs w/thk”。（3） 定义常实数 GUI：Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/DeleteAdd. 取单元厚度为0.03m，在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值为0.03。（4） 定义材料属性 GUI：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models Structural Linear ElasticIsotropic在弹出的对话框中输入材料参数：杨氏模量（EX）：2.lell 泊松比（PRXY）：0.3（5） 创建实体模型 创建矩形1GUI：Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy 2 corners,在弹出的对话框中输入原点坐标（0,0）和板宽50、板高40图1 同样的方法创建矩形 2原点坐标（10,0）和板宽40、板高30。图2 两块方板做差集运算GUI：Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas,选定大矩形，点“OK”；再选中小矩形，若选不中，可点击右键，用去掉选择法选取，点“OK”即可。图3 差集运算后的截面（6） 对支撑架的截面进行网格划分 GUI：Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool，弹出Mesh Tool（网格工具）。单击“Lines”域中的“Set”按钮，打开线选择对话框，要求选择定义单元划分数的线。在图上选择最上面的线，单击“Apply”按钮，弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框。在这个对话框的“No.of element divisions”文本框中输入10，即将这条边分成10份。同理，处理其他边。在“Mesh”域中选择“Areas”选项，在“Shape”选项中选择“Free”选项，单击“Mesh”按钮。出现“Mesh Areas”对话框，单击“Pick All”，ANSYS将按照对线的控制进行网格划分。期间如出现警告信息，不用管它。截面划分网格后如图所示图4 划分网格后3、 施加载荷并求解（1） 施加载荷及约束 GUI：Main MenuSolutionDifine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes选择左侧边上安装螺栓的两个点，单击Pick对话框中的OK按钮。图5 施加约束弹出“Apply U，ROT on Nodes”对话框，选择“All DOF”。图6单击“OK”按钮。 GUI：Main MenuSolutionDefine LoadsApply StructuralPressureOn Lines选择上面的边，单击“OK”按钮，在弹出Apply PRES on Lines 对话框中，键入载荷值100（此载荷的大小可根据空调的重量作适当的改变）。图7单击“OK”按钮图8 施加载荷（2） 求解GUI：Main MenuSolutionSolveCurrent LS图9 求解当前载荷步确认对话框单击“OK”按钮，弹出“Note”窗口。如图10。图10 提示求解完成查看状态窗口中的信息，然后单击“Close”。图11 命令流文件4、后处理：查看分析结果（1）进入通用后处理读取分析结果GUI：Main MenuGeneral PostprocRead ResultsFirst Set（2） 图形显示变形 GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot resultDeformed Shape。图12 选择显示样式 在“Plot Deformed Shape”对话框中选择“Def+undeformed”，单击“OK”，得到下图。图13 变形图 （3） 显示等效应力等值线图，操作如下 GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu Stressvon Mises stress图14 等值线显示节点数据对话框单击“OK”按钮。图15 von Mises等效应力分布图（4）查看变形过程动画 菜单PlotCtrlsAnimateDeformed ResultsStressvon Mises SEQV单击“OK”按钮，自动生成avi动画文件。5、保存工程及所有文件，并退出ANSYS软件。结论：经过对模型的建立及分析可知：在该结构的拐角处，相对应力比较集中，且应力最大，故我们应该在此处设立一个三角辅助支撑架，将此处的应力分散到整个三角架上；此外在两个固定螺栓孔处也存在着应力集中，故也应该在此处设立加强肋板，增加对弯矩的承受力。参考文献：ANSYS 10.0机械设计高级应用实例（第2版）王庆伍 左昉 胡仁喜 机械工业出版社对有限元课程的意见及建议：有限元分析课程为我们机械类学生大四的选修课程，但很多同学由于考研或者找工作等原因不愿意选择上课，其实有限元法为机械行业中的必学必懂的基本技能，在以后的工作应用中，尤其是产品的开发过程中，有限元分析发挥着无可比拟的作用，所以我认为有限元课程相当的重要，对我们将来的发展有很大的帮