有限元分析轴承座

ANSYS 及其应用考核大作业及其应用考核大作业 学号 学号 109054339 姓名 高银川姓名 高银川 按图 1 尺寸建立轴承座的实体模型 孔到两边线距离均为 15mm 因结构 和载荷的对称性 只建立了一半模型 尽量采用六面体网格划分轴承座的单元 轴承座在下半孔面上作用正弦径向压力载荷 P1 式中 sinPP 01 rb F P r 2 0 为径向合力 为轴承孔半径 为轴承孔厚度 轴向均布压力载荷 P2 r Frb 径向合力取值 学号最后 2 位数字 100N 小于 1000N 时 02 4 0 PP r F 加上 1000N 要求 1 为何采用 Ansys 计算 2 建模过程 简单叙述 3 网格划分 简单叙述 列出分割后的实体图和网格图 并说明单元和节 点数 4 加载过程 详细叙述加载部位和加载过程 5 计算结果 列出米塞斯等效应力 第一主应力和变形图 并进行强度分 析 6 学习体会 一 采用 Ansys 计算的原因 随着现代工业的不断发展 人们对产品质量的要求逐步提高 传统的产品 设计技术目前已远远不能满足产品的功能和市场的要求 而现代设计技术是以 电子计算机为手段 以网络为基础 建立在现在管理之上 运用工程设计的新 理论 新方法 实现计算机结果最优化 设计过程高效化的设计技术 它是传 统设计技术的延伸和发展 它使传统设计技术发生了质的飞跃 有限元法已成为非常普及的数字化分析方法 国际上已发布了众多的有限元 分析软件 因此 甚至可以说只要你能够进行工程设计和画图 就可以进行有 限元分析 因此采用 Ansys 计算 很方便 很实用 二 建模过程 1 创建基座模型 1 生成长方体 2 平移并旋转工作平面 3 创建圆柱体 2 创建支撑部分 3 偏移工作平面到轴瓦支架的前表面 4 创建轴瓦支架的上部 5 在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备 6 从轴瓦支架 减 去圆柱体形成轴孔 7 创建一个关键点 8 创建一个三角面并形成三棱柱 9 关闭 working plane display 10 沿坐标平面镜射生成整个模型 11 粘接所有体 三 网格划分 网格划分是有限元分析的关键环节 有时候好的网格划分不仅可以节约计算 时间 而且往往是求解成功的钥匙 划分网格一般包括以下三个步骤 定义单 元属性 TYPE REAL MAT 制定网格的控制参数 生成网格 1 单元类型选择 由于对轴承座是进行三维实体的结构分析 故选择 10 节点的 Solid 95 单元 该单元类型能够用于不规则形状 而且不会再精度上有任何损失 它由 10 个节 点定义 每个节点 3 个自由度 x y z 方向 2 制定材料属性 指定线弹性材料的弹性模量 EX 3e7 泊松比 PRXY 0 3 3 划分网格 采用智能网格划分方式 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool 将智能网格划分器 Smart Sizing 设定为 on 并选择网格精度 SIZE 2 得到如下图所示 得到的轴承座 有限元模型的总单元数 21630 个 节点总数为 34519 个 四 轴承座加载过程 1 根据已知条件有 轴承座所受到的径向合力 Fr 39 100 3900N 轴承孔半径 r 17mm 轴承孔厚度 b 12mm 由于我们只截取一般模型进行结构分析 故半个轴承孔的径向均布载荷 2 3900 0 017 0 012 12176845Pa 而实际情况轴承孔所受并 rb r F P 2 0 非均布载荷 轴承孔最下部分受载荷最大 左右两腰部分所受载荷最下几乎为 零 即轴承孔面上所受压力载荷为非线性的 故 我们将它近似为 P1 0 75 P0 9132634Pa 轴向均布压力载荷 P2 0 4 P0 4870738Pa 2 轴承座的约束情况 根据实际结构和安装情况 轴承座是靠底座的四个螺栓孔与安装基座相连接 来实现固定的 此处为刚性约束 可以在其孔面上施加限制 X Y 方向的对称约 束 而在地面边线上施加 Y 方向位移为零的约束 这样与实际情况基本相符 3 具体模型加载步骤如下 1 约束四个安装孔 Main Menu Solution Define Load Apply Structural Displacement Symmetry B C On Areas 拾取 四个安装孔的 8 个柱面 OK 2 在整个基座的底部施加位移约束 Main Menu Solution Define Load Apply Structural Displacement on Lines 拾取基座底部的所有边线 选择 UY 作为约束自由度 OK 3 在导孔端面上施加推力载荷 面载荷 Main Menu Solution Define Load Apply Structural Pressure On Areas 拾取导孔 counterbore 上宽度为 3 的所有面 OK 输入面上的压力 值 28959276 Apply 4 在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷 Main Menu Solution Define Load Apply Structural Pressure On Areas 拾取宽度为 17 的所有柱面 OK 输入压力值 108597285 OK 最终得到的模型加载如下图 五 计算结果分析 1 Main Menu Solution Solve Current LS 审核状态文件中的信息 确认后 单击 OK 程序开始进行计算 2 米赛斯等效应力图 3 第一主应力图 4 变形图 5 强度分析 将结果进行扩展 得到整个模型的结果显示图 在底座边线上施加 UY 约束 可得到轴承座的第一主应力 轴承座的第一主应力基本都是压应力 即 1 0 最大处为 33 1MPa 只在两块腹板及底座内侧便于等几处表现为拉应力 1 0 从第一主应力图可看出轴承座大部分处于压应力状态 应力值在 0 77MPa 17MPa 之间 而在两块腹板与套筒托架相连处有应力集中 其值为 113MPa 六 学习体会 通过将近一段时间对 ansys 的学习 让我对 ansys 软件有了初步的了解 首先 有限元法作为数值计算方法在工程分析领域应用较为广泛的一种计算方 法 自 20 世纪中叶以来 以其独有的计算优势得到了广泛的发展和应用 已出 现了不同的有限元算法 ansys 软件在工程分析应用中得到了较为广泛的应用 我们作为机械专业的学生 了解和初步学会 ansys 软件的使用对我们机械 零件的设计有很大帮助 学会 ansys 软件是很