机械零件有限元分析——实验报告

1、中南林业科技大学 机械零件有限元分析 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 年级： 2013 级 班级： 机械一班 姓名： 杨政 学号： 20131461 I 一、实验目的 通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握 在ANSYS系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设 置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处 理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能 及其在机械设计领域中的作用。 二、实验内容 实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元 建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第 二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载

2、、求解及后处理的综 合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行 分析的能力。 专业资料 实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析 对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为1.0 xio8Pa, 空 心球体的内径为 0.3m，外径为0.5m，空心球体材料的属性：弹性模量2.1 X1011，泊松比 0.3。 承受内压： 1.0 X108 Pa 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图） 1、进入 ANSYS t cha nge the worki ng directoryinto yours t in put job name: Sphere 2、选择单元类型 A

3、NSYS Main Menu: Preprocessor t Element Type t Add/Edit/Delete t Add t select Solid Quad 4node 42 t OK (back to Element Typeswindow) t Options t select K3: Axisymmetrict OK t Close (the Element Typewindow) 3、定义材料参数 ANSYS Mai n Me nu: Preprocessor t Material Props t Material Models t Structural t Line

4、ar t Elastic t Isotropic t in put EX:2.1e11, PRXY:0.3 t OK 4、生成几何模型生成特征点 ANSYS Main Menu:Preprocessor t Modeling tCreate t Keypoints tIn Active CS t依次输入四个点的坐标：in put : 1(0.3 , 0), 2(0.5 , 0) , 3(0 , 0.5) , 4(0, 0.3) t OK 生 成球体截面 ANSYS 命令菜单栏：Work PlaneChange Active CS toGlobal Spherical ANSYS Main Me

5、nu:Preprocessor t Modeling tCreate t Lines t In Active Coord t 依次连接1,2,3,4点生成4条线t OK Preprocessor t Modeling t Create t Areas t Arbitrary t By Lines t依次拾取 四条线t OK ANSYS 命令菜单栏：Work PlaneChange Active CS toGlobal Cartesian 5、网格划分 ANSYS Main Menu : Preprocessort Meshingt Mesh Tool t(Size Controls) line

6、s:Set t拾取两条直边:OK t in put NDIV: 10 t Apply t拾取两条曲边：OK t in put NDIV: 20 t OK t (back to the mesh tool window) Mesh: Areas, Shape: Quad , Mapped t Mesh t Pick All (in Picking Menu)t Close ( the Mesh Tool window) 专业资料 6、模型施加约束给水平直边施加约束 ANSYS Mai n Menu:Solution Define Loads Apply Structural Displaceme

7、 nt t On Lin es 宀拾取水平边：Lab2: UY OK 给竖直边施加约束 ANSYS Mai n Menu:Solution t Define Loads t Apply t Structural t Displaceme nt Symmetry B.C. t On Lines t拾取竖直边 t ok给内弧施加径向的分布载 ANSYS Mai n Menu: Solution t Define Loads t Apply t Structural t Pressure t On Lin es t拾取小圆弧；OK t in put VALUE:1e8t OK 7、分析计算 ANSY

8、S Main Menu:Solution t Solve t Current LS t OK (to close the solve Curre nt Load Step wi ndow) t close 8、结果显示 ANSYS Mai n Me nu:Ge neral Postproct Plot Results t Deformed Shapet select Def + Un deformed t OK (back to Plot Results win dow) Contour Plott Nodal Solu t select: DOF solution, 分别选 X-Comp o

9、nent of displaceme nt + Deformed Shape with un deformed model; Y-Comp onent of displaceme nt + Deformed Shape with un deformed model; Displaceme nt vector sum + Deformed Shape with un deformed model. Con tour Plott Nodal Solu Stress 下分别选 X-Comp onent of stress + Deformed Shape with un deformed model

10、; Y-Comp onent of stress + Deformed Shape with un deformed model;Z-Comp onent of stress + Deformed Shape with un deformed model; Von mises stress + Deformed Shape with un deformed model. 查看各后处理结果的数据并回答最后面的问答题。 专业资料 实验二、轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理 实验目的：学习创建实体模型的方法，工作平面的平移及旋转，布尔运算（相 减、粘接、搭接等），基本网格划分，基本加载、

11、求解及后处理。 问题描述：下图为一轴承座，具体尺寸见课本 128页。已知轴承座的材料属性 为：弹性模量为3 xi07psi，泊松比为0.3。轴承座承受的载荷如下图所示，试 分析轴承座的变形及内部应力分布状态。 圆孔下半部分的内表面承受向下作用力 （3500 +学号后两位X 5） psi. 具体步骤：1、创建基座模 型 生成长方体 Main Menu : PreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions输入 x仁0 , x2=3 , y仁0 , y2=1 , z仁0 , z2=3 平移并旋转工作平面 Utility Me nuWorkPla

12、neOffset WP by In creme nts X,Y,Z Offsets 输入 2.25，1.25，0.75 点击 Apply XY，YZ，ZX Angles 输入 0，- 90 , 0。点击 OK。 创建圆柱体 Main Menu : PreprocessorModelingCreate VolumesCylinder Solid Cyli nder Radius 输入 0.375 , Depth 输入一1.5，点击 OK。 拷贝生成另一个圆柱体 Main Menu : PreprocessorModeling CopyVolume拾取圆柱体，点击 Apply , DZ输入 1.5

13、，然后点击OK。 从长方体中减去两个圆柱体 Main Menu : PreprocessorModeling OperateBooleansSubtract Volumes ，首先拾取被减的长方体，点击Apply，然后拾取减去的两个圆柱体，点击 OK。 使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致 Utility Me nuWorkPla neAlig n WP with Global Cartesia n 2、创建支撑部分 Utility Menu: WorkPla ne - Display Worki ng Pla ne (toggle on) 专业资料 Main Menu: Preprocessor

14、 - Modeli ng-Create - -Volumes-Block - By 2 corners & Z在创建实体块的参数表中输入下列数值： WP X = 0 WP Y = 1 Width = 1.5 Height = 1.75 Depth = 0.75 OK Toolbar: SAVE_DB 3、偏移工作平面到轴瓦支架的前表面 Utility Me nu: WorkPla ne - Offset WP to - Keypo ints + 1. 在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点 2. OK Toolbar: SAVE_DB 4、创建轴瓦支架的上部 Main Menu: Preproc

15、essor - Modeli ng-Create - Volumes-Cyli nder - Partial Cyli nder + 1) .在创建圆柱的参数表中输入下列参数： WP X = 0 WP Y = 0 Rad-1 = 0 Theta-1 = 0 Rad-2 = 1.5 Theta-2 = 90 Depth = -0.75 2) . OK 专业资料 Toolbar: SAVE_DB 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 Main Menu: Preprocessor - Modeli ng-Create - Volume-Cyli nder - Solid Cyli

16、 nder + 1）输入下列参数: WP X = 0 WP Y = 0 Radius = 1 Depth = -0.1875 2）拾取 Apply 3）输入下列参数: WP X = 0 WP Y = 0 Radius = 0.85 Depth = -2 4. ） OK 6、从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔 Main Menu: Preprocessor - Modeli ng -Operate - Boolea ns -Subtract - Volumes + 1. 拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。单击Apply 2. 拾取大圆柱（Radius = 1 的圆柱）作为“减”去

17、的对象。单击 Apply 3. 拾取步1中的两个体，单击 Apply 4. 拾取小圆柱体（Radius = 0.85 的圆柱），单击 OK Toolbar: SAVE_DB 合并重合的关键点: ，将Label设置为 -Main Menu Preprocessor Numberi ng Ctrls Merge Items Keypoints ”，单击 OK。 7、创建一个关键点在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点 -Main Menu Preprocessor -Modeli ng Create Keypo ints KP betwee n KPs + ?拾取如图的两个关键点，单击OK ?

18、 RATI = 0.5 ，单击OK 专业资料 8. 创建一个三角面并形成三棱柱 Main Menu Preprocessor -Modeli ngCreate -AreasArbitrary Through KPs + 1. 拾取轴承孔座与整个基座的交点； 2. 拾取轴承孔上下两个体的交点； 3. 拾取基座上第7步建立的关键点，单击0K,完成三角形侧面的建模； 法向拖拉三角面形成一个三棱柱； Main Menu Preprocessor -Modeli ng Operate Extrude Areas Al ong Normal + ?拾取三角面，单击OK 5. 输入DIST = 0.15，厚

19、度的方向是向轴承孔中心，单击0K Toolbar: SAVE_DB 9. 关闭 work ing pla ne display. Utility Me nu: WorkPla ne - Display Worki ng Pla ne (toggle off) 10 沿坐标平面镜射生成整个模型. Main Menu: Preprocessor - Modeli ng-Reflect - Volumes + 1. 拾取All 2. 拾取 Y-Z plane ，单击 OK Toolbar: SAVE_DB 11.粘接所有体 Main Menu: Preprocessor - Modeli ng-Op

20、erate - Boolea ns-Glue - Volumes + 拾取 All Toolbar: SAVE_DB 12 . 定义单元类型1为10-节点四面体实体结构单元 (SOLID92) Main Menu: Preprocessor - Eleme nt Type - Add/Edit/Delete . 1. Add 2.选择 Structural-Solid, 并下拉菜单选择“ Tet lONode 92”单击 OK 3. Close 13定义材料特性 Main Menu: Preprocessor - Material Props - Material ModelsStructur

21、al Lin ear Elasticlsotropic. 1. EX: 30e6 2. PRXY : 0.3，单击 OK。 Toolbar: SAVE_DB 14. 用网格划分器 MeshTool将几何模型划分单元 Main Menu: Preprocessor - Mesh in gMeshTool. 1 .将智能网格划分器(Smart Sizing)设定为 “on ” 2. 将滑动码设置为“ 6 ”。(可将其设置为“ 5 ”或更小值来获得更密的网格) 3. 确认 MeshTool的各项为：Volumes , Tet , Free 4. 单击Mesh按钮 5. 单击Pick All 按钮 6

22、. 关闭 MeshTool Toolbar: SAVE_DB 15. 约束四个安装孔 Main Menu: Soluti on - Define Loads-Apply - Structural-Displaceme nt -Symmetry B.C. -O n Areas + 1. 绘出 Areas (Utility Menu: Plot- Areas) 2. 拾取四个安装孔的 8个柱面(每个安装孔包括两个面)，单击OK。 说明：在拾取时，按住鼠标的左键便有实体增亮显示，拖动鼠标时显示的实体随之改变， 此时松开左键即选中此实体。 16 .整个基座的底部施加位移约束(UY=0) Main Me

23、nu: Solution - Loads-Apply - Structural-Displacement - on Lines + 1. 拾取基座底面的所有外边界线，拾取对话框中的“ count ”应等于6，单击OK。 2. 选择UY作为约束自由度，单击 OK。 17. 在轴承孔圆周上（沉孔底面）施加推力载荷 Main Menu: Soluti on - Define Loads-Apply - Structural-Pressure - On Areas + 1. 拾取轴承孔上宽度为.15 ”的所有面 2. OK 3. 输入面上的压力值“ 800 +学号后两位X 5 ”，单击Apply 4 . Utility Menu: PlotCtrls - Symbols 5 .用箭头（arrow ）显示压力值，（“Show pres an