多载荷作用下的阶梯轴分析

实验项目（课题）教学实施方案第次课第周星期第节授课日期年月日实验项目（课题名称）：多载荷作用下的阶梯轴分析计划学时2实验类别：1.演示型2•验证型丿3•综合型4•设计性5•其它实验目的：通过本次实验掌握静力分析的基本方法和技巧。实验要求：材料为40Cr的阶梯轴尺寸，采用两个约束的简支梁结构支撑，根据材料力学知识可以得出两键槽中间部分受弯扭组合变形，轴承支承左端只受弯曲，大键槽受径向力2KN,小键槽受径向力3KN，作用在两端的转矩为2KN.M。其中轴的大截面D=40mm、d=35mm，求解出应力和位移的分布云图，材料参数：弹性模量E=210Gpa,泊松比0.3实验设施：计算机、Ansys软件知识点：静力分析。实验内容一、建立分析模型1、建立分析项目进入ansys的主界面（MechanicalAPDL）（1）工作名更改GUI:File>ChangeJobname，弹出ChangeJobname对话框，在文本框中输入axis，应用Log文件和错误文件，选中下面的复选框，完成后单击Ok按钮。（2）更改工作标题GUI：File>ChangeTitle，弹出ChangeTitle对话框，在框中输入axis，完成后单击Ok按钮。2、导入几何模型GUI:Utilitymenu>import>iges,选中连杆模型axis.igs导入3、设置单元选择单兀，GUI：MainMenu>preprocessor>elmenttype>add/edit/delete>add，选择structuralmass>solid>brick20node186,确定。单击apply>mass>3dmass21,单击ok关闭对话框。命令ET,1,Solid186!定义单元ET,2，mass21!添加质量单元4、定义质点质量GUI：MainMenu>preprocessor>realconstants>add/edit/delete，在实常数对话框中单击add按钮，选mass21,单击ok按钮。在实常数设置对话框中设置MassX为1e2,单击ok按钮，再单击Close按钮。5、创建材料模型创建材料模型，输入必要参数，弹性模量EX,泊松比PRXY和质量密度DENS。GUI：MainMenu>preprocessor>materialprop>materialmodel>structure>linea>elastic>lsotropic输入弹性模量EX,泊松比PRXY如图命令：MP,EX,1,2.1e8MP,PRXY1,0.3!定义材料6、通过工作平面切割体，切出40mm宽的体模拟轴承的约束。分别在x正方向移动160和120工作面，切出40mm宽的体模轴承的约束。>GUI：workplane>offsetwpto>xyzlocation，在输入框中输入160,0,0,单击ok结束。GUI:MainMenu>modeling>operate>boolean>divide>volubywrkplan>同样，按照此法操作切出x=120,y=0,z=0处的体，效果如图。（切体的工作面为xy面,工作面的旋转可以通过workplane>offsetwpbyincrements进行调整，本题需要xz面旋转90度才能用xy进行截面）。GUI:workplane>offsetwpbyincrements,在x,y,zoffsets输入0,0,174,然后用GUI:MainMenu>modeling>operate>boolean>divide>volubywrkplan切出体积。命令：wpoffs,0,0,174!工作平面z方向偏移174.VSBW,1由工作平面切出体，1代表要切的体的代号。5、划分网格（1）略方法划分中间切出的轴承接触部分的网格GUI：MainMenu>preprocessor>Meshing>meshtool，弹出Meshtool对话框，单击Global后的set所示的对话框，设置如图所示。命令ESIZE,5!设置网格尺寸为5选取扫略方法划分六面体网格（2）自动划分剩余部分的网格GUI：MainMenu>preprocessor>Meshing>meshtool，选中smartsize（自动划分尺寸），调整下方滑块到4,单击mesh，选择三部分体积进行划分。6、建立刚性区域>创建加载节点GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>node>inactivecs,输入Node，Number=70000,x=0,y=0,z=0,单击ok按钮。>改变默认单元属性GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>element>elemattributes,选择elementtypenumber为2Mass21,realconstantssetnumber为1,单击ok按钮。>创建质点单元GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>element>autonumbered>Thrunode,在左狈9拾取对话框输入70000，单击ok按钮。>过滤节点GUI：utilityMenu:select>entities，分别设置为Node>bylocation>xconrdinates>min,max输入“0,0”，单击ok，选中“x=0”的所有节点（端面节点）。>生成刚性区GUI:MainMenu>preprocessor>couping/ceqn>rigidregion,在左侧的拾取对话框输入70000，单击apply按钮，再单击pickall按钮，弹出选择耦合求解选项，选择rotationsrxyz，单击ok按钮，端面上节点与质量节点完成耦合。二、模型求解（1）模拟轴承施加约束GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>displacement>onareas,选择Y、Z两个方向的位移约束，单击ok结束约束，分别选取两次对应添加UX,UY约束，单击ok完成。（2）在靠近小键槽的端面添加固定约束GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>displacement>onareas,在图形中选择小键槽一侧端面，在施加约束的对话框中选择ALLDOF,单击ok确定。施加大键槽径向载荷。添加载荷选取面再在面中选中所有点。过滤节点GUI：utilityMenu:select>entities,选取areas>bynum/pic>fromfull,单击ok点选到欲加载荷的面，select>entities>nodes>attachedto>areas,all>fromfull,设置点完成。通过主菜单plot>nodes或areas查看是否选对，选取面上的点效果如图。GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>force/moment>onnodes>pickall，单击ok加载，在FY方向加载2e6。命令Q,all,FY,2e6同样的方法施加小键槽径向载荷。在FY方向加载3e6。施加扭矩GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>force/moment>onnodes，在左侧拾取对话框的输入区中填写70000，单击ok按钮，在加力/力矩对话框中选择MX,设置value=2e6，单击ok按钮结束，其中转矩的方向是轴向的。计算当前模型

GUI:MainMenu>solution>solve>currentLS,计算完成后会弹出提示信息框结果后处理显示等效应力云图GUI:MainMenu>GeneralPostProc>plotresults>contourplot>nodalsolu,弹出contournodalsolutiondate对话框，选择stress>vonmissstress,单击ok按钮。NODAL3OLHTIQN1220"GUI:MainMenu>solution>solve>currentLS,计算完成后会弹出提示信息框结果后处理显示等效应力云图GUI:MainMenu>GeneralPostProc>plotresults>contourplot>nodalsolu,弹出contournodalsolutiondate对话框，选择stress>vonmissstress,单击ok按钮。NODAL3OLHTIQN1220"22:05:073TEP=13UB=1TIME=13EQVl：AVG}CKX=11.1236=^^s.s-ag3XX=.7a5E+a7„157E+07.aiSE+U?-47CE+Q7.215E+&7.J51E+Q7..545H+D7小结：阶梯轴是机械传动中常见的部