11-1输入轴扭矩载荷分析

ByYushen基于中望3D与中望CAD的CADCAM技术项目十一有限元分析任务一输入轴扭矩载荷分析任务二拨叉压力载荷和振动频率分析项目十一有限元分析知识目标：1.了解结构仿真基本原理；2.掌握轴类零件静力学仿真方法；3.了解材料、约束、载荷、网格等对结果的影响；能力目标：4.能够根据要求对轴类零件进行静力学仿真；5.能够根据要求将仿真结果生成报告；6.能够新建、编辑、探测仿真结果；素质目标：7.通过零件静力学仿真，培养工程思维；8.通过对零件仿真操作，培养严谨工作作风。任务目标ByYushen01任务导入

2023年全国职业院校技能大赛数字化设计与制造（学生赛）竞赛任务书中要求对机构的输入轴进行有限元分析，输入轴结构如图11-1-1所示，两处要求为Ra1.6外圆面为轴承安装位，键槽处安装锥齿轮，定位孔处安装导轨轴，均为载荷，右端φ8为输入端，具体要求为：(1)输入轴材料为：某型号铝材，密度2700kg/m3，泊松比0.27，弹性模量8E+10N/m2（即8×10+10N/m2;(2)输入轴与轴承装配面设定为【滚轴/滑块】约束；(3)在输入端施加150Nm恒定扭矩，该扭矩可认为均匀施加在输入端圆柱表面；ByYushen01任务导入(4)对输入轴进行静力分析，可认为输入轴在扭矩作用下未发生扭转，即在输入轴两端施加了【固定】约束。请为上述输入轴划分适当的网格，进行受力分析，生成带有【应力云图】的pdf格式分析报告。图11-1-1输入轴ByYushen02任务分析线性静力分析是力学分析方法的一种，当载荷应用于物体上时，物体发生变形，载荷作用到整个物体上。外部载荷会引起物体的内力和反作用力，使物体达到静力平衡。线性静力分析计算在应用载荷作用下结构的位移、应变、应力和反作用力。本案例通过对输入轴的仿真，来了解中望仿真线性静力分析的步骤，得出在扭矩作用下轴的变形和应力变情况。具体步骤分解如下：ByYushen03任务步骤绘制模型报告结构仿真绘制模型03任务步骤绘制模型：按图11-1-1所示建立输入轴模型。03任务步骤结构仿真a.单位设置：单击【仿真>工具>】：在【单位管理】对话框中选择【MMKS】，【确定】。结构仿真03任务步骤b.新建仿真任务：单击【仿真>仿真任务>

】：在打开的对话框【新建结构仿真任务】中单击【静力学>静力】，点击√完成新建。即在绘图区建立页面【静力1】，同时在管理器区建立仿真树【静力1】。03任务步骤c.模型材料设置：右击【仿真树>静力1>零件>几何部件>S1(实体)】，点击【编辑材料】，打开对话框【材料库】；右键【本地】，然后点击【新建材料】打开对话框【新建材料】；如图所示设置材料的参数，并命名为【铝材】；点击【确认】，然后在对话框【材料库】中点击【确认】完成设置。结构仿真注意：剪切模量为自动生成，其余参数忽略。03任务步骤结构仿真d.约束设置：右击【仿真树>静力1>约束】点击【固定几何】，打开【固定约束】对话框；在【对象类型】中选择【几何】，【实体】中选择输入轴的两个端面，如图所示；点击【√】；同样右击【仿真树>静力1>约束】点击【滚轴/滑块】，打开【滚轴/滑块】对话框。在【实体】中选择输入轴的φ18.5和φ8两个圆柱面，如图所示；点击【√】。03任务步骤结构仿真

e.载荷设置：右击【仿真树>静力1>机械载荷】，点击【扭矩】打开对话框；【对象类型】中选择【几何】；【实体】中选择轴φ8圆柱面；【值】输入150N*m（注意单位选择）；【基准点】选择【两者之间】，DV工具设置为左视图，捕捉如图所示点1和点2，即找到他们连线中点为基准点；【方向】选择Z轴（轴向）；点击【√】。03任务步骤结构仿真f.生成网格：右击【仿真树>静力1>网格】，点击【生成网格】打开对话框；对该模型使用默认参数；点击【√】。03任务步骤结构仿真g.运行计算：右击【仿真树>静力1>结果】，点击【运行计算】，自动计算。显示最大总位移为0.3mm。03任务步骤报告a.新建结果显示：右击【仿真树>静力1>结果】，点击【新建结果显示】，即可按要求新建结果显示。03任务步骤b.编辑结果显示：右击【仿真树>静力1>结果>总位移】，点击【编辑】，打开【结果显示】对话框，改变【变形>系数】即更改显示比例，设置为1时为实际效果。报告03任务步骤报告c.编辑结果显示：右击【仿真树>静力1>结果>总位移】，点击【探测结果】，打开【探测结果】对话框，即可探测特定节点的位移，也可探测最大和最小位移位置。03任务步骤报告b.设置其余参数：输出报告：单击【仿真>后处理>】，打开【仿真报告】对话框，按要求设置报告类型【pdf】和输出地址，【发布】即得到生成的报告。04知识链接结构仿真的基本流程04知识链接结构仿真的基本流程04知识链接结构仿真的基本流程作为中望仿真软件的重要模块，结构仿真能够解决客户实际工程应用中的单个部件或者装配机构仿真问题，支持固定约束、滑杆约束、铰链约束和自定义约束等约束类型；支持力、压力、扭矩、重力、温度、热量、热流量、对流、辐射等多种载荷类型。支持在装配体和零件边界创建不同类型的接触对，可以选择指定主从组；并提供自动查找接触功能，可查找出指定几何体中最小距离在指定间隙内的所有相触面对，供创建接触对时参考。采用德劳内网格划分法和前沿推进法相结合的方式进行网格划分，可生成三角形、四边形、四面体、六面体等多种单元类型网格；可生成一阶或二阶单元；可以从边、面、体三个维度进行局部控制划分网格；在多几何体接触的情况下，可自动生成兼容网格；具备网格质量计算、显示功能。采用有限元法计算结构分析问题，包含静应力分析、模态分析、屈曲分析、热应力分析等基础结构分析模块，涵盖梁、壳、实体等单元类型。04知识链接结构仿真的基本流程下面解释仿真过程中出现的几个概念：①材料泊松比：泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。剪切模量：剪切模量，材料常数，是剪切应力与应变的比值。又称切变模量或刚性模量。质量密度：质量密度是对特定体积内的质量的度量，密度等于物体的质量除以体积。抗拉强度：抗拉强度是金属由均匀塑性形变向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。抗压强度：抗压强度指外力施压力时的强度极限。屈服强度：屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，也就是抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服现象出现的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。04知识链接结构仿真的基本流程

②约束固定约束：固定约束即限制所有的平移和转动自由度。滚柱/滑杆：滚柱/滑杆约束是指构件能在指定平面上自由的移动，但是不能在垂直于该平面的方向上移动。固定铰链：固定铰链约束应用于圆柱面，防止产生除绕轴旋转方向外的位移。自定义约束：自定义约束可以参考线（模型线和基准线）、平面（模型面和基准面）、圆柱面以及球面等来施加约束。③载荷力：属于集中力，作用于模型的点、边线或面。压力：属于分布力，作用于模型的面上。均匀压力沿着指定方向应用，并均匀分布于所有选定的面，可以沿垂直于选定面的方向或其他任意方向应用压力。04知识链接结构仿真的基本流程扭矩：作用于面，可通过基点和轴向来施加扭矩，按右手规则确定扭矩方向扭矩。重力：对零件或者装配体指定线性加速度，以供在结构分析和非线性分析中使用。温度：温度加载应用于热膨胀或热收缩（即温度应力）影响的系统，可以定义用于结构、热的温度边界条件。热量：能够对点、边线、面和零部件应用热量。热流量：热流量可施加在边线（仅对壳单元有效）、面上。热流量是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。只能应用于热力算例中。对流：对流可施加在边线（仅对壳单元有效）、面上。可以对热力算例（稳态或瞬态）中模型的所选边、面应用对流边界条件，您可以将温度曲线与对流系数相关联来模拟温度相关变