有關(guān)有限分析ansys畢業(yè)論文

1、本 科 畢 業(yè) 論 文 (2012屆)題 目 學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 108011118 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2012.5.20 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人 學(xué)號(hào) 聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文 ，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，與我一同工作的人員對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文作者愿意遵守浙江科技學(xué)院 關(guān)于保留、使用學(xué)位論文的管理辦法及規(guī)定，允

2、許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文被查閱。本人授權(quán) 浙江科技學(xué)院 可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫在校園網(wǎng)內(nèi)傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：簽字日期： 2012年 5月 20日 簽字日期：2012年 5 月20日I浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等曲率齒輪有限元彎曲應(yīng)力計(jì)算學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 浙江科技學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院摘 要本課題從實(shí)際生產(chǎn)中的一些冶金重載齒輪齒面發(fā)生嚴(yán)重塑性變形中得到啟發(fā)，認(rèn)為必然存在最適合齒輪接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的齒形,可以有效地減少齒輪在

3、工作中發(fā)生的這種塑性變形。經(jīng)縝密分析和深入研究，初步認(rèn)為這是等共軛曲率高階密切接觸的齒形，并分析了這種齒形的形成原理。本文通過有限元分析法來計(jì)算在參數(shù)以及載荷和約束相同的情況下普通漸開線齒形和等共軛齒形的彎曲應(yīng)力計(jì)算、比較和分析，驗(yàn)證了等曲率高階密切接觸的齒輪更能抵抗外部載荷的作用，應(yīng)力的分布比較分散。因此等曲率齒形更適合工業(yè)生產(chǎn)中的使用，同等材料和參數(shù)下可以承受更大的載荷，進(jìn)而相對(duì)于普通漸開線齒輪而言，塑性變形較小。本課題來自生產(chǎn)實(shí)踐，師法自然，并通過理論證明、總結(jié)和歸納，提出齒廓嚙合新概念，新方法，新方向。幫助解決了在機(jī)械工業(yè)中齒輪的易于塑性變形問題，減輕了工業(yè)生產(chǎn)中的難題，可以更有效地利

4、用齒輪。意在通過本課題把齒輪嚙合理論推到新的高度，作為代表21世紀(jì)的新的傳動(dòng)形式。關(guān)鍵詞：等曲率 有限元 彎曲應(yīng)力The curvature of conjugated gear finite element analysis of bending stress The students name: Guide teacher: School of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University of Science and TechnologyAbstractThis topic were inspired from the

5、 actual production of some of the gear tooth surface metallurgy overloaded serious plastic deformation, think there must be the most suitable tooth shape for gear contact strength and bending strength, can effectively reduce the gear in the work of the plastic deformation happened. After careful ana

6、lysis and deep research, preliminary think this is conjugate curvature high order in close contact with the tooth shape, and analyzes the forming principle of the tooth shape. This article through the finite element analysis method to calculate the bending stress with the same parameters and load an

7、d constraint of the two ordinary involute tooth shape and conjugate tooth shape , comparison and analysis, and verifies the curvature high order close contact and the gear are more resistant to the role of external load, the distribution of stress more decentralized. Therefore, tooth shape curvature

8、 more suitable for industrial production of use, the same materials and parameters can accept more of the load, and in comparison with common involute gear, plastic deformation is small. This topic from the production practice, the natural imitation, and through the theoretical proof, summarizes and

9、 induction, put forward the tooth profile meshing new concept, new methods and new direction. To help solve the mechanical industry in gear easy to plastic deformation problem and reduce the difficult problems of industrial production, can be more effective use of the gear. Through this topic to the

10、 gear meshing theory push to a new level, as a representative of the 21 st century new transmission form. Key words: Curvature finite element bending stress 目 錄中文摘要.英文摘要 目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11、. . . . . . . .第一章 緒論11.1 選題的背景與意義11.2研究的內(nèi)容與擬解決問題31.2.1研究的基本內(nèi)容：3第二章 有限元基礎(chǔ)理論與ANSYS應(yīng)用52.1有限元法及ANSYS介紹52.1.1發(fā)展與現(xiàn)狀52.1.2ANSYS基本操作5第三章 等共軛曲率齒輪的設(shè)計(jì)及成形過程183.1 用漸開線擬合設(shè)計(jì)等共軛齒輪齒形參數(shù).18 3.2 等共軛齒形的VB顯示.21第四章 漸開線齒輪齒形的有限元彎曲應(yīng)力分析224.1定義工作文件名和工作標(biāo)題224.2定義單元類型和材料屬性224.3生成齒形234.4生成有限元網(wǎng)格254.5施加載荷并求解264.6瀏覽計(jì)算結(jié)果284.7計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證3

12、1第五章 等共軛曲率齒形有限元彎曲應(yīng)力分析345.1定義工作文件名和工作標(biāo)題345.2定義單元類型和材料屬性345.3生成齒形355.4生成有限元網(wǎng)格375.5施加載荷并求解385.6瀏覽計(jì)算結(jié)果395.7計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證41第六章 等共軛曲率齒輪的彎曲應(yīng)力分析456.1等共軛曲率齒輪的建模456.2劃分有限元網(wǎng)格466.3施加約束并求解分析47第七章 總結(jié)與展望54參考文獻(xiàn)55致 謝. 56 iii第一章 緒論1.1 選題的背景與意義在不斷研究與實(shí)踐以及大量計(jì)算的基礎(chǔ)上，用有限元分析高階密切曲面和高階密切齒面的彎曲應(yīng)力，為高階密切嚙合理論的彎曲應(yīng)力提供依據(jù)。高階密切理論使齒輪嚙合表面能夠得到盡

13、可能高的接觸緊密但不完全貼合，提高其接觸強(qiáng)度和潤滑效果。本文進(jìn)一步研究其彎曲應(yīng)力。力圖證明高階密切齒輪在提高接觸強(qiáng)度的同時(shí)，也提高了彎曲強(qiáng)度。齒輪的嚙合是一種十分明顯的彎曲行為，它涉及到彎曲問題的變化，并也許匯合有熱、電等問題。在齒輪嚙合過程中，隨著輪齒嚙合對(duì)數(shù)的變化彎曲區(qū)的改變、齒面的彈性變形和齒面載荷分布的非線性等多種復(fù)雜因素的影響，使得齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算變得非常復(fù)雜，準(zhǔn)確分析齒輪彎曲問題相當(dāng)困難。傳統(tǒng)的齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算均以兩平行圓柱對(duì)壓的赫茲公式為基礎(chǔ)，在計(jì)算中做了許多假設(shè)：(1)彎曲體只產(chǎn)生彈性變形，服從虎克定律；(2)負(fù)荷垂直于彎曲表面，即假設(shè)彎曲表面完全光滑；(3)無面內(nèi)摩擦等。這

14、樣計(jì)算出來的結(jié)果精確度較差、可靠性較低。目前，國內(nèi)外已廣泛采用有限元法對(duì)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算。彎曲單元的有限元法是一種計(jì)算彎曲問題的數(shù)值方法，適用于求解多對(duì)輪齒同時(shí)嚙合的變形和應(yīng)力狀態(tài)，利用這種方法可得到多齒同時(shí)嚙合的應(yīng)力分布。相對(duì)于解析分析，有限元法對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題，具有快速、準(zhǔn)確和可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此采用有限元法對(duì)于研究齒輪的彎曲分析具有重要意義。本課題并不絕對(duì)地去學(xué)習(xí)齒面塑性流動(dòng)自己的問題。通過許多資料收集，量測(cè)和計(jì)算，并通過仔細(xì)分析和不斷學(xué)習(xí)，初步認(rèn)為這是等共軛曲率的齒形。彎曲和接觸強(qiáng)度都較高，根據(jù)赫茨接觸理論，當(dāng)兩齒廓為凸凹嚙合方式，相互嚙合的齒面誘導(dǎo)曲率為0時(shí)，接觸強(qiáng)度最大。以前學(xué)

15、者提出圓弧，擺線，漸開線作為齒形，雖然也符合齒輪基本嚙合定律，但沒全面考慮受力齒面的變形。可是實(shí)際最適合作嚙合的理想齒形是哪種齒形呢？只有師法自然，師從和仿效實(shí)際齒輪齒面的變形規(guī)律。此外，前學(xué)者選擇齒形曲線，需要設(shè)計(jì)加工的問題，而現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床已十分頻繁，有希望和準(zhǔn)備采用各種多形齒廓。圖1-1 等共軛曲率齒形的嚙合本課題從實(shí)際生產(chǎn)中的一些冶金重載齒輪齒面發(fā)生嚴(yán)重塑性變形中得到啟發(fā)，認(rèn)為必然存在最適合齒輪彎曲強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的齒形，并分析了這種齒形的形成原理。經(jīng)縝密分析和深入研究，初步認(rèn)為這是等共軛曲率高階彎曲的齒形,本課題有可能發(fā)展成一門新的學(xué)科或分支：齒輪仿形原理。類似于仿生學(xué)但模仿的卻是沒有生

16、命的東西.并擴(kuò)展到等共軛曲率嚙合的多種應(yīng)用形式: 內(nèi)嚙合，齒輪與齒條，斜齒圓柱齒輪,斜齒輪與斜齒條，直齒圓錐齒輪, 弧齒圓錐齒輪, 面齒輪，等共軛曲率蝸輪蝸桿。證明等共軛曲率高階彎曲嚙合的實(shí)現(xiàn)條件.等共軛曲率嚙合的媒介齒條的齒廓的構(gòu)成.與此適應(yīng)創(chuàng)立仿射嚙合理論活動(dòng)標(biāo)形新形式.導(dǎo)出等共軛曲率嚙合齒面嚙合點(diǎn)鄰域間隙的4階參數(shù).本課題是省教育廳科學(xué)基金項(xiàng)目“齒輪高階彎曲嚙合研究”的延伸。其背景是：據(jù)多次擔(dān)任國家自然科學(xué)基金機(jī)械組評(píng)審組長的沈允文教授介紹：美國的NASA（National Air and Space Agency 太空署）在上世紀(jì)曾經(jīng)秘密實(shí)施過一個(gè)ART計(jì)劃（Advanced Rota

17、ry Transmission 先進(jìn)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)）其中他們提出了一種新的齒形，稱為NIP/HRC （ Nun-involutes Profile/ High Rate of Contact 非漸開線高彎曲率齒形）使之齒輪彎曲和彎曲強(qiáng)度大大提高，從而減輕發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)重量。但其具體內(nèi)容沒公開發(fā)表，很難得到。中南大學(xué)校長，碳碳航空剎車片發(fā)明人，獲科技進(jìn)步1等獎(jiǎng)的黃伯云院士說過：航空的重量是以10克為單位計(jì)算的。那么航天的重量是以1克為單位計(jì)算的。高性能/自重比的航空航天齒輪具有同等意義。中科院副院長白春禮，根據(jù)沙漠中某些沙丘的形狀很穩(wěn)定，推測(cè)其周圍氣流穩(wěn)定，發(fā)明火箭燃燒室穩(wěn)定器本文將通過理論研究，提

18、出齒廓嚙合的新理論、新方法。有可能形成一套新的理論和技術(shù)，高階密切齒輪嚙合理論有可能是成為有前途的傳動(dòng)形式。本課題獨(dú)創(chuàng)性特征較為顯著，應(yīng)用前景可觀，有可能發(fā)展成為完全具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的齒輪傳動(dòng)技術(shù)。Logix齒輪是根據(jù)全新的齒形理論所提出的一種新型齒輪，它的齒形由許多微段漸開線連接而成，采用對(duì)稱的凸凹嚙合形式，并且使微段漸開線的嚙合點(diǎn)在嚙合時(shí)的相對(duì)曲率為零，從而大大提高了齒輪的承載能力和壽命。這種新型齒廓可望在重載齒輪傳動(dòng)中得到應(yīng)用。和漸開線齒輪相比，Logix齒輪的承載能力和耐磨性顯著提高，且克服了圓弧齒輪的缺點(diǎn)Logix齒輪的另一突出優(yōu)點(diǎn)是可以設(shè)計(jì)成少齒數(shù)齒輪，易于實(shí)產(chǎn)品的小型化，緊湊

19、化。Logix齒輪傳動(dòng)試驗(yàn)表明其具有諸多優(yōu)越性，因此，國內(nèi)對(duì)之也作了許多研究試驗(yàn)結(jié)果表明，邏輯齒輪的彎曲強(qiáng)度是漸開線齒輪的3倍，由計(jì)算得出邏輯齒輪的彎曲強(qiáng)度是漸開線齒輪的33倍。在漸開線齒輪傳動(dòng)中，為避免根切現(xiàn)象的發(fā)生。一般要求小齒輪的齒數(shù)在1O個(gè)以上，這樣一級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比就不會(huì)太大。為增加一級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比，就要減少小齒輪的齒數(shù)，而使用Logix齒形，則可以使齒輪的齒數(shù)很少，從而獲得更大的傳動(dòng)比。但片山冕沒有給出該種齒輪的具體介紹。另外從實(shí)用角度看，該齒廓設(shè)計(jì)和制造都很困難。日本學(xué)者片山冕提出Logix齒輪，在不同程度上改善了齒面的彎曲強(qiáng)度。Logix齒輪提出后很長時(shí)間，國外的研究一直處于沉寂

20、狀態(tài)，原因不明。近年來我國一些科研單位和大專院校跟蹤研究較多，但似乎有些雷同，或側(cè)重在諸如根切，干涉，過渡曲線，重疊系數(shù)等嚙合原理具體應(yīng)用。原理上的復(fù)述多，發(fā)掘少，理論創(chuàng)新不足。本文從嚙合理論上深入闡述Logix齒輪的理論基礎(chǔ)，提出等共軛嚙合高階彎曲理論，并實(shí)現(xiàn)比其高一階彎曲。1.2研究的內(nèi)容與擬解決問題1.2.1研究的基本內(nèi)容：以彎曲為重點(diǎn)，建立嚙合齒對(duì)的網(wǎng)格模型。將模型數(shù)據(jù)變換后導(dǎo)人ANSYS軟件中經(jīng)過裝配和結(jié)構(gòu)擴(kuò)展進(jìn)行輪齒的彎曲分析。得到了多齒對(duì)彎曲情況下，齒根彎曲應(yīng)力的分布和及其變化規(guī)律。1.2.2擬解決的主要問題：（1）建立彎曲的嚙合齒對(duì)的網(wǎng)格模型；（2）使用ANSYS軟件對(duì)網(wǎng)格模型

21、進(jìn)行有限元分析。Logix齒輪作為一種新型齒輪，對(duì)這類異型功能曲面新齒廓，目前仍須從其性能、嚙合理論和創(chuàng)成技術(shù)方面作進(jìn)一步研究。其中強(qiáng)度計(jì)算就是齒輪設(shè)計(jì)和研究領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。研究和開發(fā)高速重載、高性能的新型齒輪。對(duì)異型功能曲面及其對(duì)齒輪的折斷、點(diǎn)蝕等失效形式進(jìn)行分析，首先要涉及的就是齒面彎曲強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度指標(biāo)。齒輪的嚙合是一種典型的彎曲行為。它涉及到彎曲狀態(tài)的改變，還可能伴隨有熱、電等過程。在齒輪嚙合過程中，隨著輪齒嚙合對(duì)數(shù)的變化彎曲區(qū)的改變、齒面的彈性變形和齒面載荷分布的非線性等多種復(fù)雜因素的影響，使得齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算變得非常復(fù)雜，準(zhǔn)確分析齒輪彎曲問題相當(dāng)困難。計(jì)算彎曲非線性問題

22、有許多方法，例如罰函數(shù)法、拉格朗日乘子法等，其中罰函數(shù)法由于其經(jīng)濟(jì)和方便而得到廣泛使用。過去使用點(diǎn)一點(diǎn)彎曲單元，求解彎曲問題，對(duì)于象齒輪類彎曲，模型構(gòu)造很麻煩，計(jì)算結(jié)果精度和準(zhǔn)確性很難保證。齒面的彎曲應(yīng)力是在齒輪傳動(dòng)性能中占重要地位，凹凸面嚙合可使彎曲應(yīng)力的降低，從而控制點(diǎn)蝕、剝落，改善潤滑，均化載荷，同時(shí)能間接帶來齒根應(yīng)力的降低。具有端面重合度的齒形可以制成直齒，能滿足齒輪變速換擋的要求。新齒形綜合了漸開線端面重合度與圓弧齒輪凹凸面嚙合的兩方面優(yōu)點(diǎn)，因此具有了比現(xiàn)有齒輪更為優(yōu)異的傳動(dòng)性能。其媒介齒條的可能是一種復(fù)雜的曲線，但可以用數(shù)控技術(shù)來制作，采用類似于雙圓弧齒輪的加工工藝，具有可行性。

23、一般來看，工程中許多最佳的形狀往往不能用斜直線、圓弧等簡單曲線或曲面表示，如汽車外形、葉片、飛機(jī)機(jī)翼等。高階彎曲媒介齒條的這種復(fù)雜性正是齒輪嚙合運(yùn)動(dòng)和受力變形復(fù)雜性的體現(xiàn)。本文從實(shí)際生產(chǎn)中的一些冶金重載齒輪齒面發(fā)生嚴(yán)重塑性變形中得到啟發(fā)，認(rèn)為必然存在最適合齒輪彎曲強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的齒形。經(jīng)縝密分析和深入研究，初步認(rèn)為這是等共軛曲率高階彎曲的齒形，并分析了這種齒形的形成原理。本課題提出的新齒形來自實(shí)踐，師法自然。自然形成的齒形無論優(yōu)劣都值得深思。本文提出的新齒形來自實(shí)踐，師法自然。自然形成的齒形無論優(yōu)劣都值得深思。中科院副院長白春禮，根據(jù)沙漠中某些沙丘的形狀很穩(wěn)定，推測(cè)其周圍氣流穩(wěn)定，發(fā)明火箭燃燒

24、室穩(wěn)定器。充分說明對(duì)自然現(xiàn)象的模仿有時(shí)可產(chǎn)生重大發(fā)現(xiàn)。本文應(yīng)用有限元多項(xiàng)式件對(duì)一些冶金重載齒輪齒面發(fā)生變形和磨損后仍長期平穩(wěn)運(yùn)行正常工作的齒形進(jìn)行彎曲應(yīng)力計(jì)算，使齒輪表面能得到盡可能高的彎曲階數(shù)，以提高其彎曲強(qiáng)度。通過理論研究，提出齒廓嚙合的新理論、新方法。1.2.3研究的方法與技術(shù)路線：1.研究的方法：應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)建立的高階齒輪嚙合模型進(jìn)行有限元分析，得出彎曲應(yīng)力的分布及變化規(guī)律。有限元方法發(fā)展到今天。已經(jīng)成為一門相當(dāng)復(fù)雜的實(shí)用工程技術(shù)。ANSYS(analysissystem)是一種融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)于一體的大型CAE通用有限元分析軟件?？蓮V泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械、汽車交

25、通、電子。2.技術(shù)路線：用齒輪仿形原理和高階彎曲原則形成齒輪的自然（穩(wěn)態(tài)）齒形，并對(duì)其進(jìn)行分析，整理歸納得出結(jié)論。第二章 有限元基礎(chǔ)理論與ANSYS應(yīng)用2.1有限元法及ANSYS介紹2.1.1發(fā)展與現(xiàn)狀離散化的思想可以追溯到20世紀(jì)四十年代，1941年A.Hrennikoff首次提出用離散元素法求解彈性力學(xué)問題，當(dāng)時(shí)僅限于用桿結(jié)構(gòu)來構(gòu)造離散模型，但卻可以很好的說明有限元的基本思想。1943年R.Courant在求解扭轉(zhuǎn)問題時(shí)為了表征翹曲函數(shù)而將截面分成若干三角形區(qū)域，在各三角形區(qū)域設(shè)定一個(gè)線性的翹曲函數(shù)，這實(shí)質(zhì)上就是有限單元法的基本思路。二十世紀(jì)五十年代因航空工業(yè)的需要，美國波音公司的專家首次

26、采用三節(jié)點(diǎn)三角形單元，將矩形位移法用到平面問題上。此時(shí)，原聯(lián)邦德國斯圖加特大學(xué)的J.H.Argyris教授發(fā)表了一組能量原理與矩陣分析的論文，為這一方法的理論基礎(chǔ)作出了杰出的貢獻(xiàn)。1960年美國的R.W.Clough教授在平面應(yīng)力分析的有限單元法論文中首次提到了有限單元一次，此后得到廣泛的認(rèn)可。二十世紀(jì)六十年代，有限元法發(fā)展迅速，除力學(xué)界外，許多數(shù)學(xué)家也參加了這一工作，奠定有限單元法的理論基礎(chǔ)，發(fā)展了各種各樣的單元模型，擴(kuò)大了有限元的應(yīng)用范圍。二十世紀(jì)七十年代以來，有限元法進(jìn)一步得到推廣和發(fā)展，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到所有工程領(lǐng)域，成為連續(xù)介質(zhì)問題數(shù)值解法中最活躍的分支。有限元法的基本思想是將物體離散

27、成有限個(gè)且按一定方式相互連接在一起的單元，所有的單元構(gòu)成一個(gè)組合，來模擬或逼近原來的物體，從而將一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題來求解的一種數(shù)值分析法。物體被離散后通過對(duì)其中各個(gè)單元進(jìn)行分析，最終得到整個(gè)物體的分析結(jié)果。網(wǎng)格劃分中每一個(gè)小塊物體稱為單元，確定單元形狀、單元之間相互連接的點(diǎn)成為節(jié)點(diǎn)。單元上節(jié)點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)內(nèi)力成為節(jié)點(diǎn)力，外力為節(jié)點(diǎn)載荷。ANSYS軟件是融合結(jié)構(gòu)、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和耦合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元軟件。由世界最大的有限元分析的美國ANSYS公司開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與交換。ANSYS公司成立于1970年，總部位于美國賓西法尼的

28、匹茲堡，致力于CAE技術(shù)的研究和發(fā)展。如今，ANSYS軟件已經(jīng)成功地應(yīng)用于世界的各個(gè)領(lǐng)域，ANSYS程序是一個(gè)功能強(qiáng)大、應(yīng)用靈活的設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化軟件包，可以浮動(dòng)運(yùn)行于從PC、工作站到巨型計(jì)算機(jī)的各種計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)。日前，ANSYS公司發(fā)布了ANSYS13.0，用戶可以通過一個(gè)非常直接的、方便的界面完成多載荷步加載、求解以及后處理。2.1.2ANSYS基本操作ANSYS界面與操作，無論版本怎樣變化，僅作少量的改進(jìn)，具有較強(qiáng)的繼承性，形成了自己固有的風(fēng)格，具有操作直觀易行的特點(diǎn)。ANSYS13.0的一般安裝步驟：1.首先要確保系統(tǒng)已經(jīng)安裝有虛擬光驅(qū)軟件。雨菲的機(jī)器安裝有 Deamon Tools

29、 Lite，就以之為例。2.在Deamon Tools Lite中加載ANSYS文件夾中的兩個(gè)ISO鏡像文件。3.選擇兩個(gè)鏡像中的A光盤，文件名為ANSYS.13.0.ANSYS.13.0.ANSYS.13.0.ANSYS.13.0.m-a1332a.iso并點(diǎn)擊綠色的三角形按鈕載入虛擬光驅(qū)。4.如果系統(tǒng)有光盤自動(dòng)播放的功能，就會(huì)自動(dòng)彈出來對(duì)話框，我們要選擇“運(yùn)行setup.exe”，如果光盤沒有自動(dòng)運(yùn)行，我們需要手動(dòng)打開我的電腦，進(jìn)入虛擬光驅(qū)盤，在根目錄下找到“setup.exe”并執(zhí)行（Vista或Win7用戶建議右鍵點(diǎn)擊圖標(biāo)，選擇“以管理員身份運(yùn)行“之后講出現(xiàn)ANSYS安裝的選項(xiàng)。5.我

30、們選擇第一項(xiàng)“Install ANSYS“開始安裝ANSYS，可以看到許可界面，依然是同意。6.這時(shí)出現(xiàn)的是安裝選項(xiàng)，首先選擇安裝的路徑，隨便寫，由于軟件比較大，不推薦安裝到C盤。下面有兩個(gè)選擇框，建議都選中，打上勾。7.這里看到的是安裝功能的選擇。反正我們用破解的，而且也不差啥硬盤空間，就都選擇打上勾。8.這里要填一些信息，由于我們木有這些信息，也就不需要填寫，底下有兩個(gè)SKIP的選項(xiàng)，都選中打上勾，然后進(jìn)入下一步。9.又是一個(gè)填信息的，依然兩個(gè)全選擇，然后下一步。10.這是最后一個(gè)了，不需要任何填寫，選中SKIP然后點(diǎn)擊下一步。11.這里要選擇一些配置，不許改填，點(diǎn)擊選擇后，然后就下一步，

31、開始ANSYS的正式安裝。12.直接下一步。13.在安裝之前它把配置列出來，確定后，進(jìn)入下一步。14.進(jìn)入了漫長的等待，進(jìn)入系統(tǒng)文件解壓過程。15.67個(gè)文件解壓縮完畢之后提示要換光盤，這是在Deamon Tools Lite中加載B光盤，然后點(diǎn)擊那個(gè)綠色的小三角，然后在ANSYS的安裝界面直接確定就可以。16.后進(jìn)入40個(gè)文件的解壓。17.程序會(huì)在系統(tǒng)里配置一段時(shí)間的，這個(gè)時(shí)候EXIT按鈕不可選，只需耐心等待。18.這個(gè)時(shí)候會(huì)彈出來一個(gè)對(duì)話框，讓你填一些東西，別的我們都不要改，這個(gè)Hostname1是一定要填的，我們要輸入的就是自己的計(jì)算機(jī)名。如果不知道的話，在我的電腦上點(diǎn)擊右鍵查看屬性里面

32、有19.Ok之后還得配置一會(huì)兒，等著就會(huì)出現(xiàn)exit的按鈕了，點(diǎn)擊exit退出。20.又彈出來對(duì)話框，單擊NEXT。21.這個(gè)是ANSYS的一個(gè)廣告，無需理會(huì)，直接選擇FINISH結(jié)束安裝程序22.安裝過程就到此為止了，我們接下來進(jìn)行破解工作，首先把虛擬光驅(qū)換回A盤23.又到了這個(gè)初始的界面，我們這回選擇倒數(shù)第二項(xiàng)，Install ANSYS Lincense Mananger24.會(huì)彈出來一個(gè)警告，不理會(huì)，直接OK后NEXT25.安裝路徑不可選，只需將最后一項(xiàng)打勾確定。26.讓我們確定安裝組件，就這一個(gè)Lincence Manager，直接NEXT。27.稍等一會(huì)兒Next又出現(xiàn)了，單擊ne

33、xt。28.還讓你確定一遍，直接NEXT29.安裝完畢，直接NEXT。30.自動(dòng)彈出一個(gè)對(duì)話框，我們不做修改，直接CONTINUE。31.再點(diǎn)擊一下CONGINUE我們發(fā)現(xiàn)會(huì)彈出一個(gè)瀏覽框讓我們選擇許可文件。我們先不管他，直接打開ANSYS文件夾，里面除了兩個(gè)ISO鏡像文件外還有一個(gè)壓縮包，解壓開來，發(fā)現(xiàn)一個(gè)exe文件和一個(gè)文本文件。32.我們執(zhí)行那個(gè)exe文件（VISTA 和 WIN7 請(qǐng)使用管理員身份執(zhí)行）33.會(huì)彈出來一個(gè)命令行界面，我們選擇y后按回車，經(jīng)過計(jì)算后程序結(jié)束，按任意鍵退出34.這個(gè)時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)文件夾里面多了一個(gè)lincense的文本文件，我們?cè)贏NSYS的那個(gè)文件瀏覽框里選擇

34、這個(gè)文件，然后直接CONTINUE。35.再按兩下CONTINUE ,之后等一會(huì)兒，發(fā)現(xiàn)了可以按EXIT 出去之后再按一下EXIT就好了，然后就是一直按各種EXIT結(jié)束安裝程序。 2-1 安裝完成后ANSYS13.0主界面36.安裝破解結(jié)束了，可以在開始菜單中找到相關(guān)的程序，ANSYS安裝完畢。ANSYS的典型分析過程：下面以圓孔應(yīng)力集中實(shí)例簡要說明ANSYS分析問題的操作步驟。問題描述：一個(gè)承受單向拉伸的無限大板，在其中心位置有一個(gè)小圓孔。材料屬性為彈性模量E=2e11Pa，泊松比為0.3，拉伸的均布載荷q=1000Pa，厚度t=0.1mm。1. 定義工作文件名和工作標(biāo)題（1） 定義工作文件

35、名：執(zhí)行Utility MenuFileChange Jobname命令，在彈出的在彈出的Change Jobname對(duì)話框中輸入“Plate”。選擇New log and error file復(fù)選框，單擊OK按鈕。（2） 定義工作標(biāo)題：執(zhí)行UtilityFileChange Title 命令，在彈出的Change Title對(duì)話框中輸入“The Analysis of Plate Stress with small Circle”，單擊OK按鈕。（3） 重新顯示：執(zhí)行Utility MenuPlotReplot命令。（4） 關(guān)閉三角坐標(biāo)符號(hào)：執(zhí)行Utility MenuPlotCtrlsWi

36、ndow ControlsWindow Options命令，彈出Window Options對(duì)話框。在Location of triad下拉列表框中選擇Not Shown選項(xiàng)，單擊OK按鈕。2. 定義單元類型和材料屬性（1） 選擇單元類型：執(zhí)行Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Dele te命令，彈出Element Type對(duì)話框。單擊Add按鈕，彈出如圖2-2所示的 Library of Element Type 對(duì)話框 。選擇“Structural Solid”和“Quad 8 node 183”選項(xiàng)，單擊OK按鈕，然后單擊Close按鈕.

37、 2-2 Library of Element Type 對(duì)話框（2） 設(shè)置材料屬性：執(zhí)行Main MenuPreprocessorMaterial Models命令，Material Models命令，彈出Define Material Models Behavior窗口。雙擊Material Model Available列表框中的“Structural/Linear/Elastic/Isotropic”選項(xiàng)，彈出Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1對(duì)話框。在EX和PRXY文本框中分別輸入“2e11”及“0.3

38、”。單擊OK按鈕，然后執(zhí)行MaterialEixt命令，完成材料屬性設(shè)置。（3） 保存數(shù)據(jù)：單擊ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按鈕。3. 創(chuàng)建幾何模型 （1） 生成一個(gè)矩形面：執(zhí)行Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy Dimensions命令，彈出Create Rectangle by Dimensions對(duì)話框。如圖2-3所示輸入數(shù)據(jù)，單擊OK按鈕，在Output Window窗口中顯示一個(gè)矩形。 2-3 輸入數(shù)據(jù) （2） 生成一個(gè)圓孔：執(zhí)行Main MenuPreprocessorModelingCreateA

39、reasCircleSolid Circle命令，彈出如圖2-4所示的Solid Circular Area對(duì)話框。分別在WPX,WPY和Radius文本框中輸入0,0,5.單擊OK按鈕，生成結(jié)果如圖2-5所示。 2-4 Solid Circular Area對(duì)話框 2-5 生成的圓面與矩形面的結(jié)果（3） 執(zhí)行面相減操作：執(zhí)行Main Menu PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas命令，彈出一個(gè)拾取框。拾取編號(hào)為A1的面，單擊OK按鈕。然后拾取編號(hào)為A2的圓面，單擊OK按鈕。生成結(jié)果如圖2-6所示。2-6面向減操作后的結(jié)果（4） 保存

40、幾何模型：單擊ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按鈕。4. 生成有限元網(wǎng)格（1） 寸大?。簣?zhí)行Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize命令，彈出如圖2-7所示的Global Element Sizes對(duì)話框。在Element edge length文本框中輸入“0.5”，單擊OK按鈕。圖2-7 Global Element Sizes（2） 由網(wǎng)格劃分單元：執(zhí)行Main MenuPreprocessorMeshAreasFree命令，彈出一個(gè)拾取框。拾取編號(hào)為A3的面，單擊OK按鈕，生成網(wǎng)格如圖2-8所示。

41、圖2-8 生成的網(wǎng)格（3） 保存結(jié)果：單擊工具欄中SAVE_DB按鈕。5. 施加載荷并求解（1） 施加約束條件：執(zhí)行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructrualDisplacementOn Lines命令，彈出一個(gè)拾取框。拾取編號(hào)為L10和L9的線，單擊OK按鈕，彈出如圖2-9所示的Apply U，ROT on Lines對(duì)話框。選擇“UX”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。圖2-9 Apply U，ROT on Lines對(duì)話框（2） 施加載荷：執(zhí)行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Li

42、nes命令，彈出一個(gè)拾取框。拾取編號(hào)為L2的線，單擊OK按鈕，彈出如圖2-10所示的Apply PRES value文本框中輸入“-1000”，單擊OK按鈕，生成結(jié)果如圖2-11所示。2-10 Apply PRES on lines 對(duì)話框2-11施加載荷后的生成結(jié)果（3） 求解：執(zhí)行Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，彈出一個(gè)提示框。瀏覽后執(zhí)行FileClose命令，單擊OK按鈕開始求解運(yùn)算。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)Solution is done 對(duì)話框時(shí)，單擊Close按鈕，完成求解運(yùn)算。（4） 保存分析結(jié)果：執(zhí)行Utility MenuFileSave as命令，彈

43、出Save as對(duì)話框。輸入“Plate RESU”,單擊OK按鈕。6. 瀏覽計(jì)算結(jié)果（1） 顯示變形形狀：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed shape命令，彈出如圖2-12所示的Plot Deformed Shape對(duì)話框。選擇“Defunderformed”單選按鈕，單擊OK按鈕，生成結(jié)果如圖2-13所示。2-12 Plot Deformed Shape對(duì)話框2-13 變形形狀的生成結(jié)果（2） 列出節(jié)點(diǎn)的結(jié)果：執(zhí)行Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution命令，彈出如圖2-

44、14所示的List Nodal Solution對(duì)話框。在Item to be listed的左右列表框中分別選擇“Stress”選和“von Mises Stress”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。每個(gè)單元角節(jié)點(diǎn)的6個(gè)應(yīng)力分量將以列表的方式顯示，如圖2-15所示。執(zhí)行FileSave as命令，可將其作為一個(gè)文本文件保存。圖2-14 List Nodal Solution對(duì)話框2-15 單元角節(jié)點(diǎn)的六個(gè)應(yīng)力分量的結(jié)果（3） 瀏覽節(jié)點(diǎn)上的Von Mises應(yīng)力值：執(zhí)行Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu命令，彈出如圖2-1

45、6所示的Contour Nodal Solution Data對(duì)話框。在Item to be contoured的左右列表框中分別選擇“Stress ”和“von Mises Stress”選項(xiàng)，單擊OK按鈕，生成結(jié)果如圖2-17所示。2-16 Contour Nodal Solution Data對(duì)話框2-17 生成的節(jié)點(diǎn) von-Mises應(yīng)力結(jié)果7. 以擴(kuò)展的方式現(xiàn)實(shí)計(jì)算結(jié)果（1） 設(shè)置擴(kuò)展模式：執(zhí)行Utility MenuPlotCtrlsStyleSymmetry ExpansionPe riodic/Cyclic Symmetry Expansion命令，彈出如圖2-18所示的Pe

46、riodic/Cy clic Symmetry Expansion對(duì)話框。選中“Reflect about YZ”單選按鈕，單擊 OK按鈕，生成結(jié)果如圖2-19所示2-18 Periodic/Cyclic Symmetry Expansion對(duì)話框圖2-19 擴(kuò)展生成結(jié)果（2） 以等值線方式顯示：執(zhí)行Utility MenuPlotCtrlsDevice Options命令，彈出如圖2-20所示的Device Options對(duì)話框。選擇Vector mode （wireframe）復(fù)選框，單擊OK按鈕，生成結(jié)果如圖2-21所示。2-20 Device Options對(duì)話框2-21 Mises

47、應(yīng)力等值線的生成結(jié)果第三章 等共軛曲率齒輪的設(shè)計(jì)及成形過程3.1 用漸開線擬合設(shè)計(jì)等共軛齒輪齒形參數(shù). 漸開線的通用方程：圖3-1 漸開線的通用方程此圖說明：1為基圓，其方程是：在固定坐標(biāo)系里： 式中為基圓圓心坐標(biāo)。其切線： 其曲率中心的坐標(biāo)：（顯然為基圓） 故曲率中心是圓弧。由于漸漸偏離節(jié)線，所以，以法線22為對(duì)稱軸，將漸開線12關(guān)于22軸線對(duì)稱反射成24。對(duì)應(yīng)基圓反射成24，4點(diǎn)重新落在節(jié)線上。得到漸開線上4點(diǎn)。其坐標(biāo)和法線方向都是知道的。故下一步找出新漸開線，使其在4點(diǎn)與其相切，并有同樣的曲率半徑。圖3-2 用漸開線擬合等曲率齒輪兩段漸開線的等曲率光滑連接漸開線的曲率半徑： 圖3-3 漸

48、開線曲率半徑此圖說明：1是曲率半徑，其方程是： 3是螺旋角 圖3-4 兩段漸開線的等曲率光滑連接 已知 由 求 由 求 求 由 求 3.2等共軛齒形的VB顯示通過上述計(jì)算完成等共軛齒形的參數(shù)化設(shè)計(jì)，通過VB成像最終生成如圖所示的齒形，即為等曲率齒形。圖3-5程序的運(yùn)行結(jié)果VB成像后輸出的齒形通過描點(diǎn)法將其放大并轉(zhuǎn)移到坐標(biāo)紙上，根據(jù)坐標(biāo)紙上的圖像，將齒形細(xì)分，取關(guān)鍵點(diǎn)，然后通過有限元進(jìn)行等共軛曲率齒形的ANSYS建模研究其在載荷作用下的彎曲應(yīng)力分布情況。圖3-6 VB齒形圖像的轉(zhuǎn)移第四章 漸開線齒輪齒形的有限元彎曲應(yīng)力分析4.1定義工作文件名和工作標(biāo)題1.定義工作文件名。執(zhí)行Utility Me

49、nuFileChange Jobname命令，在彈出的Change Jobname對(duì)話框中輸入“Gear”.選擇New log and error files復(fù)選框，單擊OK按鈕。2.定義工作標(biāo)題。執(zhí)行Utility MenuFileChange Title命令，在彈出Change Title對(duì)話框中輸入“The Grear Model”，單擊OK按鈕。3.重新顯示。執(zhí)行Utility MenuPlotReplot命令。4.關(guān)閉三角坐標(biāo)符號(hào)。執(zhí)行Utility MenuPlotCtrlsWindow ControlsWindow Options 命令，彈出Window Options對(duì)話框。在

50、Location of triad下拉列表框中選擇“Not Shown”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。5.顯示工作平面。執(zhí)行Utility MenuWorkPlaneDisplay Working Plane命令。6.打開Offset WP工具欄。執(zhí)行Utility MenuWorkPlaneOffset WP by Increments命令。7.打開Pan-Zoom-Rotate工具欄。執(zhí)行Utility MenuPan，Zoom，Rotate命令。4.2定義單元類型和材料屬性1.選擇單元類型。執(zhí)行Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，彈

51、出Element Type對(duì)話框。單擊Add按鈕，彈出如圖4-1所示Library of Element Type對(duì)話框。選擇“Structural Solid”和“Quad 8node 183”選項(xiàng)，單擊OK按鈕，然后Close。圖4-1 Library of Element Type對(duì)話框2.設(shè)置材料屬性。執(zhí)行Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，彈出Define Material Models Behavior窗口。雙擊Material ModelAvailable列表框中的“Structual/Linear/Elast

52、ic/Isotropic”選項(xiàng)，彈出Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1對(duì)話框。在EX和PRXY文本框中分別輸入“2E11”及“0.3”。單擊OK按鈕，然后執(zhí)行MaterialExit命令，完成材料屬性設(shè)置。3.保存數(shù)據(jù)。單擊ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按鈕。4.3生成齒形1.在當(dāng)前坐標(biāo)系下生成關(guān)鍵點(diǎn)。執(zhí)行Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，彈出Create Keypoint in Active Coordinate System對(duì)話框。在Keypoint number 和Location in active CS文本框中分別輸入關(guān)鍵點(diǎn)的編號(hào)“1”及關(guān)鍵點(diǎn)的X、Y、Z的坐標(biāo)值“5.428,76.803,0”。單擊Apply按鈕，生成一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。重復(fù)上述操作，依次輸入“5.534,77.803,0”、 “5.595,79.303,0”、 “5.411,80.82,0”、 “5.110,82.342,0”、 “4.694,83.869,0”、“4.208,85.396,0”、 “3.623,86.92,0”、 “2.