軸承座有限元法分析與建模(共50頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上有限元法分析與建模課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院 ：機(jī)械與電子工程學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師 ：劉建樹、王洪新、林華、周小超、張昌春學(xué) 生 ：葛睿學(xué) 號(hào) ：摘要本文用ANSYS建立軸承座的三維模型，并運(yùn)用ANSYS強(qiáng)大的有限元分析和優(yōu)化功能來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承座的分析。ANSYS 是一款極其強(qiáng)大的有限元分析軟件。通過(guò)數(shù)據(jù)接口，ANSYS 可以方便的實(shí)現(xiàn)從CAD 軟件中導(dǎo)入實(shí)體模型。因此，將Pro/E 強(qiáng)大的建模功能與ANSYS 優(yōu)越的有限元分析功能結(jié)合在一起可以極大地滿足設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)建模與分析的需求。關(guān)鍵詞：軸承座，有限元，ANSYS專心-專注-專業(yè)目錄第一章 引言

2、1.1有限元法及其基本思想有限元方法就是把一個(gè)原來(lái)是連續(xù)的物體剖分成有限的單元，且它們相互連接在有限的節(jié)點(diǎn)上，承受等效的節(jié)點(diǎn)載荷，并根據(jù)平衡條件在進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來(lái)，成為一個(gè)組合體，在綜合求解。由于單元的個(gè)數(shù)有限，節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)也有限，所以這種方法稱為有限元法。有限元法解決問(wèn)題是物理模型的近似，而數(shù)學(xué)上不做近似處理。其概念清晰，通用性與靈活性兼?zhèn)洌莒`活妥善處理各種復(fù)雜問(wèn)題。1.2 問(wèn)題描述如圖所示，為一個(gè)軸承座。彈性模量為30*106，泊松比0.37.軸承孔圓周上受到1200a恒定的推力載荷，在軸承孔的下半部分受到4500a的徑向壓力載荷的情況。圖1-1第二章

3、軸承座有限元分析的準(zhǔn)備工作2.1建模過(guò)程及思路分析制定方案材料性質(zhì)：彈性模量E=3´106Pa，泊松比v=0.37。邊界條件：軸承座底部受約束（UY=0），底座四個(gè)安裝孔對(duì)稱位移約束。單元：solid187。荷載：圖1-1中沉孔徑向內(nèi)柱面承受外推壓力為Pa和軸承孔柱面下部分承受向下壓力Ps。2.2設(shè)置單元類型定義單元類型1為10節(jié)點(diǎn)的SOLID187。選擇Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。單擊Add按鈕。選擇Structural Solid,并在相應(yīng)的列表中選擇10Node187,單擊OK按鈕，單

4、擊Close按鈕，如圖2-1所示。圖2-12.3定義材料屬性選擇Main Menu>Preprocessor> Material Props>Material Model。在材料屬性窗口中分別點(diǎn)擊Structure、Linear、Elastic。在EX文本框中輸入30e6，在PEXY文本框中輸入0.37，如圖2-2所示，單擊OK按鈕。圖2-22.4軸承座三維實(shí)體建模2.4.1創(chuàng)建基座模型創(chuàng)建實(shí)體塊。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By Dimensions。彈出C

5、reate Block by Dimensions 對(duì)話框。輸入X1=0,X2=6,Y1=0,Y2=1,Z1=0,Z2=3，如圖2-3所示，單擊OK按鈕。圖2-3圖2-4平移并旋轉(zhuǎn)工作平面。選擇Utility Menu>Work Plane>Offset WP by Increments命令，如圖2-5所示。單擊Apply按鈕。在X，Y，Z，Offsets處輸入0.75，0，0.75；在XY，YZ，ZX，Angles處輸入0，90，0，如圖2-6所示，單擊OK按鈕。圖2-5圖2-6圖2-7創(chuàng)建圓柱體。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>Modeling

6、>Create> Volumes>Cylinder>Solid Cylinder。在Radius文本框中輸入0.375，在Depth文本框中輸入1，如圖2-8所示，單擊OK按鈕。圖2-8圖2-9復(fù)制生成另外三個(gè)圓柱體。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Volume 。彈出Copy Volumes 對(duì)話框拾取圓柱體，如圖2-10所示。單擊Apply按鈕，在DZ處輸入1.5，如圖2-11所示，單擊OK鍵。圖2-10圖2-11圖2-12選擇Main Menu>Preprocessor>Modeli

7、ng>Copy>Volume 。彈出Copy Volumes 對(duì)話框拾取圓柱體，如圖2-11所示。單擊Apply按鈕，在DX處輸入4.5，如圖2-14所示，單擊OK鍵。圖2-13圖2-14圖2-15選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Copy>Volume 。彈出Copy Volumes 對(duì)話框拾取圓柱體，如圖2-16所示。單擊Apply按鈕，在DX處輸入4.5，如圖2-18所示，單擊OK鍵。圖2-16圖2-17圖2-18從長(zhǎng)方體中減去圓柱體。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>

8、;Operate>Booleans>Subtract>Volume。首先拾取長(zhǎng)方體，如圖2-19所示，單擊Apply按鈕，然后拾取四個(gè)圓柱體，如圖2-20所示，單擊OK按鈕。圖2-19圖2-20圖2-212.4.2創(chuàng)建軸瓦支架的下部使工作平面與總體笛卡兒坐標(biāo)系一致。選擇Utility Menu>Work Plane>Align WP with>Global Cartesian。圖2-22創(chuàng)建實(shí)體塊。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By 2corn

9、ers & Z。彈出Block by 2 Corners & Z對(duì)話框。輸入WP X=1.5,WP Y=1,Width=3,Height=1.75,Depth=0.75，如圖2-23所示，單擊OK按鈕。圖2-23圖2-242.4.3創(chuàng)建軸瓦支架的上部將工作平面平移到軸瓦支架的前表面。選擇Utility Menu>Work Plane>Offset WP to>Key points。在剛創(chuàng)建的實(shí)體塊在左上角拾取關(guān)鍵點(diǎn)，如圖2-26所示，單擊OK按鈕，完成工作平面的平移。圖2-25圖2-26圖2-27創(chuàng)建實(shí)體塊。選擇Main Menu>Preprocesso

10、r>Modeling>Create>Volume>Cylinder>Partial Cylinder。彈出Partial Cylinder 對(duì)話框。輸入WP X=1.5,WP Y=0,Rad-1=0,Theta-1=0,Rad-2=1.5,Theta-2=180,Depth=-0.75，如圖2-28所示，點(diǎn)擊OK按鈕。圖2-28圖2-29在軸承孔的位置創(chuàng)建大圓柱體。選擇Main Menu>Modeling>Create>Volume>Cylinder>Solid Cylinder。彈出Solid Cylinder對(duì)話框。輸入WP X=

11、1.5,WP Y=0,Radiu=1,Depth=-0.1875，如圖2-29所示，點(diǎn)擊OK按鈕。圖2-29圖2-30在軸承孔的位置創(chuàng)建小圓柱體。選擇Main Menu>Modeling>Create>Volume>Cylinder>Solid Cylinder。彈出Solid Cylinder對(duì)話框。輸入WP X=1.5,WP Y=0,Radius=0.85,Depth=-0.75,如圖2-31所示，單擊OK按鈕。圖2-31圖2-32從軸瓦支架減去大圓柱體。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>

12、;Subtract>Volumes。拾取構(gòu)成軸瓦支架的兩個(gè)體，如圖2-33所示，單擊Apply按鈕，拾取大圓柱作為減去的對(duì)象，如圖2-34所示，單擊OK按鈕。圖2-33圖2-34圖2-35從軸瓦支架減去小圓柱體。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Subtract>Volumes。拾取構(gòu)成軸瓦支架的兩個(gè)體，如圖2-36所示，單擊Apply，拾取小圓柱體，如圖2-37所示，單擊OK按鈕，形成軸孔。圖2-36圖2-37圖2-382.4.4創(chuàng)建使工作平面與總體笛卡爾坐標(biāo)系一致。選擇Utility Menu>Wo

13、rk Plane>Align WP with>Global Cartesian命令。圖2-39圖2-40創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)57。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Key points>In Active CS。輸入1.5，1，3，如圖2-41所示，點(diǎn)擊OK按鈕，創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)57。圖2-41圖2-42創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)75。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Key points>In Active CS。輸入4.5，1， 3，如圖2-43所示，點(diǎn)擊

14、OK按鈕，創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)75。圖2-43圖2-44創(chuàng)建三角形面。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >Through KPs 。拾取軸承孔座與整個(gè)基座的交點(diǎn)，再拾取軸承孔上下兩個(gè)體的交點(diǎn)，最后拾取上步所建立的關(guān)鍵點(diǎn)，如圖2-45所示，單擊OK按鈕，完成了三角形側(cè)面的建模，如圖2-46所示。圖2-45圖2-46圖2-47圖2-48沿面的法向拖拉三角形面形成一個(gè)三棱柱。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude

15、>Areas>Along Normal。拾取三角面，如圖2-49所示，單擊Apply按鈕，輸入DIST=0.15,如圖2-50所示，點(diǎn)擊OK按鈕。單擊OK按鈕，形成三棱柱如圖2-51所示。再次選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>Along Normal。拾取另一三角面，如圖2-52所示，單擊Apply按鈕，輸入DIST=-0.15,如圖2-53所示，點(diǎn)擊OK按鈕。單擊OK按鈕，形成三棱柱如圖2-54所示。圖2-49圖2-50圖2-51圖2-52圖2-53圖2-542.4.

16、5構(gòu)建軸承座整體最后要把所有的體都連接在一起。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Volumes。彈出如圖2-55所示的對(duì)話框。單擊Pick All 按鈕，選擇所有的體，把所有的體粘接到一起。圖2-552.5創(chuàng)建網(wǎng)格選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，將智能網(wǎng)格劃分器（Smart Sizing）設(shè)定為on，將滑動(dòng)條設(shè)置為4，設(shè)置Mesh Tool的各項(xiàng)為Volumes，Tet，F(xiàn)ree，如圖2-56所示，單擊ME

17、SH按鈕，再單擊Pick All,如圖2-57所示，完成網(wǎng)格劃分。圖2-56圖2-57圖2-58第三章 有限元模型的前處理和求解3.1定義分析類型從主菜單中選擇Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis。彈出New Analysis對(duì)話框，選擇Static(靜態(tài))單選按鈕，如圖3-1所示，單擊按鈕。圖3-13.2約束個(gè)安裝孔從主菜單中選擇Main Menu>Solution>Define Loads>Apply Structure>Displacement>Symmetry B.C.>On A

18、reas。彈出Apply SYMM on Areas 對(duì)話框，拾取個(gè)安裝孔，如圖3-2所示，單擊按鈕。圖3-2圖3-33.3約束基座底部向位移選擇Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structure>Displacement>On Lines。彈出對(duì)話框，拾取基座底面的所有邊界線，如圖3-4所示。單擊按鈕，彈出設(shè)置對(duì)話框，如圖3-5所示，選擇選項(xiàng)，單擊按鈕。圖3-4圖3-5圖3-63.4在軸承孔圓周上施加推力載荷選擇Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>S

19、tructure>Pressure>On Areas 。彈出對(duì)話框，拾取沉孔面，如圖3-7所示，單擊按鈕。單擊按鈕，彈出設(shè)置對(duì)話框，在文本框中輸入1200，如圖3-8所示，單擊按鈕。圖3-7圖3-8圖3-83.5在軸承孔的下半部分施加徑向壓力載荷選擇Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structure>Pressure>On Areas。將彈出施加壓力載荷拾取對(duì)話框，拾取軸承孔的下半部分圓周面，如圖3-9所示。 單擊按鈕，在文本框中輸入5000，如圖3-10所示，單擊按鈕。圖3-9圖3-10圖3-113.

20、6求解選擇 Main Menu>Solution>Solve>Current LS。彈出求解對(duì)話框，如圖3-12所示單擊按鈕，求解結(jié)束后單擊Close按鈕。圖3-12圖3-13第四章 有限元模型的后處理和結(jié)果分析4.1繪制軸承座的變形形狀從主菜單中Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape。彈出如圖所示的對(duì)話框，選擇Def + undeformed，如圖4-1所示，單擊按鈕。圖4-1圖4-2圖4-34.2繪制軸承座位移分布等值線圖選擇Main Menu>General Postproc>PlotResults>Contour Plot>Nodal Solu。彈出對(duì)話框，選擇Nodal Solution>Displaccement vector sum，如圖4-4所示，單擊按鈕。圖4-4圖4-5圖4-64.3查看軸承座各節(jié)點(diǎn)位移選擇General Postproc>List Results>Nodal Solution。在彈出的對(duì)話框中，依次選擇DOF Solution>Displacement vector sum，如圖4-7所示，單擊OK，求解到詳細(xì)各節(jié)點(diǎn)的位移。圖4-7圖4-84.4繪制軸承座應(yīng)力分布等值線圖選擇General