多載荷作用下的階梯軸分析

實驗項目（課題）教學實施方案第次課第周星期第節(jié)授課日期年月日實驗項目（課題名稱）：多載荷作用下的階梯軸分析計劃學時2實驗類別：1.演示型2?驗證型丿3?綜合型4?設計性5?其它實驗目的：通過本次實驗掌握靜力分析的基本方法和技巧。實驗要求：材料為40Cr的階梯軸尺寸，采用兩個約束的簡支梁結構支撐，根據(jù)材料力學知識可以得出兩鍵槽中間部分受彎扭組合變形，軸承支承左端只受彎曲，大鍵槽受徑向力2KN,小鍵槽受徑向力3KN，作用在兩端的轉矩為2KN.M。其中軸的大截面D=40mm、d=35mm，求解出應力和位移的分布云圖，材料參數(shù)：彈性模量E=210Gpa,泊松比0.3實驗設施：計算機、Ansys軟件知識點：靜力分析。實驗內容一、建立分析模型1、建立分析項目進入ansys的主界面（MechanicalAPDL）（1）工作名更改GUI:File>ChangeJobname，彈出ChangeJobname對話框，在文本框中輸入axis，應用Log文件和錯誤文件，選中下面的復選框，完成后單擊Ok按鈕。（2）更改工作標題GUI：File>ChangeTitle，彈出ChangeTitle對話框，在框中輸入axis，完成后單擊Ok按鈕。2、導入幾何模型GUI:Utilitymenu>import>iges,選中連桿模型axis.igs導入3、設置單元選擇單兀，GUI：MainMenu>preprocessor>elmenttype>add/edit/delete>add，選擇structuralmass>solid>brick20node186,確定。單擊apply>mass>3dmass21,單擊ok關閉對話框。命令ET,1,Solid186!定義單元ET,2，mass21!添加質量單元4、定義質點質量GUI：MainMenu>preprocessor>realconstants>add/edit/delete，在實常數(shù)對話框中單擊add按鈕，選mass21,單擊ok按鈕。在實常數(shù)設置對話框中設置MassX為1e2,單擊ok按鈕，再單擊Close按鈕。5、創(chuàng)建材料模型創(chuàng)建材料模型，輸入必要參數(shù)，彈性模量EX,泊松比PRXY和質量密度DENS。GUI：MainMenu>preprocessor>materialprop>materialmodel>structure>linea>elastic>lsotropic輸入彈性模量EX,泊松比PRXY如圖命令：MP,EX,1,2.1e8MP,PRXY1,0.3!定義材料6、通過工作平面切割體，切出40mm寬的體模擬軸承的約束。分別在x正方向移動160和120工作面，切出40mm寬的體模軸承的約束。>GUI：workplane>offsetwpto>xyzlocation，在輸入框中輸入160,0,0,單擊ok結束。GUI:MainMenu>modeling>operate>boolean>divide>volubywrkplan>同樣，按照此法操作切出x=120,y=0,z=0處的體，效果如圖。（切體的工作面為xy面,工作面的旋轉可以通過workplane>offsetwpbyincrements進行調整，本題需要xz面旋轉90度才能用xy進行截面）。GUI:workplane>offsetwpbyincrements,在x,y,zoffsets輸入0,0,174,然后用GUI:MainMenu>modeling>operate>boolean>divide>volubywrkplan切出體積。命令：wpoffs,0,0,174!工作平面z方向偏移174.VSBW,1由工作平面切出體，1代表要切的體的代號。5、劃分網(wǎng)格（1）略方法劃分中間切出的軸承接觸部分的網(wǎng)格GUI：MainMenu>preprocessor>Meshing>meshtool，彈出Meshtool對話框，單擊Global后的set所示的對話框，設置如圖所示。命令ESIZE,5!設置網(wǎng)格尺寸為5選取掃略方法劃分六面體網(wǎng)格（2）自動劃分剩余部分的網(wǎng)格GUI：MainMenu>preprocessor>Meshing>meshtool，選中smartsize（自動劃分尺寸），調整下方滑塊到4,單擊mesh，選擇三部分體積進行劃分。6、建立剛性區(qū)域>創(chuàng)建加載節(jié)點GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>node>inactivecs,輸入Node，Number=70000,x=0,y=0,z=0,單擊ok按鈕。>改變默認單元屬性GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>element>elemattributes,選擇elementtypenumber為2Mass21,realconstantssetnumber為1,單擊ok按鈕。>創(chuàng)建質點單元GUI：MainMenu>preprocessor>modeling>create>element>autonumbered>Thrunode,在左狽9拾取對話框輸入70000，單擊ok按鈕。>過濾節(jié)點GUI：utilityMenu:select>entities，分別設置為Node>bylocation>xconrdinates>min,max輸入“0,0”，單擊ok，選中“x=0”的所有節(jié)點（端面節(jié)點）。>生成剛性區(qū)GUI:MainMenu>preprocessor>couping/ceqn>rigidregion,在左側的拾取對話框輸入70000，單擊apply按鈕，再單擊pickall按鈕，彈出選擇耦合求解選項，選擇rotationsrxyz，單擊ok按鈕，端面上節(jié)點與質量節(jié)點完成耦合。二、模型求解（1）模擬軸承施加約束GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>displacement>onareas,選擇Y、Z兩個方向的位移約束，單擊ok結束約束，分別選取兩次對應添加UX,UY約束，單擊ok完成。（2）在靠近小鍵槽的端面添加固定約束GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>displacement>onareas,在圖形中選擇小鍵槽一側端面，在施加約束的對話框中選擇ALLDOF,單擊ok確定。施加大鍵槽徑向載荷。添加載荷選取面再在面中選中所有點。過濾節(jié)點GUI：utilityMenu:select>entities,選取areas>bynum/pic>fromfull,單擊ok點選到欲加載荷的面，select>entities>nodes>attachedto>areas,all>fromfull,設置點完成。通過主菜單plot>nodes或areas查看是否選對，選取面上的點效果如圖。GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>force/moment>onnodes>pickall，單擊ok加載，在FY方向加載2e6。命令Q,all,FY,2e6同樣的方法施加小鍵槽徑向載荷。在FY方向加載3e6。施加扭矩GUI：MainMenu>preprocessor>load>defineload>apply>structural>force/moment>onnodes，在左側拾取對話框的輸入?yún)^(qū)中填寫70000，單擊ok按鈕，在加力/力矩對話框中選擇MX,設置value=2e6，單擊ok按鈕結束，其中轉矩的方向是軸向的。計算當前模型

GUI:MainMenu>solution>solve>currentLS,計算完成后會彈出提示信息框結果后處理顯示等效應力云圖GUI:MainMenu>GeneralPostProc>plotresults>contourplot>nodalsolu,彈出contournodalsolutiondate對話框，選擇stress>vonmissstress,單擊ok按鈕。NODAL3OLHTIQN1220"GUI:MainMenu>solution>solve>currentLS,計算完成后會彈出提示信息框結果后處理顯示等效應力云圖GUI:MainMenu>GeneralPostProc>plotresults>contourplot>nodalsolu,彈出contournodalsolutiondate對話框，選擇stress>vonmissstress,單擊ok按鈕。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小結：階梯軸是機械傳動中常見的部