自行车计算报告Word文档下载推荐.docx
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1问题描述:
如图a所示为一内山地车架的尺寸详解,其尺寸如下表所示、
图a自行车车架尺寸
2.建立ansys模型
在建模过程中,我们对模型进行了简化,这出于三种考虑,一是使其更方便运算,二是自行车的整体承受主要在车架上,车把,车座,踏板对其影响不大。
三是,了188号单元看应力云图比较方便。
该题中,我们选取了圆截面为外径16.5mm,内径15.5mm,即壁厚1mm。
车架模型如图b
图b自行车简化线体模型
在选取单元上,我们选择了beam188,这种单元可以通过设置section得到管状截面。
当然我们也有用平面单元计算了。
用到了公式换算得到若用圆柱体的直径为25mm。
本文只列出beam188单元的情况。
因为这更符合实际情况。
建好模型后,我们在车轴处加上位移约束,在支座加载400N,踏板所在点加载200N的载荷。
beam188与beam189是基于铁木辛格梁理论提出的,单元的基本分析思想与beam4没什么本质区别,只是多加了一个翘曲自由度,依然是对绕度曲线进行插值求解,然后根据绕度用初等梁理论线性外推求解应力与应变,但是对梁的应力是不能保证准确性的。
实际应用中,对于梁结构我们关心的只是绕曲线与弯矩。
我们可以从下图看出,用188号模拟出的实体结构也是不大好的,它只能保证在中性轴处是连续的.
所以我们又重新用壳单元建立了模型。
图c自行车简化面体模型
建图过程中先建立固体模型,然后删掉体。
在建立壳单元模型时,我们想到用mm为数量级建模型变形图观察起来会更明显。
3.模型求解
3.梁单元求解
(a)自行车最大变形
我们观察到此时最大位移发生在座架处。
具体图如下所示
图d线体模型自行车变形图
最大变形值0.078mm.这个数值是非常小的,基本可以忽略不记。
这应该和现在的材料性能好有关。
车架的主体是很难产生大变形的。
当把座驾加上去后,最大位移变到座驾处,数值也变大了一些。
不过都可以忽略不计。
(b)自行车的应力云图
因为188号单元是3D单元,所以能够直接看到应力云图,只需改变sizeandshape中的displayoftheelement.
下面给出等效应力云图。
图e-1线体模型自行车等效应力云图
图e-2线体模型自行车等效应力云图
我们发现,最大等效应力还是很大的,经过更细一步的观察。
应力主要是x方向的应力分量产生的
图f线体模型X方向的应力分量
图gbeam188模拟的接头处
接头处处理的并不好,可见应力处理的结果并不理想如果想看应力云图,还是应该选取别的单元。
3.2壳单元求解
划分网格后如下形状,观察得到网格形状还是比较规整的
图h面体模型划分单元
(a)自行车最大变形
图I面体模型自行车变形图
自行车的最大变形为0.09毫米,和上面用beam单元做出来的差距不大,说明这两种都是符合生活实际的,一个人坐在车上,车子的变形是很小的。
也说明,这两种方法在计算位移和变形上差别不大,都能得到较适宜的解答。
下图是给出的应力云图
图J面体模型自行车等效应力图
最大应力为26.4Mpa上面我们已经提到过,线体做的模型,用梁单元解出的应力并不准确,这幅图中我们可以很容易的看出,事实的确是这样的,从表二中可以看的更清晰。
表二两种单元下的最大应力(Mpa)
单元种类最大应力值
梁单元
79.4
壳单元
26.4
由此可见,梁单元在处理线体的应力时的确有很大的不准确性。
而壳单元显然更好
4.结论:
如果只看挠度,我两种单元计算结果还是比较准确的,结果也符合工程实际。
如果看应力云图,最好还是选取壳单元处理。
壳单元处理的更符合实际情况。
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