ANSYS轴承支架的静力分析Word格式文档下载.docx
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本实例中选用十节点四面体实体结构单元Tet10Node92,不需要设置实常数。
2.3定义材料属性
本实例所采用的材料属性根据题意得知,弹性模量取2.2E11,泊松比取0.3。
将这两个数据依次输入EX文本框和PRXY文本框即可。
图2定义材料属性
2.4建立三维几何模型
建立实体模型可以通过自上而下和自下而上两个途径:
1、自上而下建模,首先要建立体(或面),对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。
2、自下而上建模,首先要建立关键点,由这些点建立线、由线连成面等,一般建模原则是充分利用对称性,合理考虑细节。
根据题中的轴承座,由于轴承座具有对称性,只需建立轴承座的半个实体对称模型,在进行镜像操作即可。
采用自下而上的建模方法得到如下图1所示的三维实体模型:
2.4.1建立底座
(1)MainMenu:
Preprocessor->
Modeling->
Create>
Volumes->
Block->
ByDimensions
输入x1=-100,x2=100,y1=-198,y2=198,z1=0,z2=30;
(2)MainMenu:
Create->
Block>
输入x1=-100,x2=100,y1=-125,y2=125,z1=0,z2=15;
(3)MainMenu:
Operate>
Booleans->
Subtract->
Volume
图3两个长方体布尔运算
(4)MainMenu:
Preprocessor>
Cylinder>
PartialCylinder,弹出如下对话框,填入如下数据:
图4输入柱坐标的参数
(5)MainMenu:
Reflect->
Volumes(由于模型有很好的对称性,可利用对称性建模,这样更快);
(6)MainMenu:
图5生成的底座
2.4.2.创建关键点,生成体积
(7)MainMenu:
Keypiont->
InActiveCS,弹出的对话框中NPTKeypiontnumber输入71;
X=-15,Y=-150,Z=30;
(8)参照上一步的操作,在ANSYS的显示窗口生成以下关键点编号及其坐标:
72(15,-150,30);
73(-15,150,30);
74(15,150,30);
75(-15,75,280);
76(15,75,280);
77(-15,-75,280);
78(15,-75,280);
(9)MainMenu:
Arbitrary>
ThroughKPS(一定要注意连线的顺序性:
72-71-73-74-78-77-75-76)
图6创关键点生成梯形体
2.4.3创建圆柱体,并显示组合体
首先应偏移工作平面至(60,0,280),
(10)UtilityMenu:
WorkPlane->
ChangeActiveCSto->
GlobalCylindrical(将当前激活坐标转化为柱坐标系);
(11)MainMenu:
PartialCylinder;
创建圆柱体WPX输入0,WPY输入0,Radius-1输入75,Theta-1输入0,Radius-2输入0,Theta-2输入360,Depth输入120,点击Apply.
图7创建圆柱体
2.4.4形成圆柱的轴孔
(12)MainMenu:
Cylinder->
SolidCylinder;
创建圆柱体WPX输入0,WPY输入0,Radius-1输入40,Depth输入120,继续创建第2个圆柱体WPX输入0,WPY输入0,Radius输入50,Depth输入40,点击OK生成2个圆柱体。
点击Apply
(13)选取Booleans->
Volumes命令,将联轴体大圆柱中减去刚生成的2个圆柱体,从而形成轴孔。
2.4.5连结所有体并显示组合体
(14)选择Booleans->
Glue->
Volumes命令,再点击PickAll命令
(15)选择Booleans->
Add->
打开体号显示开关并画体。
最终结果如图6所示。
图8圆柱体的布尔运算生成轴孔
2.5划分有限元网格
本实例采用的网格划分方法是Tet10Node92单元对三维实体划分自由网格,在ANSYS的选择体进行网格划分的对话框中,点击PickAll,将所有体都进行网格划分。
(16)MainMenu:
Meshing->
SizeCntrls->
ManualSize>
Global>
Size,在SIZEElementedgelength的文本框中输入15,
(17)MainMenu:
Meshing>
Mesh>
Volume>
Free,网格自由划分的最后结果如图7所示。
图9划分网格之后的轴承支架
3.定义边界条件
3.1轴承座的约束情况:
根据实际结构和安装情况,轴承座是靠底座的四个螺栓孔与安装基座相连接来实现固定的,此处为刚性约束,可以在其孔面上施加限制X、Y方向的对称约束,而在底面边线上施加Z方向上为应为零的约束。
这样与实际情况基本相符。
3.2具体模型加载步骤如下:
(1)约束4个安装孔
依次选择MainMenu:
Solution->
DefineLoad->
Apply->
Structural->
Displacement->
SymmetryB.C.->
OnAreas
拾取两个安装孔的4个柱面(每个圆柱面包括两个面),单击OK
(2)在整个基座的底部施加位移约束(UZ=0)
Structural>
Displacement>
onLines+
拾取基座底部的8条边界线,单击OK,选择UZ作为约束自由度,单击OK。
(3)在导孔端面上施加推力载荷(面载荷)
MainMenu:
Solution>
DefineLoad>
Apply>
Pressure>
OnAreas→拾取轴承孔上所有面→OK→输入压力值1500
→Apply
(4)在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷
OnAreas→拾取宽度为17的所有柱面→OK→输入压力值4000(只能加左右半圆,上下半圆加载不了,因为本实验还应考虑下半圆的加载)
图10显示加载
4.求解与查看结果
求解:
Slove->
CurrentLS,弹出对话框,点OK.
4.1查看变形
GeneralPostproc->
PlotResult->
ContourPlot->
NodalSolu->
DOFSolution
分别查看X,Y,Z三个方向的位移,并且查看本实例的总位移。
选择Def+undefedge(变形后和未变形轮廓线),如图11所示:
(a)X轴方向的位移(b)Y轴方向的位移
(C)Z轴方向的位移(d)Displacementvectorsum
图11变形图
4.2查看应力
Stress
查看vonMises等效应力分布。
选择Defshapeonly(仅显示变形后模型),再分别查看X,Y,Z三个方向的应力,如图12所示:
(a)vonMisesstress(b)x轴方向的应力
(c)Y轴方向的应力(d)Z轴方向的应力
图12应力图
5.结果分析
5.1从位移结果分析
从图11的变形图,我们能看出X方向的位移主要集中在大轴孔与小轴孔下半圆的孔台上,尤其是在二者交界的部位:
Y方向的位移在大孔轴的外边缘比较大,左边缘较小;
而Z方向的位移则集中在大轴孔的上边缘,下边缘由于加了加强劲,故变形较小;
对于总位移来说,大轴孔上半圆附近的总位移相当大,尤其在最顶端,位移达到最大,而孔德最下端最小,是因为加了加强劲。
5.2从应力结果分析
从图12的应力图可以看出,我们能看出)vonMisesstress的等效应力大轴孔德外边缘比较大,最低点最大;
X方向的应力在整个模型中分布较均匀,主要集中在大孔与小孔的交界处;
Y方向大孔的最低点应力最大,左右端点最小;
而Z方向的应力则集中在大孔的左右部分。
参考文献
[1]杜平安,于亚婷,刘建涛.有限元-原理、建模及应用(第二版).北京:
国防工业出版社,2011.8
[2]肖新标,沈火明等.ANSYS7.0实例分析与应用.北京:
清华大学出版社,2004年
[3]张朝晖主编.ANSYS12.0结构工程应用实例解析-3版.北京:
机械工业出版社,2010.1
[4]张洪信,管殷柱主编.有限元基础理论与ANSYS11.0应用.北京:
机械工业出版社,2009.10
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