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ansys简单例子分析.docx
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ansys简单例子分析
1绪论
1.1大型工程软件CATIA介绍
CATIA的全称为ComputerAidedThreeDimensionalInteractionApplicationSystem(计算机辅助三维/二维交互式应用系统),是由法国达索系统公司(DassaultSystemes,DS)开发的集成了CAD、CAM和CAE的大型软件,凭借其突出的技术优势在制造业的各个领域得到了广泛的应用,成为全球制造业的主流设计软件。
利用CATIA中的机械设计中零部件设计模块进行三维建模,所画图形一目了然;用线框与线条模块进行曲面设计;所做图形清晰流畅。
CATIA已经成了汽车工业CAD/CAM的事实标准,欧洲、北美和亚洲的顶尖汽车制造商纷纷采用其作为核心系统。
在航空工业领域,空中客车公司、Pratt&Whimey、EADS、洛克西德马丁、美国联合航空公司、达索航空等都选用CATIA进行新产品设计。
著名的丰田汽车公司、VOLVO卡车、TODA赛车等都从其他系统转到CATIA进行新产品的设计。
电子家电行业的索尼、三洋、松下、先锋、伊莱克斯、香港亚伦,船舶行业的IHl、NKK、烟台莱福士造船厂,机车行业的阿尔斯通、邦巴迪、西门子,消费品行业的可口可乐、Evian、Swatch,轮胎行业的固特异、米其林以及机械各行业等,CATIA的客户遍及世界各地。
国内的哈尔滨、沈阳、西安、成都、景德镇、上海、贵阳等航空飞机设计制造厂也都无一例外地都选用CATIA作为其核心设计和加工软件。
包括一汽大众、东风集团、沈阳金杯、上海大众、南汽集团、北京吉普、武汉神龙、西安长安、哈飞松花江等在内的许多汽车公司都选用CATIA开发其最新车型。
随着中国制造业的发展,特别是汽车工业的发展,越来越多的国际厂商把生产和开发工作引入中国,CATIA正在不断普及和深入。
1.2有限元分析软件ANSYS介绍
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件,是世界范围内增长最快的计算机辅助工程(CAE)软件,能与多数计算机辅助设计(CAD,computerAideddesign)软件接口,实现数据的共享和交换,如Creo,NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD等。
是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大,操作简单方便,现在已成为国际最流行的有限元分析软件,在历年的FEA评比中都名列第一。
目前,中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域:
航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
软件主要包括三个部分:
前处理模块,分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。
该软件有多种不同版本,可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上,如PC,SGI,HP,SUN,DEC,IBM,CRAY等。
1.3本次课程设计的主要内容及目的
本次课程设计主要内容是:
应用CATIA软件作为设计工具,完成活塞的数字化设计。
要求设计出的活塞实体模型结构尺寸正确,并要求草图约束正确;应用ANSYS软件对活塞划分网格、施加材料属性和约束建立有限元模型,进行温度场分析。
本次课程设计的主要目的:
1.掌握应用CATIA软件进行草图绘制的能力,建模过程中能正确绘制草图。
2.掌握应用实体建模模块,能正确建立活塞数字化三维模型。
3.掌握应用ANSYS软件建立活塞有限元模型,并对活塞进行温度场分析。
4.课程设计说明书的内容和格式要符合相关管理文件规定。
2活塞基本结构参数
2.1活塞基本结构参数
1、活塞的基本结构尺寸如图1所示,基本尺寸范围如图2所示,每个人根据任务书中规定的汽油机或柴油机选择对应的尺寸范围,尽量选择尺寸范围内的最小尺寸。
2、活塞材料:
铝合金
3、活塞顶燃烧最高压力:
柴油机5~9Mpa
4、活塞顶的厚度:
柴油机(0.1-0.2)D
5、活塞顶结构形式:
柴油机
型
图2.1活塞的基本结构尺
表1活塞的基本尺寸范围
名称
符号
相对结构参数值
柴油机
汽油机
活塞高度
压缩高度
裙部高度
顶岸高度
上裙部高
下裙部高
销孔直径
第一环岸高度
其它环岸高度
销座间距离
H
H1
H2
h1
h3
h4
d
C1
B
0.8~1.3D
0.5~0.8D
0.4~0.8D
0.1~0.2D
0.3~0.4D
0.6~0.7D
0.3~0.38D
0.04~0.08D
0.025~0.03D
0.35~0.42D
0.9~1.1D
0.45~0.6D
0.06~0.08D
0.65~0.8D
0.25~0.30D
0.03~0.04D
0.025~0.03D
0.35~0.40D
3活塞的建模过程
3.1活塞的建模
绘制活塞三维图步骤如下:
(1)打开CATIA→机械设计→零件设计,进入零件图工作模块,如图2.3所示。
图3.1零件设计模块
(2)点击进入工作台图标与YZ面,进入草图绘制模块。
单击
按图中数据画轮廓。
图3.2草图1
(3)将绘成的轮廓旋转360度,生成图2.5的旋转体。
图3.3活塞的绘制过程
(4)在YZ平面绘制如图所示草图。
图3.4定义凸台
(5)点
定义凸台,如图2.7所示。
图3.5凸台
图3.6凸台
(6)建立凹槽1,在YZ平面点
绘制直径为28的圆,如图2.8。
图3.7草图4
(7)点
定义凹槽如图所示。
图3.8凹槽1
(8)如图所示定义凹槽
图3.9凹槽2
(9)点
与
绘制如图所示图案。
图3.10草图7
(10)如图3.0与图3.1所示,将草图7点
定义凹槽。
图3.12凹槽
图3.13添加裙部
3.2活塞降低版本
(1)选择YZ面,点击
将零件分割成二分之一,在选择ZX面,点击
将零件分割成四分之一,为有限元分析做准备。
图3.14四分之一实体
(2)点击
菜单,选则实用程序菜单,进入批处理监视器处理框,在选择以下选项进行降低版本操作
。
图3.15降低版本
(3)选择版本
,点击
选择原零件图,点击
选择降低版本后的CATIA零件图放置位置。
点击运行即可。
图3.16选择原零件图
4活塞的有限元模型
4.1活塞三维模型的导入
图4.1导入过程
图4.2选择原零件图
4.2材料属性
GUI:
MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels打开DefineMaterialModelBehavior对话框,点击Thermal>Conductivity>Isotropic打开定义材料属性对话框,活塞弹性模量输入 70e9 ,泊松比0.3 ,密度2700,KXX=160。
图4.3材料属性
4.3网格划分
(1)设定单元类型
GUI:
MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,打开ElementType对话框,点击Add按钮,打开LibraryofElementType对话框,选择ThermalSolid:
Tet10node87单元。
(2)划分网格
GUI:
MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,打开MeshTool对话框,勾选SmartSize,设定为“6”点击“Mesh”选中活塞模型进行自由网格划分,共产生6160个单元10448个节点,如图3.2所示。
图4.4划分网格后的活塞模型
4.4施加约束和载荷
施加载荷GUI:
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Thermal>Convention>OnAreas.分别对活塞上表面施加如下参数:
图4.5活塞约束
4.5求解
GUI:
MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,设定分析类型为Steady-State。
进行求解:
GUI:
MainMenu>Solve>CurrentLS,进行计算求解。
图4.6求解
4.6活塞的应力分析
GUI:
MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu,选择NodalSolution>DOFSolution>Temperature查看计算结果
图4.7活塞应力分布云图
活塞结果分析:
活塞顶部温度最高,活塞裙部温度呈梯度向下分布,其中顶部中部温度最高,向边缘呈梯度分布。
结束语
1课程设计的主要工作
本课题通过使用CATIA作为设计工具,完成活塞的数字化设计,并应用ANSYS软件对零件进行划分网格,施加材料属性以及约束来建立有限元模型。
然后进行材料定义及温度场分析,达到将CATIA与ANSYS熟练结合使用的目的。
在查阅大量文献的基础上,通过老师的讲解指导,对零件的结构有了更加充分深刻的了解。
2课程设计中存在的不足
由于时间与水平有限,本论文设计过程中在精度上略显不足。
同时因为长时间未使用CATIA软件,导致软件的不熟练,致使活塞建模过程中漏洞百出,不断地修改才基本完成建模。
今后应多加训练,达到熟练使用CATIA及ANSYS的程度。
参考文献
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清华大学出版社,2007.7431-432
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