有限元.docx

1、有限元有限元分析实例联轴器在工作时发生的形变和应力1. 分析问题考查联轴器在工作时发生的形变和产生的应力。如图1所示，联轴器在底面的周围边界不能发生上下运动，即不能发生沿轴向的位移；在底面的两个圆周上不能发生任何方向的运动；在小轴的孔没面上分布有1e6Pa的压力；在大轴的孔台阶上分布有1e7Pa的压力；在大轴孔的键槽的一侧受到1e5Pa的压力图1 联轴器2. 建立模型1. 设定分析作业名和标题（1）从实用菜单中选择 Utility Menu：File-Change Jobname 命令，将打开Change Jobname对话框。（2）在Enter new jobname 文本框中输入文字“ex

2、ample_1”为本分析实例的数据库文件名。（3）单击OK 按钮，完成文件的修改。(4)从实用菜单Utility Menu：File-Change Title命令，将打开Change Title对话框(5) 在Enter new title文本框中输入文字“static analysis of a rod”为分析实例的标题名（6）单击OK按钮，完成标题名的指定。（7）从实用菜单Utility Menu：Plot-Replot命令，指定的标题“static analysis of a rod”将显示在图形窗口的左下角。（8）从主菜单中选择Main Menu：Preference命令，选中Stru

3、ctural复选框，单击OK按钮。2. 定义单元类型（1）从主菜单Main Menu：Preprocerror-Element Type-Add/Edit/Delete命令打开Element Type对话框（2）然后再左边的列表框中选择Solid选项，选择实体单元类型，在右边列表中选择Tet 10Node 92单元。（如图2所示）（3）单击OK按钮图2 单元类型对话框3. 定义材料属性（1）从主菜单Main Menu：Preprocerror-Material Props-Mareria Model命令将打开定义材料属性窗口。（2）依次双击Structural-Linear-Elastic-I

4、sotropic，展开材料树形结构。将打开材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框，如图3示。图3 线性各向同性材料的弹性模量和泊松比（3）在EX文本框中输入2.06e11，在PRXY文本框中输入0.3（4）单击OK按钮，关闭对话框。4. 建立联轴器三维实体模型1）创建圆圆柱体进入主菜单Main Menu：Preprocerror-Create-Cylinder-Solid Cylider再打开的对话框中，WP X输入0，WP Y输入0，Radius输入5，Depths输入10，点击Apply。接着在WPX输入12，WP Y输入0，Radius输入3，Depths输入4，点击OK生成圆柱

5、。结果如图四所示图 4 生成的两个圆柱体2）建立两圆柱面相切的四个关键点从实用菜单选择Utility Menu：Workplane-Local Coordinate Systems-Create Local Cs-At Specified Loc+。再打开的创建坐标系对话框中，输入0,0,0，单击OK。从主菜单Main Menu：Preprocerror-Modeling-Create-Keypoints-In ActiveCS在Keypoints numbering文本对话框中输入110，在Location in active CS文本对话框输入5，-80.83,0创建一个关键点，点击App

6、ly，在在Keypoints numbering文本对话框中输入120，在Location in active CS文本对话框输入5，80.83,0创建另一个关键点。从实用菜单选择Utility Menu：Workplane-Local Coordinate Systems-Create Local Cs-At Specified Loc+。在文本对话框中输入12,0,0单击OK，得到Create Local CsAt Specified Loc对话框。在Ref number of a new coord sys中输入12，在Type of coordinte system中选择Cylindr

7、ical 1,在文本框中输入12,0,0，点击OK。从主菜单Main Menu：Preprocerror-Modeling-Create-Keypoints-In ActiveCS在Keypoints numbering文本对话框中输入130，在Location in active CS文本对话框输入3，-80.83,0创建一个关键点，点击Apply，在在Keypoints numbering文本对话框中输入140，在Location in active CS文本对话框输入3，80.83,0创建另一个关键点。3）生成与圆柱底面相交的面用四个相切的点创建四条直线从主菜单Main Menu：Pre

8、procerro-Modeling-Create-Lines-Lines-Strainght lines选择刚刚建立的四个关键点，使他们成为四条直线。如图5所示图 5 创建四条直线创建一个四边形1 从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Create-Areas-Arbitrary-By Lines2 拾取刚刚建立的四条直线，点击OK。4）沿面的法向拖拉面形成一个四棱柱从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Operate-Extrude-Areas-Along Normal+在图形窗口中拾取四边形面，单击OK打开创建体对话框

9、，输入DIST=4，单击OK。生成的四棱柱如图6所示5）形成一个完全的轴孔从实用菜单Utility Menu：Workplane-Offset WP to-XYZ Locations+在文本框中输入0,0,8.5，点击OK.从主菜单Main Menu：Preprocerro-Create-Cylinder-Solid Cylinder。在创建圆柱对话框中，WP X输入0，WP Y输入0，Radius输入3.5，Depth输入1.5，点击Apply。5 WP X输入0，WP Y输入0，Radius输入2.5，Depth输入-8.5，点击OK生成另一个圆柱体得到两个圆柱体如图7所示。从连轴体中减去

10、圆柱形成孔1 从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Operate-Subtract-Volumes+。2 在图窗口中拾取连轴体及大圆柱体，作为布尔减得操作母体，单击Apply.3 接着在窗口中拾取刚刚建立的两个圆柱体作为减的对象，单击OK。如图8所示。偏移工作面从实用菜单Utility Menu：Workplane-Offset WP to-XYZ Locations+图 6 生成的四棱柱图 7 生成的两个圆柱图 8 生成的圆轴孔在偏移工作面对话框中输入0,0,0，点击OK.生成长方体1 从主菜单Main Menu：Preprocerro-Create-C

11、reeat-Block-By Dimensions.2 输入X1=01，X2=-3，Y1=-0.6，Y2=0.6，Z1=0，Z2=8.5单击OK得到结果如图9所示。从连轴体中再减去长方体形成完全的轴孔1 从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Operate-Subtract-Volumes+2 在图窗口中拾取连轴体及大圆柱体，作为布尔减得操作母体，单击Apply.3 接着在窗口中拾取刚刚建立的长方体作为减的对象，单击OK。如图10所示6）形成另一个轴的孔偏移工作面从实用菜单Utility Menu：Workplane-Offset WP to-XYZ Loc

12、ations+在偏移工作面对话框中输入12,0,2.5，点击OK.创建圆柱体1 从主菜单Main Menu：Preprocerro-Create-Cylinder-Solid Cylinder。2 在创建圆柱对话框中，WP X输入0，WP Y输入0，Radius输入2，Depth输入1.5，点击Apply。3 WP X输入0，WP Y输入0，Radius输入1.5，Depth输入-2.5，点击OK生成另一个圆柱体得到两个圆柱体。从连轴体中减去圆柱形成孔4 从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Operate-Subtract-Volumes+。5 在图窗口中

13、拾取连轴体，作为布尔减得操作母体，单击Apply.6 接着在窗口中拾取刚刚建立的两个圆柱体作为减的对象，单击OK。如图11所示。图 9 生成的长方体图 10 生成完全的轴孔图 11 形成轴孔7）组合体打开和显示体图 12 体显示的结果从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Operate-Booleans-Glue-Volumes3 拾取 Piick All。8）连接所有体从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Operate-Booleans-Add-Volumes再出现的对话框中拾取 Piick All。4 打开体显示开关

14、并画体：从实用菜单Utility Menu：PlotCtrls-Numbering，设置Volume numbers选项为on，点击OK，所得结果如图12示。5. 划分网格从主菜单选择Main Menu：Preprocerro-Modeling-Mesh-Volumes,单击Mesh，打开提选择对话框，要求选选择划分数的体，划分后如图13示。图 13 划分后的体3. 定义边界条件并求解1. 基座的底部施加位移约束从主菜单选择Main Menu：Solution-Loads-Apply-Structural-Diaplacement-on Line.拾取基座底面的所有外边界线，单击OK.4 选择

15、UZ作为约束，单击OK如图14示从主菜单选择Main Menu：Solution-Loads-Apply-Structural-Diaplacement-on Line.5 拾取基座底面的两个圆周线，单击OK。选择ALL DOF 作为约束自由度，单击OK结果如图15示2. 在小轴圆周面上，大轴孔轴台上和键槽的一侧施加压力载荷从主菜单选择Main Menu：Solution-Loads-Apply-Structural-Pressure-On Areas+选择小轴孔的内圆周面，单击OK4 然后打开ApplyPRESon areas 对话框，在Load PRES value 文本框中输入1e6,单

16、击OK图 14 施加Z方向位移图 15 施加位移约束的结果5 用同样的方法在大轴孔轴台上和键槽的一侧施加载荷大小为1e7和1e56 从实用菜单Utility Menu：PloCtrls-Symbols用箭头显示压力值，单击OK7 从实用菜单Utility Menu：Plot-Areas结果如图16示8 单击 SAVE-DB按钮，保存数据库。图 16 显示载荷图 17 X方向的位移3. 进行求解从主菜单选择Main Menu：Solution-Solve-Current LS命令，打开一个确认对话框和状态列表，查看表中信息确认无误后，单击OK按钮，开始求解。图 18 Y方向的位移图 19 Z方向

17、的位移4. 查看结果1 . 查看变形从主菜单选择Main Menu：General Postproc-Plot Result-Contour Plot-Nodal Solu命令，打开对话框。在Item to be contoured 域的作边的列表框中选择DOF solution 选项。在右边的列表中选择X方向位移选项。选择Def+under edge单选按钮5 单击OK按钮，在窗口中显示变形图，包含变形前的轮廓线，如图17示。6 用同样的方法查看Y方向的位移如图18示7 用同样的方法查看Z方向的位移如图19示8 用同样的方法查看总的位移如图20示图 20 总的位移2. 查看应力从主菜单选择M

18、ain Menu：General Postproc-Plot Result-Contour Plot-Nodal Solu命令，打开对话框。在Item to be contoured 域的作边的列表框中选择Stress 选项。在右边的列表中选择X方向应力选项单击OK按钮，在窗口中显示出X方向应力分布图，如图21示用同样的方法查看Y方向的应力如图22示6 用同样的方法查看Z方向的应力如图23示从主菜单选择Main Menu：General Postproc-Plot Result-Contour Plot-Nodal Solu命令，打开对话框。7 在Item to be contoured 域的作边的列表框中选择Stress 选项右边的列表中选择X方向应力选项8 右边的列表中选择von Mises SEQ选项9 选择Def shape only 单选按钮图 21 X方向的应力图 22 Y方向的应力10 单击OK按钮，图形中显示出von Mises等效应力分布图如图24示图 23 Z方向的应力图 24 von Mises 等效应力分布3. 应力动画从实用菜单选择Utility Menu：PoltCtrls-Animate-Deformed Results选择sress，选择von Mises，单击OK要停止播放变形动画，拾取Stop按钮。如图25示图25 播放动画