实验一轴承座及微机械车轮的ANSYS实体建模.docx

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实验一轴承座及微机械车轮的ANSYS实体建模

实验一：

轴承座及微机械车轮的ANSYS实体建模

一、实验目的

1、学习ANSYS软件的操作

2、学会建立模型的高级操作和步骤

3、实际操作建立轴承座及微微机械车轮模型

二、实验器材

能够安装ANSYS软件，内存在512MHz以上，硬盘有5G空间的计算机

三、实验说明

1、轴承座的ANSYS实体建模

建立一个轴承座，轴承座各尺寸如下图1所示:

图1

2、微机械车轮的ANSYS实体建模

建立一个微机械车轮，微机械车轮各尺寸如下图2所示

图2

（一）基本思路

有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征，即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。

广义上讲，模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件，以及其他用来表现这个物理系统的特征。

建立模型的典型步骤是：

（1）确定分析目标及模型的基本形式，选择合适的单元类型并考虑如何建立适当的网格密度。

（2）进入前处理（PREP7）建立模型，一般情况下利用实体建模创建模型。

（3）建立工作平面。

（4）利用几何元素和布尔运算操作生成基本几何形状。

（5）激活适当的坐标系。

（6）用自底向上方法生成其他实体，即定义关键点后生成线、面和体。

（7）用布尔运算或编号控制适当地连接各个独立的实体模型域。

（8）生成单元属性表。

（9）设置单元属性指针。

（10）设置网格划分控制以建立需要的网格密度。

若需用自动网格划分功能，应在退出前处理后激活自适应网格划分。

（11）通过划分实体模型的网格生成节点和单元。

（12）在生成节点和单元后定义面和面的接触单元、自由度耦合及约束方程等。

（13）保存模型数据为Jobname.DB

（14）退出前处理

四、实验内容和步骤

（一）、轴承座的ANSYS实体建模

1.创建基座模型

生成长方体

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>ByDimensions输入

x1=0；x2=3

y1=0；y2=1

z1=0；z2=3

平移并旋转工作平面

UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements

X,Y,ZOffsets输入2.25,1.25,0.75点击Apply

XY，YZ，ZXAngles输入0，－90，0点击OK。

创建圆柱体

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>SolidCylinder

WPX=0，WPY=0，Radius=0.75/2,Depth=－1.5,点击OK。

拷贝生成另一个圆柱体

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Volume拾取圆柱体,点击Apply,DZ输入1.5然后点击OK（沿Z轴平移1.5个单位）

从长方体中减去两个圆柱体（使用布尔减）

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volumes首先拾取长方体，点击Apply，然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。

如下图所示

2创建支撑部分

显示工作平面

UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane

生成长方体

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By2corners&Z

在创建实体块的参数表中输入下列数值:

WPX=0

WPY=1

Width=1.5

Height=1.75

Depth=0.75

生成如下图

3创建轴瓦支架的上部

转移工作平面到某一关键点

UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>Keypoints+

在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点OK

创建1/4圆柱

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>PartialCylinder+

在创建圆柱的参数表中输入下列参数:

WPX=0

WPY=0

Rad-1=0

Theta-1=0

Rad-2=1.5

Theta-2=90

Depth=-0.75

OK

5.利用布尔操作生成轴孔

5.1在轴承孔的位置创建圆柱体

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volume>Cylinder>SolidCylinder+

a.输入下列参数:

WPX=0

WPY=0

Radius=1

Depth=-0.1875

b.拾取Apply

c.输入下列参数:

WPX=0

WPY=0

Radius=0.85

Depth=-2

OK如下图所示

5.2从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Subtract>Volumes+

a.拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。

单击Apply

b.拾取大圆柱作为“减”去的对象。

单击Apply

c.拾取步a中的两个体，单击Apply

d.拾取小圆柱体，单击OK

如下图所示

6创建一个三角面并形成三棱柱

创建三角面

a.MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ThroughKPs+

b.拾取轴承孔座和整个基座的交点。

c.拾取轴承孔上下两个体的交点

d.拾取基座上上步建立的关键点，单击OK完成了三角形侧面的建模。

沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>AlongNormal+

a.拾取三角面,单击[OK]

b.输入DIST=-0.15，厚度的方向是向轴承孔中心,单击[OK]

7沿坐标平面镜射生成整个模型

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Volumes+

a.拾取All

b.拾取“Y-Zplane，单击OK

（二）、微机械车轮的ANSYS实体建模

（1）创建2D模型

1.生成3个矩形面：

如图所示MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Rectangle>ByDimensions。

弹出CreateRectangleByDimensions对话框。

依次输入三个平面的参数，

55.55.57.257.257.75

051.52.250.53.75

单击Apply。

2.面相加操作：

MainMenu>Preprocessor>ModelingOperate>Booleans>Add>Areas,弹出一个拾取框，单击PickAll。

3.打开线编号：

UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering。

4.显示线：

UtilityMenu>Plot>Line.

5.线导角：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>LineFillet.然后依次分别拾取线7和14、7和16、13和5、5和15，结果如图

6.打开关键点编号：

UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering.弹出PlotNumberingControls对话框。

选择KeypointNumber复选框。

7.生成圆弧线：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Line>Arcs>ByEndKPs&Rad,然后重复对编号9、10、11及10、11、12的关键点生成圆弧RAD=0.4，最后单击OK按钮。

8.由线生成面：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas

Arbitrary>ByLines,弹出一个拾取框。

拾取编号为2、6、8的线，单击Apply按钮分别拾取编号“19、20、21”“22、23、24”“12、17、18”“11、26”“9、25”进行生成面的操作，最后单击OK按钮。

如图所示。

9.面相加：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas,弹出一个拾取框。

单击PickAll按钮，生成结果如图所示

（二）生成3D模型

1定义两个关键点（用来定义旋转轴）：

MainMenu>Preprocessor>Create>Keypoints>InActiveCS..

NPT=50,X=0,Y=0,Z=0，

NPT=51,X=0,Y=5,Z=0,单击OK按钮。

2.2D拖动生成3D：

MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude>Areas>AboutAxis,弹出一个拾取框。

单击按钮，然后拾取定义的两个编号为50、51的关键点，单击OK按钮。

弹出SweepAreasaboutAxis对话框，在后面的文本框中输入圆弧角为45度输入NSEG=2，即生成的实体由两个块体组成，单击OK按钮。

3关闭线编号显示:

UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering,清除LineNumber复选框，单击OK按钮。

4改变视图方向：

UtilityMenu>PlotCtrls>PanZoomRotate.

5.显示工作平面:

UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane.

6.移动工作平面:

UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPto>KeyPoint,弹出一个拾取框，拾取编号为27和28的关键点，单击OK按钮。

7.旋转工作平面：

UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements,

在XY,YZ,ZXAngles输入框中输入0，-90，0，然后点击OK.

8生成一个实心圆柱体：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>ByDimensions,弹出一个CreateCylinderbyDimensions对话框，在RAD1栏中输入0.45,在Z1,Z2中分别输入1,-2,单击OK按钮.生成实心圆柱如图所示。

9.体相减操作：

MainMenu>Preprocessor>Operate>Booleans>Subtract>Volumes,弹出一个拾取框。

拾取编号为V1和V2的体，单击OK按钮，然后拾取编号为V3的圆柱体，单击OK按钮。

10.体相加操作：

MainMenu>Preprocessor>Operate>Booleans>Add>Volumes弹出一个拾取框。

单击PickAll按钮。

11.保存结果数据文件:

Utility>File>Saveas,弹出Saveas对话框，输入Wheel_3D，单击OK按钮。

12.改变当前坐标系为全局柱坐标系：

UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActivesCSto>GlobalCylindricalY.

13.平移工作平面到当前坐标系:

UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPto>ActivescoordSys.

14.复制生成整个年轮：

MainMenu>Copy>Modeling>Volumes,弹出一个拾取框，单击PickAll按钮，又弹出一个对话框，填写数据，ITIME=8,DX=0,DY=45,DZ=0,单击OK按钮。

则生成的图如所示。

五、总结

1平移并旋转工作平面时，要分次进行，不然很容易出现错误

2工作平面和卡迪尔坐标系要分清楚，在创建物体时弄清相对位置

3轴承座映射时，注意对称平面

4面、体进行布尔加减时，注意正确选择目标

5关键点，线标点和指导书不一致时，注意进行对应

6每做一步都要进行保存，防止不必要的损失