飞轮有限元坎贝尔图文档格式.docx
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用file>
import>
IGES
导入后的文件如下图：
b.用Preprocessor>
Modeling>
Delete>
LineandBelow删除模型外多余的线。
c.UsePreprocessor>
Operate>
Booleans>
Divide>
LinebyLine>
todividelinesandcreateadditionalkeypointsneededforcreatingtheflywheelradialcross-section.
d.模型被分开，用Preprocessor>
LineandBelow删除图形中多余的线。
e.用Preprocessor>
create>
Areas>
Arbitrary>
ByLine创建模型。
分析：
1、用二维模型进行静力分析。
a.定义单元属性
用Preprocessor>
ElementType>
Add/Edit/Delete定义单元类型，选择PLANE182单元。
并在选项里选择axisymmetric。
定义材料属性Preprocessor>
MaterialProps>
MaterialModels。
材料为前面要求的不锈钢，注意：
此处注意单位换算！
因为模型的单位是MM，需要将问题中的材料属性单位均换算成毫米制。
b.划分网格
Meshing>
Meshtool设定网格尺寸，完成二维模型的网格划分。
此处不考虑网格收敛性问题，属于初次划分分析。
划分之后的模型如下图：
c.施加载荷
按照设计要求，用Solution>
Apply>
Structural>
DefineLoads>
Displacement对飞轮两端轴承处施加固定约束。
将最大转速12000rpm定义为载荷施加在模型上。
在施加转速约束时，对于只建立了一个截面的模型，首先要用Solution>
DefineLoads>
Displacement>
SymmetryB.C.选择转轴作为位移的对称约束。
用Solution>
Inertia>
AngularVeloc>
Global施加绕Y轴的转速
d.求解
AnalysisType>
NewAnalysis定义静力分析的基本类型。
并求解。
应力结果如下图：
即模型的最大应力为295.014MPa，在材料的许用应力范围之内。
即在最大转速下，结构不会被破坏。
2、用三维模型进行模态分析
a.在导入二维模型的基础上，用Preprocessor>
Extrude>
Area>
AboutAxis选择截面，OK，然后选择轴，点ok。
通过选择截面绕Y轴旋转得到三维飞轮模型。
生成模型如下图：
b.定义单元类型和材料属性
与静力分析一样选择单元类型为SOLID186，此处不需要选择axisymmetric。
然后定义材料属性，同静力分析。
c.划分网格
对三维实体进行网格划分。
同样是没有考虑网格收敛性的初划分，得到划分好网格之后的模型如下图：
d.施加约束和载荷
按照设计要求，对飞轮与轴承接触的面施加固定约束，并将最大转速12000rpm定义为载荷施加在模型上。
除了约束是施加在面上以外，其余方法与静力分析类似。
e.求解
NewAnalysis选择模态分析。
并用Solution>
AnalysisOptions设置分析6阶模态。
各阶模态图如下：
3、转速分析
由于陀螺效应，旋转结构的特征频率与其旋转速度相关。
计算不痛旋转速度时的频率，可以得到各个模态频率随转动速度的变化曲线。
在分析时，选择0.955rpm和11997.736rpm转速计算特征频率，随载荷步的增加，转速增加，生成坎贝尔图需要在各个不同转速下的载荷步频率结果。
运行后这两个转速下的频率结果如下图：
输出坎贝尔图如下：
可以看出频率与转速的结果如下：
4、网格收敛性分析
网格的划分对结果会产生影响，这个影响的大小需要经过网格收敛性分析来看。
a.二维静力分析的网格收敛性
在分析2中模型的节点和单元参数如下，定义为case1：
LargestNumberNumber
NumberDefinedSelected
Nodes...........357511221122
Elements..........549549549
在此情况下的最大应力为：
295.014MPa
接下来，更改网格划分时节点和单元数量如下，定义为case2：
Nodes...........2879977977
Elements..........426426426
重新进行应力分析，最大应力值为：
298.301MPa
Case1与Case2收敛性水平为：
=
=1.11%
再进行一组比对，定义为case3：
Nodes...........392014671467
Elements..........861861861
最大应力值为：
308.218MPa
Case3与Case2收敛性水平为：
=3.32%
两个均小与5%，那么可以认为网格大小对应力分析的结果没有造成影响，结果可靠。
b.三维模态分析的网格收敛性
在分析3中模型的节点和单元参数如下，定义为case4：
LargestNumberNumber
Nodes...........453584535845358
Elements..........281222812228122
在此情况下的基频和振幅分别为：
27.8411Hz和8.60145mm。
接下来，更改网格划分时节点和单元数量如下，定义为case5：
Nodes...........608116081160811
Elements..........387113871138711
重新进行模态分析，基频和振幅分别为：
27.8162Hz和8.60156mm。
Case4与Case5收敛性水平为：
基频：
=0.1%
振幅：
=0.001%
再进行一组比对，定义为case6：
LargestNumberNumber
Nodes...........302483024830248
Elements..........181321813218132
基频和振幅分别为：
27.8998Hz和8.60155mm。
Case5与Case6收敛性水平为：
=0.3%
两个均小与5%，那么可以认为网格大小对结果没有造成影响，结果可靠。
建议：
a.从应力分析结果可以看出，飞轮的最大应力位于从内向外的第一个薄壁处。
因此，在不影响其他部件运动和安装的前提下，适当的增加此处的厚度可以提高飞轮的强度。
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