有限元ANSYS.doc

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有限元分析大作业

序言（题目及要求）

问题描述：

图1为某轴承座的实体结构，图中尺寸单位为m，轴承座的受力及约束情况如图2所示，要求用ANSYS软件完成该轴承座的实体建模及静力学仿真分析，并撰写分析报告。

已知材料属性为弹性模量为3´107Pa，泊松比为0.3。

具体要求：

1.报告由实体建模、单元类型选择、网络划分、加载及约束及后处理等几部分组成，关键操作步骤及主要参数的确定在报告中需作明确说明，后处理需给出应力云图与应变云图，并对计算结果进行分析。

2.图2中沉孔径向内柱面承受外推压力为Pa和轴承孔柱面下部分承受向下压力Ps，为它他们的大小分别式

（1）和式

（2）计算。

3.轴承座底部受约束（UY=0），底座四个安装孔对称位移约束。

图1题目要求

第2章实体建模

1.1建模过程及思路

分析制定方案

材料性质：

弹性模量E=3´107Pa，泊松比v=0.3

边界条件：

轴承座底部受约束（UY=0），底座四个安装孔对称位移约束。

单元：

solid92。

荷载：

图2中沉孔径向内柱面承受外推压力为Pa和轴承孔柱面下部分承受向下压力Ps，为它他们的大小分别式

（1）和式

（2）计算。

1.2建模过程

1．定义工作文件名和工作标题

（1）定义工作文件名：

UtilityMenu>File>ChangeJobname.命令，在弹出的【ChangeJobname】对话框中输入“zhao”，选择【Newlonganderrorfile】复选框，单击OK按钮

（2）定义工作标题：

UtilityMenu>File>ChangeTitle命令，在弹出的【ChangeTitle】对话框中输入“10326129”，单击OK按钮。

（3）隐藏直角坐标：

PlotCtrls>WindowControls>WindowOpintons>Locationoftriad>Notshown

（4）显示画图坐标：

Workplane>DisplayWorkingplane。

显示界面如图1-1所示

图1-1显示画图坐标

2．创建几何模型

（1）生成底面四方体：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>ByDimensions并依次输入0,6,0,1,0,3。

界面如图1-2所示

图1-2生成底面四方体

（2）移动坐标：

Workplane>OffsetWpbyIncrements在对话框[X,Y,Zoffset]栏输入3,1,0

（3）生成垂直面四方体：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>ByDimensions并依次输入-1.5,1.5,0,1.75,0.75,0。

结果如图1-3所示

图1-3生成垂直面四方体

（4）移动坐标：

Workplane>OffsetWpbyIncrements在对话框[X,Y,Zoffset]栏输入0,1.75,0

（5）生成柱面：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>SolidCylinder在对话框中输入Radius1.5，Depth0.75e。

显示结果图1-4所示

执行MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>SolidCylinder在对话框中输入Radius0.85，Depth2。

显示结果如图1-5所示

图1-4生成柱面

图1-5生成柱面

（6）生成圆孔：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volumes先选中被减的体积，再选中要减的体积，显示结果如图1-5所示

图1-6生成圆孔

（7）移动坐标：

Workplane>OffsetWpbyIncrements在对话框[X,Y,Zoffset]栏输入0,0,0.75-0.185

（8）生成柱面：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>SolidCylinder在对话框中输入Radius1，Depth2

（9）生成圆孔:

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volumes先选中被减的体积，再选中要减的体积，显示结果如图1-7所示

图1-7生成圆孔

（10）体相加：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volumes,弹出对话框，单击PickAll

（11）移动坐标：

Workplane>OffWPto>Keypoints+

Workplane>OffsetWpbyIncrements在对话框[X,Y,Zoffset]栏输入0,-1.75,2.25

（12）激活坐标：

Workplane>ChangeActioveCSto>Workingplane

（13）创建点：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Kingpoints>InActiveCS在对话框中输入0,0,0,单击OK按钮

（14）创建面：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ThroughKPs

显示结果如图1-8所示

图1-8创建面

（15）拉伸成体：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Operate>Extrdue>Areas>AlongNormal选中三角形，厚度-0.15。

显示结果如图1-9所示

图1-9拉伸成体

（16）移动坐标：

Workplane>OffsetWpbyIncrements在对话框[X,Y,Zoffset]栏输入3,0,0

（17）激活坐标：

Workplane>ChangeActioveCSto>Workingplane

（18）创建点：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Kingpoints>InActiveCS在对话框中输入0,0,0,单击OK按钮。

显示结果如图1-10所示

图1-10创建点

（19）创建面：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ThroughKPs。

显示结果如图1-11所示

图1-11创建面

（20）拉伸成体：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Operate>Extrdue>Areas>AlongNormal选中三角形，厚度0.15。

操作界面如图1-12，显示结果如图1-13所示

图1-12操作界面

图1-13拉伸成体

（21）移动坐标：

Workplane>OffWPto>Keypoints+

（22）旋转坐标系：

Workplane>OffsetWpbyIncrements在对话框[XY,YZ,ZXAngle]栏输入0,90,0

（23）创建底面圆柱MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>SolidCylinder在对话框依次输入参数

0.750.750.75/22Apply

0.752.250.75/22Apply

5.250.750.75/22Apply

5.252.250.75/22Apply

（24）生成圆孔：

MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract

底面体积减去圆柱体积。

显示结果如图1-14所示

图1-14生成圆孔

（25）体相加：

布尔加运算MainMenu:

Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volumes单击“PickAll”

（26）定义单元类型与材料属性：

MainMenu:

Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete/Selectsolid92

MainMenu:

Preprocessor>MaterialProps>MaterialsModels>Structural>Linear>Elastic>Isotropic填入EX（3e7）和PREX（0.3）

（27）划分单元剖分网格

MainMenu:

Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Global>Size在弹出对话框的“Elementedgelength”文本框输入“0.2”

MainMenu:

Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free在弹出的对话单击“PickAll”完成单元格划分，显示结果如图图1-15所示

图1-15划分单元剖分网格

（28）模型检查

（29）储存模型

第3章施加载荷

使用求解器：

Solution

1．选择分析类型

MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalasis>SelectStatic。

2.施加边界条件：

（1）轴承座底部受约束（UY=0）

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Strucural>Displacement>OnAreas选择模型的底部，单击“OK”键，在弹出的对话框中选择“UY”并关闭对话框如图2-1所示

图2-1轴承座底部受约束

（2）底座四个安装孔对称位移约束

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Strucural>Displacement>SymmetryB.C>OnAreas选择四个安装孔的内表面，单击“OK”键

3.施加荷载：

（1）沉孔径向内柱面承受外推压力为Pa=1029Pa

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Strucural>Pressure>OnAreas选择好对应的面并单击“OK”键。

在弹出的对话框的“VALUELoadPRESvalue”文本框输入1029

（2）轴承孔柱面下部分承受向下压力Ps=5129Pa

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Strucural>Pressure>OnAreas显示结果如图2-2所示

图2-2施加边界条件

第4章求解与分析

使用求解器：

Solution

使用后处理器：

GeneralPostproc

模型应力云图

（1）执行求解MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS。

显示结果如图3-1

图3-1执行求解

（2）查看应力图

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contourplot>NodalSolu>vonMisesStress。

显示结果如图3-2所示

图3-2应力图

由图可知，轴承座最大应力为15783Pa,出现在轴承孔柱面下部分。

基座所受应力最小为5.679Pa.

2.模型位移云图

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contourplot>NodalSolu>DOFSolution>Displacementvectorsum。

显示结果如图3-3所示

图3-3位移云图

由图可知最大位移出现在顶部，最大位移量为0.001984

3.模型应变云图

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contourplot>NodalSolu>ElasticStrain>vonMisesElasticStrain。

显示结果如图3-4所示

图3-4应变云图

参考文献

[1]张洪才．ANSYS14.0理论解析与工程应用实例[M]．北京：

机械工业出版社，2013

[2]黄志新，刘成柱．ANSYSWorkbench14.0[M]．北京：

人民邮电出版社，2013

[3]丁源，吴继华．ANSYSCFX14.0从入门到精通[M]．北京：

清华大学出版社，2013

[4]王新敏．ANSYS工程结构数值分析[M]．北京：

人民交通出版社，2007

[5]纪兵兵，陈金瓶．ANSYSICEMCFD网格划分技术实例详解[M]．北京：

水利水电出版社，2012

[6]邓凡平．ANSYS12有限元分析自学手册[M]．北京：

人民邮电出版社，2011

[7]张朝晖．ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析（第3版）[M]．北京：

机械工业出版社，2010

[8]高耀东，刘学杰．ANSYS机械工程应用精华50例（第3版）[M]．北京：

电子工业出版社，2011

[9]王新敏，李义强，许宏伟．ANSYS结构分析单元与应用[M]．北京：

人民交通出版社，2011

[10]张洪才，何波．有限元分析—ANSYS13.0从入门到实战[M]．北京：

机械工业出版社，2011

总结

ANSYS软件是融结构、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。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

对于初学者，必将会遇到许许多多的问题，对遇到的问题最好能记下来，认真思考，逐个解决，积累经验。

只有这样才会印象深刻，避免以后犯类似的错误，即使遇到也能很快解决。

通过此次ANSYS作业，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来ANSYS的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。

但是在这个过程中也让我发现自己存在着很多不足之处要去弥补。

首先，要多问，多思考，去享受努力的过程去享受恍然大悟的感觉。

其次，要有耐心，不要急躁。

对初学者而言，感觉ANSYS特别费时间，当作不出什么东西时就没有成就感，容易产生心理疲劳，缺乏耐心。

遇到情况要能调整自己的心态，坦然面对，要有耐心，针对问题积极思考，发现原因，并时刻让自己保持愉快的心情，真正当你对问题有突破性进展时，成就感和满足感会油然而生。

然后，不懂的地方一定要问同学或老师，相信团队的力量，并真正学到些东西，切不能固步自封，保持虚心不断学习。

最后，注意经验的积累，不断总结经验。

万事开头难，我们所要做的就是真正去弄懂，然后才能熟能生巧高效地去解决一些实际问题。

总而言之，享受这个学习的过程让我受益匪浅。

致谢

在此要感谢我们的指导老师唐老师对我悉心的指导，感谢老师们给我的帮助。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

在设计ANSYS过程中，我通过仔细阅读教科书查阅相关书籍，与同学交流经验，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的或许不太好，截图或许截得不太到位，但是在设计过程中所学到的东西是我在这个过程中的最大收获和财富，使我终身受益。

通过这一阶段的努力，终于亲手把有限元作业完成了，在这个阶段我在学习上和思想上都提升了许多，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和帮助是分不开的。

当然在以后的学习过程中我也会毫无保留的去帮助大家。

再次感谢大家！

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