单车ansys有限元分析

1/33广州大学机械设计制造及其自动化特色专业机械设计报告设计题目:单车的设计及ansys有限元分析专业班级:09机械1班姓名:冯进福学号:0915020064指导老师:江帆完成日期:2012-6-192/33单车的设计及ansys模拟分析一、单车实体设计与建模1、总体设计单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模，建模时主要分为三个部分即：前轮、车架、后轮，然后进行组装。此单车是基于现有的单车进行改善，使车身的结构更加简单，减轻其自身的重量，同时也减少了骑车者的负担，让骑车者骑车时感觉更舒服，而且单车停放时占地小，方便停放。2、车架车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。3/333、前后轮前后轮（前轮和后轮）的作用是承受单车本身和骑车者的全部重量，另一个作用是车轮的旋转推动单车向前走及转向，因此必须具有足够的强度，以免在行驶中受到震动发生折断，同时要求车轮须圆正，可保持在旋转时平稳，此外车轮结构要有适当弹性，以增强避震性，提高骑行者的舒适性。二、单车有限元模型1、材料的选择单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。其属性如下：弹性模量：）（2N/m1090E.6泊松比：0.33质量密度：）（2N/m32.70E抗剪模量：）（2N/m1060E.2屈服强度：）（2N/m875E.22、单车模型的简化为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运输效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。4/333、单元体的选择单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid）。查资料可以知道3D实体常用结构实体单元有下表。单元名称说明Solid45三维结构实体单元，单元由8个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、大变形、大应变功能，其高阶单元是solid95Solid64用于模拟三维各向异性的实体结构。单元由8个节点定义，本单元具有大变形、大应变功能Solid65用于模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型，该单元能够计算拉裂和压碎而且该单元可应用与加筋复合材料（如玻璃纤维）及地质材料（如岩石）等。Solid92具有二次位移特性，非常适合模拟不规则模型，（例如由各种CAD/CAM系统产生的网格模型）。此单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形和大应变等功能。Solid95Solid45、solid185单元Solid147砖形单元，最多支持阶数为8的项式Solid148四面体单元，最多支持阶数为8的多项式Solid185用于建立三维实体结构模型。单元有8个节点定义，其高阶单元是solid95Solid186用于建立三维实体结构模型。单元有20节点定义的结构实体单元Solid187高阶三维10节点实体单元。适用于产生不规则网格模型，solid92是它的类似单元根据上表各单元结构的特点初步选择单元solid45。4、网格的划分1)将IGES格式的车架导入ansys中fileimportIGES找到格式为IGES的车架文件，文件导入后如下图。5/332）选择单元体MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/DeleteAdd(弹出对话框选择下图所示的单元体)3）定义车架材料的属性MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModels（按照下图给车架定义材料属性）6/33定义材料的弹性模量：）（2N/m1090E.6、泊松比：0.33定义材料的质量密度：）（2N/m32.70E4）画分网格MainMenuPreprocessorMeshingMeshTool弹出的对话框中设置网格的边界长度设为10点Meshpickall（自动生成网格如下图所示）7/33三、单车静强度分析1)导入已画分好的模型网格2）进行菜单过滤MainMenuPreferences弹出的对话框中勾选Structural点OK3）定义分析类型MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysis勾选Static点OK8/334）定义求解控制菜单选择MainMenuSolutionAnalysisTypeSol’nControls命令打开对话框勾选Calculateprestresseffects项OK5）施加约束选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnAreas分别选择前后轮支架的四个接触面为约束面点OK弹出的对话框中选择AllDOFOK完成约束9/336）施加载荷假设驾驶人的重量为60kg，那么作用在单车上的力的大小就为600N。设定安全系数为3，则施加在单车上面的力大小为1800N。选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnAreas选择与座包接触的支管的面（如下图所示）点OK弹出的对话框中在VALUELoadPRESvalue处设置参数为1800OK完成10/337）打开输出设置菜并设置参数选择MainMenuSolutionLoadStepOptsOutputCtrlsSoluPrintout弹出的对11/33话框中勾选EverysubstepOK完成8）计算选择MainMenuSolutionSolveCurrentLS弹出的对话框如下，点OK继续接着会弹出提示的对话框，点Yes，然后系统开始运算。当提示出现Solutionisdone对话框表示运算完成，点Close。运算结束后的车架模型12/339）查看等效应力、应变结果a、查看应变结果MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu弹出对话框中（如下图）选择NodalSolution在Undisplacedshapekey中选择Deformedshapewithundeformedmodel(方便区分变形前后的对比)分别查看X、Y、Z和总的应变图X方向的变形图13/33Y方向的变形图Z方向的变形图14/33总的变形图b、等效应力的结果15/33MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu弹出对话框中（如下图）选择NodalSolutionStressvonMisesstress在Undisplacedshapekey中选择Deformedshapeonly四、模态分析1）定义分析的类型选择MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysis弹出对话框勾选ModalOK完成16/332）打开定义分析类型菜单选择MainMenuSolutionAnalysisTypeAnalysisOptions弹出ModalAnalysis对话框，在No.ofmodestoextract和NMODENo.ofmodestoexpand填15OK完成弹出对话框中在FREQEEndFrequency中设置10000OK完成3）施加约束条件选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOn17/33Areas分别选择前后轮支架的四个接触面为约束面点OK弹出的对话框中选择AllDOFOK完成约束4）进行输出菜单的设置选择MainMenuSolutionLoadStepOptsOutputCtrlsSoluPrintout弹出的对话框中在Itemforprintoutcontrol出选择Allitems，在Printfrequency处勾选EverysubstepOK完成18/335）进行运算选择MainMenuSolutionSolveCurrentLS弹出的对话框如下，点OK继续接着会弹出提示的对话框，点Yes，然后系统开始运算。当提示出现Solutionisdone对话框表示运算完成，点Close。6)分析结果选择MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu弹出对话框中选择NodalSolutionStressvonMisesstressOK完成（查看总变形）也可以通过动画观看变形的过程选择主菜单栏上的PlotCtrlsAnimatedeformedresults弹出的对话框中左边选择Stress，右边选择vonMisesSEQVOK完成19/33五、谐响应分析1）导入已画分好的车架网格模型2）进行菜单过滤选择MainMenuPreferences弹出的对话框中勾选Structural点OK20/333）设置分析类型选择MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysis勾选HarmonicOK4）设定分析选项选择MainMenuSolutionAnalysisTypeAnalysisOptions，出现谐响应分析选项设置对话框，设定“Solutionmethod”为Full，设定“DOFprintoutformat”为Amplitud+phase,单击OK，出现完全法谐响应分析设置对话框，采用默认设置。5）设定输出控制选项选择MainMenuSolutionLoadStepOptsOutputCtrlsSoluprintout,弹出对话框21/33设定打印频率为“Lastsubstep”。6）设置求解选项选择MainMenuSolutionLoadStepOptsTime/FrequencFreqandSubsteps,在出现的对话框中Harmonicfreqrange（谐波频率范围）设为0和7.5，Numberofsubsteps（子步数）设为30，Steppedorrampedb.c（加载方式）选择Stepped（Ramped载荷的幅值随各子步逐渐增长，Stepped在频率范围内的所有子步载荷将保持恒定的幅值）7）施加约束条件选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnAreas分别选择前后轮支架的四个接触面为约束面点OK弹出的对话框中选择AllDOFOK完成约束22/338）施加简谐激励载荷MainMenuSolutionDefineloadsApplyStructuralForce/MomentOnNodes在与座包接触的面上选择一个关键节点，弹出的对话框中选择Z方向，设定载荷幅值-1800（Realpartofforce/mom）23/339）进行求解选择MainMenuSolutionSolveCurrentLS弹出的对话框如下，点OK继续接着会弹出提示的对话框，点Yes，然后系统开始运算。当提示出现Solutionisdone对话框表示运算完成，点Close。10）后处理查看结果选择MainMenuTimeHistPostpro，如下弹出对话框，点击左上边绿色的图标增加一个节点。24/33弹出如下对话框，选择NodalSolutionDOFSolutionZ-Componentofdisplacement选择如下图所示与座包接触的面上的一个节点（也