机械零件有限元分析——实验报告

中南林业科技大学机械零件有限元分析实验报告专业：机械设计制造及其自动化年级：2013级班级：机械一班姓名：杨政学号：20131461I－－1一、实验目的通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。二、实验内容实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。－－2实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为1.0×108Pa，空心球体的内径为0.3m，外径为0.5m，空心球体材料的属性：弹性模量2.1×1011，泊松比0.3。承受内压：1.0×108Pa受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）1、进入ANSYS→changetheworkingdirectoryintoyours→inputjobname:Sphere2、选择单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK(backtoElementTypeswindow)→Options…→selectK3:Axisymmetric→OK→Close(theElementTypewindow)3、定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:2.1e11,PRXY:0.3→OK4、生成几何模型生成特征点ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：input：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK生成球体截面ANSYS命令菜单栏:WorkPlaneChangeActiveCStoGlobalSphericalANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Lines→InActiveCoord→依次连接1,2,3,4点生成4条线→OKPreprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ByLines→依次拾取四条线→OKANSYS命令菜单栏:WorkPlaneChangeActiveCStoGlobalCartesian5、网格划分ANSYSMainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshTool→(SizeControls)lines:SetR1=0.3R2=0.5－－3→拾取两条直边:OK→inputNDIV:10→Apply→拾取两条曲边:OK→inputNDIV:20→OK→(backtothemeshtoolwindow)Mesh:Areas，Shape:Quad，Mapped→Mesh→PickAll(inPickingMenu)→Close(theMeshToolwindow)6、模型施加约束给水平直边施加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines→拾取水平边：Lab2:UY→OK给竖直边施加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→DisplacementSymmetryB.C.→OnLines→拾取竖直边→OK给内弧施加径向的分布载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取小圆弧；OK→inputVALUE:1e8→OK7、分析计算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)→close8、结果显示ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK(backtoPlotResultswindow)ContourPlot→NodalSolu…→select:DOFsolution,分别选X-Componentofdisplacement+DeformedShapewithundeformedmodel;Y-Componentofdisplacement+DeformedShapewithundeformedmodel;Displacementvectorsum+DeformedShapewithundeformedmodel.ContourPlot→NodalSolu…Stress下分别选X-Componentofstress+DeformedShapewithundeformedmodel;Y-Componentofstress+DeformedShapewithundeformedmodel;Z-Componentofstress+DeformedShapewithundeformedmodel;Vonmisesstress+DeformedShapewithundeformedmodel.查看各后处理结果的数据并回答最后面的问答题。－－4实验二、轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理实验目的：学习创建实体模型的方法，工作平面的平移及旋转，布尔运算（相减、粘接、搭接等），基本网格划分，基本加载、求解及后处理。问题描述：下图为一轴承座，具体尺寸见课本128页。已知轴承座的材料属性为：弹性模量为3×107psi，泊松比为0.3。轴承座承受的载荷如下图所示，试分析轴承座的变形及内部应力分布状态。圆孔下半部分的内表面承受向下作用力(3500＋学号后两位×5)psi.具体步骤：1、创建基座模型生成长方体MainMenu：PreprocessorModelingCreateVolumesBlockByDimensions输入x1=0，x2=3，y1=0，y2=1，z1=0，z2=3平移并旋转工作平面UtilityMenuWorkPlaneOffsetWPbyIncrementsX,Y,ZOffsets输入2.25，1.25，0.75点击ApplyXY，YZ，ZXAngles输入0，－90，0。点击OK。创建圆柱体MainMenu：PreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolidCylinderRadius输入0.375，Depth输入－1.5，点击OK。轴承座底部四条边线的约束(UY=0)沉孔底面上的推力(800＋学号后两位×5)psi.四个安装孔径向约束(对称位移约束)－－5拷贝生成另一个圆柱体MainMenu：PreprocessorModelingCopyVolume拾取圆柱体，点击Apply，DZ输入1.5，然后点击OK。从长方体中减去两个圆柱体MainMenu：PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes，首先拾取被减的长方体，点击Apply，然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致UtilityMenuWorkPlaneAlignWPwithGlobalCartesian2、创建支撑部分UtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane(toggleon)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=0WPY=1Width=1.5Height=1.75Depth=0.75OKToolbar:SAVE_DB3、偏移工作平面到轴瓦支架的前表面UtilityMenu:WorkPlane-OffsetWPto-Keypoints+1.在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点2.OKToolbar:SAVE_DB4、创建轴瓦支架的上部MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Volumes-Cylinder-PartialCylinder+1).在创建圆柱的参数表中输入下列参数:WPX=0WPY=0Rad-1=0Theta-1=0Rad-2=1.5Theta-2=90Depth=-0.75－－62).OKToolbar:SAVE_DB5、在轴承孔的位置创建圆柱体，为布尔操作生成轴孔做准备MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Volume-Cylinder-SolidCylinder+1)输入下列参数:WPX=0WPY=0Radius=1Depth=-0.18752)拾取Apply3)输入下列参数:WPX=0WPY=0Radius=0.85Depth=-24.)OK6、从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔MainMenu:Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Subtract-Volumes+1.拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。单击Apply2.拾取大圆柱（Radius=1的圆柱）作为“减”去的对象。单击Apply3.拾取步1中的两个体，单击Apply4.拾取小圆柱体（Radius=0.85的圆柱），单击OKToolbar:SAVE_DB合并重合的关键点：–MainMenuPreprocessorNumberingCtrlsMergeItems，将Label设置为“Keypoints”，单击OK。7、创建一个关键点在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:–MainMenuPreprocessor-ModelingCreateKeypointsKPbetweenKPs+•拾取如图的两个关键点，单击[OK]•RATI=0.5，单击[OK]8.创建一个三角面并形成三棱柱MainMenuPreprocessor-ModelingCreate-AreasArbitraryThroughKPs+1.拾取轴承孔座与整个基座的交点；－－72.拾取轴承孔上下两个体的交点；3.拾取基座上第7步建立的关键点，单击OK，完成三角形侧面的建模；4．沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱；MainMenuPreprocessor-ModelingOperateExtrudeAreasAlongNormal+•拾取三角面，单击[OK]5.输入DIST=－0.15，厚度的方向是向轴承孔中心，单击[OK]Toolbar:SAVE_DB9.关闭workingplanedisplay.UtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane(toggleoff)10．沿坐标平面镜射生成整个模型.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Reflect-Volumes+1.拾取All2.拾取Y-Zplane，单击OKToolbar:SAVE_DB11.粘接所有体MainMenu:Preprocessor-Modeling-Oper