《机械工程有限元分析基础》大作业报告

《机械工程有限元分析基础》大作业报告

二〇二一年六月

一、建模过程/步骤

1、ANSYS分析开始准备工作

（1）清空数据库并开始一个新的分析，选取 Utility > File > Clear & Start New,弹出 Clear database and Start New 对话框，单击 OK 按钮，弹出 Verify 对话框，单击 OK按钮完成清空数据库。

（2）指定新的工作文件名 指定工作文件名。选取 Utility Menu > File >Change Jobname,弹出 Change Jobname 对话框，在 Enter New Jobname 项输入工作文件名“feilm”，单击 OK按钮完成工作文件名的定义。

（3）指定新的标题指定分析标题。选取 Utility Menu > File > Change Title，弹出 Change Title 对话框，在 Enter New Title 项输入标题名“feilun axis”为标题名，然后单击OK按钮完成分析标题的定义。

（4）重新刷新图形窗口 选取 Utility Menu > Plot >Repiot，定义的信息显示在图形窗口中。

2、确定分析类型

（1）运行主菜单 Main Menu > Preference 弹出分析类型设定对话框，选择分析模块为 Structural 结构分析，然后单击 OK 按钮完成分析类型定义。

（2）d定义单元及材料属性

（3）新建单元类型 运行主菜单 Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 命令，弹出 Element types 对话框，单击 Add 按钮新建单元类型，弹出 Library of Element Types 对话框，先选择单元大类为 solid，接着选择 Quad 8 node 183，单击 OK 按钮，完成单元类型选择。接着单击 Option 按钮进入单元设置选项，在 Element behavior(K3)栏中更改选项为 Asisymmetric(轴对称)，在单击 OK按钮返回 Element Type 对话框，单击 Close 按钮完成设置。

（4）定义材料属性 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Material Props > Matorial Models 命令，系统显示材料属性设置对话框，在材料属性对话框中一次选择 Structure/Linear/Elastic/Isotropic。完成选择后，弹出材料属性对话框，方便输入弹性模量210e9，泊松比0.27，单击 OK 返回选择 Density，弹出密度定义对话框，输入密度 7800，单击 OK返回。完成材料属性设置后，关闭对话框离开材料属性设置。

3、建立几何图形

（1）建立关键点

（2）绘制矩形 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions 命令，在对话框中分别输入 1 点坐标 X1=50，Y1=0，2 点坐标 X2=55，Y2=50，单击 Apply 按钮完成第一个矩形绘制；同理，输入3点坐标X1=55，Y1=24，6点坐标 X2=75，Y2=16，单击 Apply 按钮完成第二个矩形绘制；输入4点坐标 X1=75，Y1=40，5点坐标 X2=80，Y2=5，单击 OK 按钮完成第三个矩形绘制。

（3）布尔操作合并图形 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出现选择拾取对话框，依次点击图形再点 Apply，完成布尔加。

（4）设置显示方式 运行菜单 Utility Menu > Plot > Line，设置显示方式为直线，以便下一步为直线倒圆角。

（5）倒圆角 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet 弹出对话框，拾取视频中线段，单击 OK按钮，出现圆角半径设置对话框，Fillet Radius 项输入5，其他项默认，单击 Apply 按钮完成第一个圆角绘制；同理，完成其他三个圆角的绘制。

（6）生成面 运行菜单 Utility Menu > Plot > Line 设置直线显示方式，运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas >Arbitrary > By Lines，出现选择拾取对话框，点击拾取视频中的线段，单击 Apply 按钮完成；同理，完成其他三个面的生成，单击 OK 按钮结束。

（7）布尔运算 完成几何图形创建 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出现选择拾取对话框，依次点击图形再点 Apply，完成几何图形创建。

4、划分网格

（1）运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool(网格划分工具)命令，出现 Mesh Tool 菜单，单击 Areas 中的 set 按钮，在单元尺寸对话框中的 Element edge length 项中输入单元尺寸，本列中输入1，单击 OK 按钮确定。在 Mesh Tool 菜单中设置 Mesh 下拉框为 Areas，shape 项选择 Quad(四边形单元网格），单击 Mesh 按钮划分网格，出现的 Mesh Areas 对话框中单击飞轮平面，在点击Apply，系统将自动完成网格划分。

5、加载求解

（1）显示线段

（2）施加约束 运行主菜单 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Displacement on Lines 命令，出现拾取菜单，选择视频中线段，单击 Apply，出现约束定义对话框，选择 All DOF 约束所有自由度，在 Displacement Value 选项输入0，在单击OK按钮，完成约束定义。

（3）施加载荷 运行 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Pressure > On Lines 命令，出现拾取菜单，选择线段，单击 Apply，出现载荷（压力）定义对话框，输入1e6，单击 OK 按钮完成。

（4）施加角速度 运行主菜单 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Inertia >Angular veloc > Globel 弹出施加速度对话框。在 OMEGY Y 项输入62.8 单击 OK按钮完成。

6、求解

（1）运行主菜单 Main Menu > Solution > Current LS 命令，出现菜单中单击 OK 按钮确定。计算机开始进行求解，求解完成后出现“solution is done”提示表示求解完成。单击 Close 按钮完成求解。

7、查看分析结果

（1）改变观察输出结果坐标系 在总体柱坐标系下观察应力分布和变形比较方便，因此，吧结果坐标系转换到柱体坐标系下：执行 Main Menu > General Postproc > Options for output 出现结果坐标系设置对话框，设置为柱坐标系，单击 OK按钮完成。

（2）显示节点（单元）径向位移云图 运行主菜单 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，选择 DOF Solution > X-Component of Displacement 径向位移（如果观察周向位移，该项选择为 Y-Component of Displacement)，单击 OK 按钮。

（3）显示节点（单元）应力云图 运行主菜单 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，选择 stress > X-Component stress 径向应力（周向应力为 Y-Component stress），单击 OK按钮。

（4）三维扩展结果 运行下拉菜单 Utility Menu > PlotCtrls > Style > symmetry Expansion > 2D Axis-symmetric 弹出轴对称扩展设置对话框，选择 Full expansion，单击 OK 按钮。（也可以改成四分之一显示）

二、结果分析图片

图2.1 节点径向位移云图

图2.2 节点径向应力云图

图2.2 三维扩展结果图

三、ANSYS软件应用小结

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。

本次实验是学习如何使用ANSYS 通过软件对框架结构内力进行计算，在还未学习该软件前，对于此类问题，通常会采用力矩分配法来进行计算，计算过程繁复，计算量大，并且容易出错。导致过程缓慢，效果不显著。

在这次大作业中，我跟随着视频中老师的讲解一步步建模和受力分析，在一开始的迷茫和不解中一次次观看老师的教程，一点点学会使用软件。在课堂上魏老师也在上课过程中给我们介绍了有关飞机上角架和飞轮以及她在研究生期间的研究设计，给我打开了一扇新的大门

对于其他应用型软件而言，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，在解题过程中是十分牢靠的。同时这也是一门不易掌握的软件，因而，要学好ANSYS,我们要自己有较高的要求，所有实验的基础都是需要我们有理论知识的支持，因此我们要对力学有一定程度的掌握。在掌握理论知识的同时我们要对软件的使用积累经验，光有理论或者经验都是不行的。要结合起来这样我们才能有更深层次的探索和学习。