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1、 1 基于有限元软件基于有限元软件 WorkbenchWorkbench 对轴的分析对轴的分析 第 1 章 模型建立 1 1.1 进入模拟平台. 1 1.2 Workbench 设置静力系统。 1 1.3 输入材料属性. 2 1.4 创建几何模型：创建草图构造点. 2 1.5 创建几何模型：尺寸标注. 4 1.6 创建几何模型：Modeling 模式中创建线体 4 1.7 创建几何模型：线体赋予圆形截面. 5 1.8 进入 Mechanical 环境 . 6 1.9 静力分析中分配材料及网格划分. 7 1.10 施加约束. 8 1.11 施加载荷 . 8 1.12 添加求解选项并求解. 9 1
2、.13 查看结果. 10 第 2 章 验证收敛性 13 2.1 Workbench 添加静力分析系统 13 2.2 创建 3D 几何模型 14 2.3 进入 Mechanical 程序 15 2.4 静力分析 C 中分配材料和网格划分 16 2.5 施加载荷及约束. 17 2.6 添加求解项并求解查看结果. 18 2.7 分析收敛性. 19 第 3 章 模态率的分析 26 3.1 建立模态分析系统. 26 3.2 创建 3D 几何模型 27 3.3 进入 Mechanical 程序 28 3.4 模态分析 D 中分配材料和网格划分 29 3.5 定义边界条件. 30 3.6 分析选项设置及求解
3、. 31 3.7 查看求解结果. 31 第 4 章 小结 34 1 第第 1 1 章章 模型建立模型建立 1.1 进入模拟平台进入模拟平台 运行 ANSYS 15.0-Workbench15.0，进入到 Workbench 数值模拟平台，鼠标 左键点击 OK 关闭欢迎窗口。出现如图 1 的界面。 1.2 Workbench 设置设置静力静力系统。系统。 1.1 双击Static Structural或者直接拖动Static Structural到Project Schematic。 1.2 然后将分析系统命名为 shaft。 1.3 点击 Save，保存项目文件名称为 Shaft.wbpj。
4、如图 1 图 1.1 设置静力系统 2 1.3 输入材料属性输入材料属性 1.1 分析系统 A 中鼠标左键双击 Engineering Data，进入工程数据窗口。 1.2 输入新材料名称 shaft。 1.3 左侧工具箱下方选择各项同性线弹性材料模型 （双击 IsotropicElasticity） 。 1.4 材料属性窗口输入弹性模量 2.1E+11Pa 与泊松比 0.28 1.5 工具栏鼠标点击 Project，返回工程流程图的 Workbench 界面。 图 2 1.输入材料属性 1.4 创建几何模型：创建草图构造点创建几何模型：创建草图构造点 1.1 如图 3，Workbench 分
5、析系统 A 中鼠标左键双击 Geometry，进入 DM 窗 口。 3 图 1.3 1.2 导航树选择 XYPlane 工作平面 1.3 工具栏点击新草图按钮，创建新草图 Sketch1。 1.4 选择 Sketching 标签选项。 1.5 选择 Draw 下面的构造点命令 Construction Point。 1.6 工具栏选择正视图按钮，则视图调整到正对 XY 平面。 1.7 图形区点击鼠标左键，设置如图 4 的 6 个点。 图 1.4 4 1.5 创建几何模型：尺寸标注创建几何模型：尺寸标注 1.1 选择尺寸标注 Dimensions 1.2 图形区分别点击相邻的两点拖放鼠标显示水平
6、尺寸， 显示 L1， 同样的方 法标注另外 5 个尺寸。 1.3 修改尺寸的显示单位为 Millimeter。 1.4 明细窗口中设置尺寸：L1=200,L2=100,L3=1000,L4=100,L5=200. 1.5 Dimensions-Display-Value，图形区显示尺寸大小。 图 1.5 1.6 创建几何模型：创建几何模型：Modeling 模式中创建线体模式中创建线体 1.1 选择 Modeling 标签 1.2 菜单栏中选择 ConceptLine From Points 1.3 图形区中选取相邻两点，由左到右依次选取。 1.4 Point Secments=Apply，O
7、peration=ADD Frozen。 1.5 点击工具栏中的 Generate。 5 1.6 导航栏中显示生成线体 Line1，同样生产线体 Line2Line5。 图 1.6 1.7 创建几何模型：线体赋予圆形截面创建几何模型：线体赋予圆形截面 1.1 给线体赋予圆形截面，菜单栏中选择 ConceptCross SectionCircula。 1.2 导航栏中会出现 Circular1。 1.3 输入 Circular1 截面半径尺寸 75mm。 1.4 同样生成 Circular2。 图 1.8 6 1.5 分别对线体赋予截面，选择导航栏 5Part，5Body 下面两端的 2 个线体
8、。 1.6 明细窗口设置 Cross Section=Circular1。 1.7 菜单栏勾选 Cross Section Solids。 1.8 图形区的两端2个线体以横截面的实体方式显示， 如图1.9中的1位置。 1.9 同样选取 3 个线体的明细窗口设置 Cross Section=Circular2，图形区的显 示如图 1.9 位置 3。 1.10 线体组合成零件，导航树中选择 5Part，5Body 的 5 个线体 Line Body， 鼠标右键点击 From New Part。 1.11 导航下显示为 5 个线体组成 1 个零件 1Part，5Bodies-Part 图 1.9 1
9、.8 进入进入 Mechanical 环境环境 切换回 Workbench 羡慕流程窗口，双击 Setup，进入 Mechanical 环境。 图 1.10 7 1.9 静力分析中分配材料及网格划分静力分析中分配材料及网格划分 1.1 分配材料：导航树中选择 ModelGeometry-Part 1.2 明细窗口中指定前面定义过的材料 Assignment=shaft 图 1.11 1.3 导航树中选择 Mesh，右击鼠标，选择 Generate Mesh 生成默认网格。 1.4 图形区显示轴单元网格。 图 1.12 8 1.10 施加约束施加约束 1.1 工具栏选点选按钮。 1.2 图形区选
10、择左侧第三个点。 1.3 导航树中选择 Static sttuctural（A5） ，工具栏中选 Simply Supported，将 限制 x，y，z 方向的移动。 1.4 图形区选择左侧第三个点及右侧第三个点。 1.5 插入固定转动 Fixed Rotation。 明细窗口中 DefinitionRotation X=Fixed； Rotation Y=Fixed；Rotation Z=Free。 1.6 图形区选择右侧第三个点。 1.7 插入位移 Displacement，明细窗口中 DefinitionRotation X=Free； Rotation Y=0；Rotation Z=0
11、。 1.8 导航栏显示施加的三个约束条件。 图 1.13 1.11 施加载荷施加载荷 1.1 工具栏中选点选按钮，图形区选择左侧第一点。 1.2 施加集中力：导航树 Static Structural（A5） ，工具栏中选 LoadsForce 1.3 编辑 Force 属性，Define By=Components。 1.4 Y Component=-300000N。 1.5 同样的方法选择右边的第一点，生成 Force2。 9 图 1.14 1.12 添加求解选项并求解添加求解选项并求解 1.1 工具栏中点击选线按钮 1.2 在快捷菜单中右击鼠标点击选择所有命令 Select All。 1
12、.3 点击导航栏中 Solution（A6） 。 1.4 选择 Deformation 下拉菜单里的 Total。 图 1.15 10 1.5 右击 Solution（A6）下拉菜单选择 Beam Tool 添加轴工具。 1.6 插入轴分析结果 Beam ResultsBending Moment、Shear Force。 1.7 BeamTool 下面全部显示勾绿。 图 1.16 1.13 查看结果查看结果 图 1.17 总变形图，最大变形在轴两端，为 1.6448mm 11 图 1.18 最大组合应力，由于没有轴向应力，组合拉应力也就是最大弯曲应力，为 181.46Mpa，在轴截面突变处。
13、 图 1.19 总弯矩图，最大总弯矩在中间为 9e7N.mm 图 1.20 总剪切力图，最大在小轴上，两端约束处为 3e5N。 12 图 1.21 剪切力变化图 . 图 1.22 弯矩变化图 图 1.23 总变形变化图 13 第第 2 2 章章 验证收敛性验证收敛性 2.1 Workbench 添加静力分析系统添加静力分析系统 1.1 工具箱中用鼠标左键将Static Structural拖入到A分析系统的Engineering Data 单元格上，放开鼠标，创建分析系统 B，同样的方法可以建立多个系统，共 用分析系统 A 的 Engineering Data 数据，这样就不用再次重新输入材料
14、参数。本 章使用的是 C 分析系统。 1.2 C 分析系统最底边双击，键入名称。 1.3 点击工具栏 Save，进行保存 图 2.1 添加静力分析系统 14 2.2 创建创建 3D 几何模型几何模型 1.1 Workbench 中鼠标双击几何 Geometry 单元格，进入 DM 程序，建模单位 是 mm，选择菜单中的 Units-Millimeter。 1.2 菜单中选择 Create-Primitives-Cylinder，创建圆柱体。 1.3 明细窗口中点击 Details of Cylinser1-Operation=ADD Frozen，FD8,Axis Z Component=20
15、0mm，FD10，Radius=75mm。 1.4 点击工具栏中 Generate 生成圆柱 Cylinder1。 1.5 创建新平面，工具栏点击面选按钮，图形区选择圆柱顶面。 1.6 工具栏点击新平面按钮。 1.7 工具栏点击生成按钮 Generate，导航中显示生成新平面 Plane4。 1.8 创建圆柱体 2：菜单栏中选择 Create- Primitives-Cylinder。 1.9 明细窗口中点击 Details of Cylinder2-Base Plane4， Operation=ADD Frozen， FD8,Axis Z Component=100mm，FD10，Radiu
16、s=90mm。 1.10 同样创建另外 3 个圆柱体 Cylinder3 Cylinder5，及新平面 Plane5 Plane7.其中 Details of Cylinder3-Base Plane5，Operation=ADD Frozen，FD8,Axis Z Component=1000mm，FD10，Radius=90mm。Details of Cylinder4-Base Plane6， Operation=ADD Frozen，FD8,Axis Z Component=100mm，FD10，Radius=90mm。 Details of Cylinder5-Base Plane7 ， Operation=ADD Frozen ， FD8,Axis Z Component=200mm，FD10，Radius=75mm。 1.11 将 5 个实体组合成一个零件，导航树中选择 5Parts，5Bodies 下面的 5 个实体 Solid，鼠标右键点击 From New Part，合并为一个 Part。 15 图 2.2 创建 3D 几何模
