现代设计方法 止动垫圈有限元分析

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1、沈阳理工大学课程设计专用纸现代设计方法课程训练任务书学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及自 动化学生姓名 张晟 班级、学号 0901013332训练报告题目 现代设计方法课程设计技术参数、内容及要求：一、 有限元课程训练1. 学习 CAE 软件 ANSYS,主要上机练习有（1）连杆的静力学分析 （2）桁架的有限元分析 （3）梁与曲轴结构的内力计算 （4）压力容器的静力学分析 （5）机翼模型的模态分析 （6）压杆稳定临界载荷计算 （7）过盈配合与拔销耦合分析2. 由学生通过调研，在工厂、企业或科研单位进行工程实践的基础上，结合实际需要自己拟定的题目。 二、 优化课程 上机调试优化计算程序

2、，并结合工程实际自找算例进行计算。主要上机练习有：（1）二次插值法 （2）Powell 法 （3） 惩罚函数法进度安排：一、有限元上机（20 学时）第 1 次上机（4 学时）：学习 ANSYS 软件，作练习 1、2；第 2 次上机（4 学时）：学习 ANSYS 软件，作练习 3、4；第 3 次上机（4 学时）：学习 ANSYS 软件，作练习 5、6；第 4 次上机（4 学时）：学习 ANSYS 软件，作练习 7；第 5 次上机（4 学时）：自拟题目上机。二、 优化设计上机（12 学时）优化计算程序的调试及计算算例注：利用业余时间撰写课程设计说明书。指导教师（签字）：安晓卫2012 年 6 月

3、9 日教研室主任（签字）安晓卫2012 年 6 月 9 日沈阳理工大学课程设计专用纸现代设计方法课程训练原创性声明本人郑重声明:本课程设计的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本报告不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日 期 ： 年 月 日沈阳理工大学课程设计专用纸有 限 元 简 介有 限 元 分 析 是 用 较 简 单 的 问 题 代 替 复 杂 问 题 后

4、 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

5、 种 复 杂 形 状 ， 因 而 成 为 行 之 有 效 的 工 程 分 析 手 段 。 有 限 元 是 那 些 集 合 在 一 起 能 够 表 示 实 际 连 续 域 的 离 散 单 元 。有 限 元 的 概 念 早 在 几 个 世 纪 前 就 已 产 生 并 得 到 了 应 用 ， 例 如 用 多边 形 （ 有 限 个 直 线 单 元 ） 逼 近 圆 来 求 得 圆 的 周 长 ， 但 作 为 一 种 方法 而 被 提 出 ， 则 是 最 近 的 事 。 有 限 元 法 最 初 被 称 为 矩 阵 近 似 方 法 ，应 用 于 航 空 器 的 结 构 强 度 计 算 ， 并 由 于 其 方

6、 便 性 、 实 用 性 和 有 效性 而 引 起 从 事 力 学 研 究 的 科 学 家 的 浓 厚 兴 趣 。 经 过 短 短 数 十 年 的努 力 ， 随 着 计 算 机 技 术 的 快 速 发 展 和 普 及 ， 有 限 元 方 法 迅 速 从 结构 工 程 强 度 分 析 计 算 扩 展 到 几 乎 所 有 的 科 学 技 术 领 域 ， 做 为 一 种丰 富 多 彩 、 应 用 广 泛 并 且 实 用 高 效 的 数 值 分 析 方 法 。有 限 元 方 法 与 其 他 求 解 边 值 问 题 近 似 方 法 的 根 本 区 别 在 于 它 的近 似 性 仅 限 于 相 对 小 的

7、 子 域 中 。 20 世 纪 60 年 代 初 首 次 提 出 结 构力 学 计 算 有 限 元 概 念 的 克 拉 夫 教 授 形 象 地 将 其 描 绘 为 ： “有 限 元法 =Rayleigh Ritz 法 +分 片 函 数 ”， 即 有 限 元 法 是 Rayleigh Ritz法 的 一 种 局 部 化 情 况 。 不 同 于 求 解 满 足 整 个 定 义 域 边 界 条 件 的 允沈阳理工大学课程设计专用纸许 函 数 的 Rayleigh Ritz 法 ， 有 限 元 法 将 函 数 定 义 在 简 单 几 何 形状 的 单 元 域 上 ， 且 不 考 虑 整 个 定 义 域

8、 的 复 杂 边 条 件 ， 这 是 有 限 元法 优 于 其 他 近 似 方 法 的 原 因 之 一 。对 于 不 同 物 理 性 质 和 数 学 模 型 的 问 题 ， 有 限 元 求 解 法 的 基 本步 骤 是 相 同 的 ， 只 是 具 体 公 式 推 导 和 运 算 求 解 不 同 。 有 限 元 求 解问 题 的 基 本 步 骤 通 常 为 ： 第 一 步 ： 问 题 及 求 解 域 定 义 ： 根 据 实 际 问 题 近 似 确 定 求 解 域的 物 理 性 质 和 几 何 区 域 。 第 二 步 ： 求 解 域 离 散 化 ： 将 求 解 域 近 似 为 具 有 不 同 有

9、限 大 小和 形 状 且 彼 此 相 连 的 有 限 个 单 元 组 成 的 离 散 域 ， 习 惯 上 称 为 有 限元 网 络 划 分 。 显 然 单 元 越 小 （ 网 络 越 细 ） 则 离 散 域 的 近 似 程 度 越好 ， 计 算 结 果 也 越 精 确 ， 但 计 算 量 及 误 差 都 将 增 大 ， 因 此 求 解 域的 离 散 化 是 有 限 元 法 的 核 心 技 术 之 一 。 第 三 步 ： 确 定 状 态 变 量 及 控 制 方 法 ： 一 个 具 体 的 物 理 问 题 通常 可 以 用 一 组 包 含 问 题 状 态 变 量 边 界 条 件 的 微 分 方 程

10、 式 表 示 ， 为适 合 有 限 元 求 解 ， 通 常 将 微 分 方 程 化 为 等 价 的 泛 函 形 式 。 第 四 步 ： 单 元 推 导 ： 对 单 元 构 造 一 个 适 合 的 近 似 解 ， 即 推 导有 限 单 元 的 列 式 ， 其 中 包 括 选 择 合 理 的 单 元 坐 标 系 ， 建 立 单 元 试函 数 ， 以 某 种 方 法 给 出 单 元 各 状 态 变 量 的 离 散 关 系 ， 从 而 形 成 单元 矩 阵 。 为 保 证 问 题 求 解 的 收 敛 性 ， 单 元 推 导 有 许 多 原 则 要 遵 循 。 对 工 程 应 用 而 言 ， 重 要 的

11、 是 应 注 意 每 一 种 单 元 的 解 题 性 能 与 约 束 。沈阳理工大学课程设计专用纸例 如 ， 单 元 形 状 应 以 规 则 为 好 ， 畸 形 时 不 仅 精 度 低 ， 而 且 有 缺 秩的 危 险 ， 将 导 致 无 法 求 解 。 第 五 步 ： 总 装 求 解 ： 将 单 元 总 装 形 成 离 散 域 的 联 合 方 程 组 ，反 映 对 近 似 求 解 域 的 离 散 域 的 要 求 ， 即 单 元 函 数 的 连 续 性 要 满 足一 定 的 连 续 条 件 。 总 装 是 在 相 邻 单 元 结 点 进 行 ， 状 态 变 量 及 其 导数 （ 可 能 的 话

12、 ） 连 续 性 建 立 在 结 点 处 。 第 六 步 ： 联 立 方 程 组 求 解 和 结 果 解 释 ： 有 限 元 法 最 终 导 致 联立 方 程 组 。 联 立 方 程 组 的 求 解 可 用 直 接 法 、 迭 代 法 和 随 机 法 。 求解 结 果 是 单 元 结 点 处 状 态 变 量 的 近 似 值 。 对 于 计 算 结 果 的 质 量 ，将 通 过 与 设 计 准 则 提 供 的 允 许 值 比 较 来 评 价 并 确 定 是 否 需 要 重 复计 算 。 简 言 之 ， 有 限 元 分 析 可 分 成 三 个 阶 段 ， 前 置 处 理 、 计 算 求 解和 后

13、置 处 理 。 前 置 处 理 是 建 立 有 限 元 模 型 ， 完 成 单 元 网 络 划 分 ；后 置 处 理 则 是 采 集 处 理 分 析 结 果 ， 使 用 户 能 简 便 提 取 信 息 ， 了 解计 算 结 果 。沈阳理工大学课程设计专用纸有限元分析1.创建一个止动垫圈 由一个长方体和两个圆环构成2建立几何结构定义矩形在 ANSYS 中有几种创建几何模型的方法，较其它软件更为方便。第一步首要的是确认能够简单地利用矩形和圆的组合来构造支架。首先确定坐标原点的位置然后根据该原点来定义矩形和圆。原点的位置是任意的，这里用的是左上侧孔的中心。ANSYS 不需要知道原点的位置，只是简单地

14、从定义一个矩形开始。1 Main Menu：Preprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy Demensions。2输入 X1=0（注意：使用键盘上的 Tab 键或用鼠标左键来实现光标在编辑框中的切换） ，3按下 Apply 按钮创建第一个矩形。4 改变工作平面为极坐标并创建第一个圆 1 Utility Menu：PlotCtrls沈阳理工大学课程设计专用纸Pan， Zoom，Rotate 。2 按下小圆点按钮使图形缩小。3 按下 Close 按钮关闭对话框。4 Utility Menu：WorkPlaneDisplay WorkPlane（选中）

15、 。注意：工作平面原点立即在图形窗口中被画出，并用符号WX 和 WY 来表示；而且是与以符号 X 和 Y 表示的球面原点相重合。接下来的工作是将工作平面类型改为极坐标，更改捕捉量并显示网格。5 Utility Menu：WorkPlaneWP Settings。6 选中 Polar 选项。7 选中 Grid and Triad 选项。8 在 Snap Incr 后的编辑框中输入数值 0.1。9 按下 OK 按钮。10Main Menu：Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleSolid Circle。11在窗口中 WP X 和 WP Y 后的编辑框中分

16、别输入圆心坐沈阳理工大学课程设计专用纸标数值，或选择图形窗口中圆形网格的中心点，这两种操作的目的都是确定所要创建圆的圆心。12在 Radius 后的编辑框中单击鼠标左键并输入数值作为圆的半径。13按下 OK 按钮关闭对话框。14Toolbar：SAVE_DB。5 按照上述步骤创建第二个圆 除了坐标需要修改意外其余的步骤按照上一个圆的步骤即可。6 将多个面积合成为一个1 Main Menu：Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-AddAreas。2 按下选择菜单上的 Pick All 按钮（选择所有待组合面积） 。Toolbar：SAVE_DB7 创建圆角创建圆角线条1 Utility Menu：PlotCtrlsNumbering。2 将“Line numbers”后的复选框选中。沈阳理工大学课程设计专用纸3 按下 OK 键，关闭对话框并自动进入重新绘