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1、ANSYS有限元分析期末综合训练班级：06机制一班姓名：王 叶 挺学号：0645501129江 苏 科 技 大 学2010年3月18日空心轴的有限元建模与模态分析一、实验目的：熟悉创建实体的方法，学习倒角、旋转体、WP工作平面、局部坐标系、旋转拷贝和合并操作的用法。学会使用布尔运算（相减、粘接、搭接、模型体素的合并），基本网格的划分，基本加载，联系求解和后处理。二、实验内容：皮带轮的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理。弹性模量：2.1e11；材料密度：7.6e3Kg/m3；泊松比：0.3三、具体步骤：、前期处理（Preprocessor）1、定义单元类型在进行有限元分析时，首先应根据分析问
2、题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型。本次选用节点体单元SOLID186。(1)PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，打开“Element Type”(单元类型)。(2)单击Add，打开“Library of Element Types”(单元类型库)。(3)然后在左边的列表框中选择“Solid”选项，选择实体单元类型。(4)在右边的列表框中选择“20node 186”选项。(5)返回第一步打开的窗口。2、定义材料属性惯性力的静力分析中必须定义材料的弹性模量和密度(1)Main MenuPreprocessorMa
3、terial PropsMaterial Model,打开“Define Material Model Behavior”窗口。(2)一次打开“StructuralLinearElasticIsotropic”,展开材料属性的树形结构。打开材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框。分别输入EX：2.1E+011；PRXY：0.3。 (3)依次打开“StructuralDensity”,打开定义材料密度对话框，在“DENS”输入密度值7.6E+3。(4)在设定完成之后退出窗口，设定完成。3、前处理建立模型 (1)打开关键点和线的颜色和编号Utility MenuPlotCtrlsNumbe
4、ring弹出编号控制对话框，选中Line numbers和Area numbers两项即设置为ON，Numbering shown with项设置为Colors& Numbers,其他项采用默认设置，单击OK按钮。(2)创建1-10号关键点Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CSKeypoint numberX,Y,Z Location in active CS1(0,2.5,0)2(0,3.75,0)3(2.5,3.75,0)4(2.5,4,0)5(15,4,0)6(15,6,0)7(20,6,0)8(20,2.5,0)
5、(3)创建1-7号直线Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesStraight Line弹出拾取关键点对话框，依次拾取关键点1与2，然后单击Apply按钮定义线L1并再次弹出拾取关键点对话框。(5)利用轮廓线围面方法创建半个截面Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines弹出拾取线对话框，选择对话框中选中Loop，即如图，然后用鼠标选中轮廓线中的任意边线，如L1，即自动选中封闭所有轮廓线，单击OK即可。(6)旋转扫掠生成360度扇区旋转体Main MenuPreprocessorMod
6、elingOperateExtrudeAreasAbout Axis选择上步围成的面，单击OK，弹出拾取定义轴线的两个关键点对话框，选择点9和10，单击OK，弹出扫绕轴掠面定义对话框，在ARC项输入360，NSEG输入1，单击OK。(7)合并重合的关键点Main MenuPreprocessorNumbering CtrlsMerge Items弹出合并重合项的对话框，Label项选择Keypoints,其他选项为空或默认值，单击OK。(8)使用布尔运算合并或粘接模型Main MenuPreprocessor ModelingOperateBooleansAddVolumes在弹出的对话框中选
7、择“Pick All”。(9)储存有限元分析模型有限元分析模型建模结束，至此前处理结束，需要进行保存，一边今后分析使用。4、对模型进行划分网格(1)从主菜单中选择网格工具Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool(2)激活“Smart Size”，将滑标设置为3，单击“Mesh”，出现“Mesh Volumes”对话框，单击“Pick All”。 、执行模态分析1、进行模态分析设置(1)选取Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis选择“Modal”,点击“OK”。(2)选取菜单途径Main MenuSolutionAn
8、alysis OptionsModal Analysis选取Block Lanczos模态提取法，在“No. of modes to extract”出输入3，将“Expand mode to shapes”设置为“Yes”，出现“No. of modes to expand”对话框输入3，单击“OK”。(3)打开“Block Lanczos Method”对话框，在“StartFreq(initial shift)”输入0，在“End Frequency”文本框中输入100000，单击OK。 2、施加边界条件(1)选取菜单途经Main MenuSolutionDefine Loads App
9、lyStructural DisplacementOn Keypoints打开关键带你选择对话框，要求选择与施加位移约束的关键点，选择内径上的一个关键点。(2)单击“All DOF”。3、进行求解(1)选择SolutionSolveCurrent LS,打开一个确定对话框和状态列表，查看列出的求解选项。(2)查看信息无误后确认无误后，单击OK。开始求解。系统会显示求解过程中的状态。求解完成后打开结束对话框。4、进行模态扩展设置(1)重新进入求解器Main MenuSolutionLoad Step OptsExpansion PassSingle ExpandExpand Modes打开“Ex
10、pand Modes”设置对话框，要求进行模态扩展设置，在“No. of modes to expand”文本框中输入3，在“Frequency range”文本框中输入0，100000，将“Calculate elem results”设为“Yes”，单击“OK”。(2) Main MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrlsDB/Results Files打开数据输出设置对话框，在“Item to be controlled”列表框中选择“All item”,在“File Write frequency”单选列表中选择“Every substep”,单击“O
11、K”。(3) Main MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrlsSolu Printout打开结果输出设置对话框，在“Item for printout control”列表框中选择“All item”，在“Print frequency”单列表中选择“Every substep”，单击“OK”。5、进行扩展求解(1)选择Main MenuSolutionSolveCurrent LS对弹出的对话框和状态列表，核对列出的求解选项，确认无误单击“OK”，开始求解。、查看结果1、列表显示分析的结果(1)Main MenuGeneral PostprocResul
12、ts Summary打开“SET,LIST command”列表显示结果。(2)读取一个载荷步的结果，Main MenuGeneral PostprocRead ResultsLast Set2、查看总变形(1)选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu打开“Contour Nodal Solution Data”,在“Item to be contoured”域的列表框中选择“DOF solution”。(2)在上述打开的树状图中选择“Displayement Vector Sun”选项。再选择“Defor me
13、d shape with underformed edge”选项。(3)在图形窗口中显示出变形图，包含变形前的轮廓线。色谱表明不同的颜色对应的数值。3、查看von Mises应力(1)Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu打开“Contour Nodal Solution Data”，在“Item to be contoured”域的列表框中选择“Stress”。(2)选择“von Mises stress”选项,再选择“Defor med shape only”选项，单击“OK”。(3)图形窗口中显示出von Mises等效应力分布图。
