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1、阶梯轴ANSYS静态分析与模态分析 阶梯轴结构如下:下面来做轴的静态分析:1定义工作文件名和工作标题(过程略)2显示工作平面(过程略)3利用矩形面素生成面1)生成矩形面:MainMenuPreprocessorCreateRectangleByDimensions,在对话框的“X-coordinates”和“Y-coordinates”后面输入栏中分别输入下列数据:X1=0,X2=260,Y1=0,Y2=70,单击“Aplay” X1=260,X2=380,Y1=0,Y2=75,单击“Aplay”;XI=380,X2=420,Y1=0,Y2=100,单击“Aplay”;X1=420,X2=66
2、0,Y1=0,Y2=80,单击“Aplay”;X1=660,X2=800,Y1=0,Y2=75,单击“ok”;生成的结果如图2)矩形面相加操作:MainMenuPreprocessorOperateAddAreas,出现一个拾取框,单击“PickAll”,则完成相加操作,生成的结果如图4由面绕轴线生成体1) 面绕轴线操作:MainMenuPreprocessorOperateExtrudeAboutAxis,出现一个拾取框,单击“PickAll”又出现第二个拾取轴心线两端点的拾取框,用鼠标在图形上分别拾取编号为“1、18”的关键点,然后单击“OK”,又弹出一个对话框单击“OK”. 2)保存到文
3、件中:MainMenuFileSaveAs,弹出一个对话框,在“SaveDatabaseto”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“shaft.DB”,单击“OK”.5生成A-A键槽1) 移动工作平面:在“OffsetWPbyIncrements”中的“X,Y,ZOffset”下面的输入栏中输入“85,0,40”(A-A键槽左侧圆弧中心),并按“Enter”键确认。2) 生成一个圆MainMenuPreprocessorCreateCylinderSolidCylinder,弹出一个对话框,在其输入栏中分别输入“Radius=25,Deoth=50”,单击“OK”。3) 生成一个块:MainM
4、enuPreprocessorCreateBlockByDimensions,弹出一个话框,在其输入栏中输入的数据如图所示,单击OK。4)移动工作平面:在“OffsetWP”中的“X,Y,ZOffset”下面的输入栏中输入“130,0,0”,并按“Enter”键确认。5)生成第二个圆柱体: MainMenuPreprocessorCreateCylinderSolidCylinder,弹出 一个 对话框,在其输入栏中分别输入“Radius=25,Deoth=50”,单击“OK”。生成的实体如图所示。6)进行减操作:MainMenuPreprocessorOperateSubstractVolu
5、mes,弹出第一个拾取框,用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“V1,V2”的体素,单击“OK”,又弹出第二个拾取框,这时用鼠标在图形分别拾取编号为“V5,V6,V7”的体素,单击“OK”7) 体相加操作:MainMenuPreprocessorOperateAddVolumes,弹出一个拾取框,单击“PickAll”6生成B-B键槽1) 移动工作平面到关键点上:UtilityMenuWorkplaneOffsetWPtoKrypoints, 出现一个拾取框,用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“17”的关键点(轴肩根部表面点),单击“OK”。 2) 移动工作平面:在“Offset WP”中的“X,Y,Z O
6、ffset”下面的输入栏中输入“65,0,-30”,并按“Enter”键确认。 3) 生成一个圆柱体:Main MenuPreprocessorCreate CylinderSolid Cylinder, 弹出一个对话框,在其输入栏中分别输入“Radius=25,Deoth=50”,单击“OK”。4) 生成一个块:Main MenuPreprocessorCreate BlockBy Dimensions,弹出一个对话框,在其输入栏中输入的数据如图所示。 5) 移动工作平面:在“Offset WP”中的“X,Y,Z Offset”下面的输入栏中输入“130,0,0” 并按“Enter”键确认。
7、 6) 生成二个圆柱体:Main MenuPreprocessorCreate CylinderSolid Cylinder,弹出对话框,在其输入栏中分别输入“Radius=25,Deoth=50”,单击“OK”。生成的实体如图所示。 7)进行减操作:Main MenuPreprocessorOperateSubstractVolumes,弹出第一个拾取框,用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“V1,”的体素,单击“OK”,又弹出第二个拾取框,这时用鼠标在图形分别拾取编号为“V2,V3,V4”的体素,单击“OK”。8)保存数据结果:MainMenuFileSaveAs,弹出一个对话框,在“SaveDa
8、tabaseto”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“Shaft1.DB”,单击“OK”。9)闭工作平面显示:UtilityMenuWorkplaneDisplayWorkingPlane。7生成有限元模型 1) 选择单元类型:MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete,弹出一个如图所示的对话框,单击“Add”又弹出一个对话框,在选择框中分别选择“StructuralSolid”和“Tel10node92”,单击“OK”又单击图3-17上的“Close”。则完成单元类型的选择. 2)设置材料属性:执行Main MenuPreprocessor
9、Meterial PropsMeterial Models命令,选择Structurallinerelasticisotropic,在EX和PRXY中输入2e11和0.3。再选择Desity,输入7800. 3)设定单元的尺寸大小:MainMenuPreprocessorSizeCntrls-Global-Size,弹出一个如图所示的对话框,在“Elementedgelength”后面的输入栏中输入“10”,单击“OK”。4)采用自由网格划分方式生成网格:MainMenuPreprocessorMesh-Volumes-Free,出现一个拾取框,单击“PickAll”,生成的网格如图所示。5)
10、保存有限元模型数据到文件:MainMenuFileSaveAs,弹出一个对话框,在“SaveDatabaseto”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“Shaft1.DB”,单击“OK”8施加载荷约束及求解阶梯轴所承受的应力一般由两个部分组成:弯矩和扭矩。通常情况下,我们认为阶梯轴为传动轴,所以我们在实际分析中只考虑阶梯轴承受扭矩的问题。而阶梯轴的扭矩按实际情况一般分布在键槽的一个侧面,而且往往是成对出现的,所以我们五阶阶梯轴进行载荷加载时,主要考虑加载在键槽一侧的均布应力的情况且成对出现。1)选取菜单MainMenu|Preprocessor|Loads|DefineLoads|Apply|
11、Structural|Displacement|Onnodes,将会弹出拾取对话框,选择键轴最两边点,单击对话框中的“OK”按钮,选择ALL DOF。完成施加约束操作。2)选取MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Pressure|OnAreas将会弹出拾取对话框,选择两个键槽相反的侧面,单击“OK”按钮,弹出另一对话框,在LoadPRESvalue项输入“50”单击“OK”完成施加载荷操作。3)选取菜单路径MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS弹SolveCurrentLoadStep对话框,单击“OK”开始
12、求解,求解结束后,关闭相应对话框。4)选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu将弹出ContourNodalSolutionData对话框,选择NodalSolution|DOFSolution|Displacementvectorsum将得到如位移图。可以看出轴在传动过程中由于两个键槽传递相反方向的力矩,键槽凸向了相反方向。5)选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu将弹出ContourNodalSolutionDat
13、a对话框,选择NodalSolution|Stress|vonMisesStress将得到如下应力图从图中可以看出,键槽的底部的应力最大6)选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu将弹出ContourNodalSolutionData对话框,选择NodalSolution|Elastic Strain|vonMisesElastic Strain将得到弹性形变图模态分析调出保存的Shaft1.BD文件1指定分析类型和分析选项1)选择菜单Main MenuSolutionAnalysis TypeNew An
14、lysis,出现对话框.2)选择Modal项单击OK.3)选择菜单Main MenuSolutionAnlysis TypeAnlysis Option,设置如下:4)施加约束条件,选择两个圆端面2将模态扩展并求解1)选择菜单Main MenuSolutionLoad Step OptsExpansionPassSingle ExpandExpand Modes,弹出对话框2)在No. of modes to expand中输入53)选择菜单Main MenuSolutionSolveCurrent LS,开始求解4)求解完成,关闭窗口3进行结果后处理1)选择菜单Main MenuGeneral PostprocResult Summary,观察弹出的信息然后关闭2)选择菜单Main MenuGeneral PostprocRead ResultsFirst Set3)执行Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu,在弹出的对话框中,分别选择“DOF Solution”下面的“Displacement vecter sum”,“Stress”下面的“von Mises stress”和“Elastic St