ansys有限元分析大作业.pdf

有有 限限 元元 大大 作作 业业设计题目设计题目:单车的设计及单车的设计及 ansysansys 有限元分析有限元分析专业班级专业班级:姓姓名名:学学号号:指导老师指导老师:完成日期完成日期:单车的设计及 ansys 模拟分析一、单车实体设计与建模1、总体设计单车的总体设计三维图如下，采用pro-e 进行实体建模。在建模时修改 proe 默认单位为国际主单位(米千克秒 mks)Proe文件属性修改2、车架车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。二、单车有限元模型1、材料的选择单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6 标志表示经过热处理、时效。其属性如下：（N/m）弹性模量：6.90E102泊松比：质量密度：2.70E（3 N/m）抗剪模量：2.60E10（N/m）屈服强度：2.75E（8 N/m）2、单车模型的简化为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。2223、单元体的选择单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid）。查资料可以知道 3D 实体常用结构实体单元有下表。单元名称Solid45Solid64Solid65Solid92说明三维结构实体单元，单元由 8 个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、大变形、大应变功能，其高阶单元是solid95用于模拟三维各向异性的实体结构。单元由8 个节点定义，本单元具有大变形、大应变功能用于模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型，该单元能够计算拉裂和压碎而且该单元可应用与加筋复合材料（如玻璃纤维）及地质材料（如岩石）等。具有二次位移特性，非常适合模拟不规则模型，（例如由各种 CAD/CAM 系统产生的网格模型）。此单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形和大应变等功能。Solid45、solid185 单元Solid95Solid147砖形单元，最多支持阶数为8 的项式Solid148四面体单元，最多支持阶数为8 的多项式Solid185用于建立三维实体结构模型。单元有8 个节点定义，其高阶单元是solid95Solid186用于建立三维实体结构模型。单元有20 节点定义的结构实体单元Solid187高阶三维 10 节点实体单元。适用于产生不规则网格模型，solid92 是它的类似单元根据上表各单元结构的特点初步选择单元solid45。4、网格的划分1)建模使用 proe，导出为 IGES,再将 IGES 格式的车架导入 ansys 中file?import?IGES?找到格式为 IGES 的车架文件，文件导入后如下图。2）选择单元体Main Menu?Preprocessor?Element Type?Add/Edit/Delete?Add(弹出对话框选择下图所示的单元体)3）定义车架材料的属性Main Menu?Preprocessor?Material Props?Material Models（按照下图给车架定义材料属性）定义材料的弹性模量：6.90E 10、泊松比：（N/m）23 N/m）定义材料的质量密度：2.70E（24）画分网格Main Menu?Preprocessor?Meshing?Mesh Tool?弹出的对话框中设置网格的边界长度设为10?点 Mesh?pick all（自动生成网格如下图所示）三、单车静强度分析1)导入已画分好的模型网格2）进行菜单过滤Main Menu?Preferences?弹出的对话框中勾选 Structural?点 OK3）定义分析类型Main Menu?Solution?Analysis Type?New Analysis?勾选 Static?点 OK4）定义求解控制菜单选择 Main Menu?Solution?Analysis Type?Soln Controls 命令?打开对话框勾选Calculate prestress effects项?OK5）施加约束选择 Main Menu?Solution?Define Loads?Apply?Structural?Displacement?On Areas?选择下边的横杆?点 OK?弹出的对话框中选择 All DOF?OK 完成约束6）施加载荷假设驾驶人的重量为 60kg，那么作用在单车上的力的大小就为600N。设定安全系数为 3，则施加在单车上面的力大小为1800N。选择 Main Menu?Solution?Define Loads?Apply?Structural?Pressure?On Areas?选择上边的横梁?点 OK?弹出的对话框中在 VALUE Load PRES value 处设置参数为 1800?OK完成7）打开输出设置菜并设置参数选择 Main Menu?Solution?Load Step Opts?Output Ctrls?Solu Printout?弹出的对话框中勾选 Every substep?OK完成8）计算选择 Main Menu?Solution?Solve?Current LS?弹出的对话框如下，点 OK 继续接着会弹出提示的对话框，点Yes，然后系统开始运算。当提示出现 Solution is done对话框表示运算完成，点Close。9）查看等效应力、应变结果a、查看应变结果Main Menu?General Postproc?Plot Results?Contour Plot?Nodal Solu?弹出对话框中（如下图）选择 Nodal Solution?在 Undisplaced shape key中选择 Deformed shape withundeformed model(方便区分变形前后的对比)?分别查看 X、Y、Z 和总的应变图X 方向的变形图Y 方向的变形图Z 方向的变形图总的变形图b、等效应力的结果Main Menu?General Postproc?Plot Results?Contour Plot?Nodal Solu?弹出对话框中（如下图）选择 Nodal Solution?Stress?von Mises stress?在 Undisplaced shape key中选择Deformed shape only结论通过以上分析，可得出以下结论：1）在 ANSYS 中，通过建立模型，施加边界条件，来分析结构的受力情况，对于有应力集中的地方，可通过结构改进来调整。2）自行车结构的设计应注意两点：一是减少应力集中的区域二是尽量采用三角形这一稳定的结构来保证结构的简单稳定参考文献1、李黎明 ansys有限元分析实用教程清华大学出版社2、白葳、喻海良通用有限元分析清华大学出版社3、邓宗全，胡明自行车的运动学建模中国机械工程14 卷 22 期，2003，11 15/15