ANSYS轴承支架的静力分析培训讲学.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ANSYS轴承支架的静力分析-轴承支架的静力分析1. 问题的定义像装在汽轮机汽缸本体或基础上用来支撑轴承的构件,磨损作为轴承座最为常见的问题，轴承座磨损现象也时常发生。有必要对其进行应力、应变的分析，已求提高工件的使用寿命。而有限元分析方法在这方面的分析有其优越性，也应用的最广。有限元法是一种基于变分法（或变分里兹法）而发展起来的求解微分方程的数值计算方法，该方法以计算机为手段，采用分片近似、进而整体逼近的研究思想求解物理问题。图1轴承支架示意图2.模型建立模型建立包括：定义单元类型和实常数；定义材料属

2、性；建立三维几何模型；划分有限元网格。2.1定义单元类型在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题精度等，选定适合具体分析的单元类型。本例中选用十节点四面体实体结构单元Tet10Node92。Tet10Node92可用于计算三维问题。2.2定义实常数本实例中选用十节点四面体实体结构单元Tet10Node92，不需要设置实常数。2.3定义材料属性本实例所采用的材料属性根据题意得知，弹性模量取2.2E11，泊松比取0.3。将这两个数据依次输入EX文本框和PRXY文本框即可。图2定义材料属性2.4建立三维几何模型建立实体模型可以通过自上而下和自下而上两个途径：1、自上而

3、下建模，首先要建立体（或面），对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状。2、自下而上建模，首先要建立关键点，由这些点建立线、由线连成面等，一般建模原则是充分利用对称性，合理考虑细节。根据题中的轴承座，由于轴承座具有对称性，只需建立轴承座的半个实体对称模型，在进行镜像操作即可。采用自下而上的建模方法得到如下图1所示的三维实体模型：2.4.1建立底座（1）MainMenu：Preprocessor-Modeling-CreateVolumes-Block-ByDimensions输入x1=-100,x2=100,y1=-198,y2=198,z1=0,z2=30；（2）MainMenu：Pre

4、processor-Modeling-Create-Volumes-BlockByDimensions输入x1=-100,x2=100,y1=-125,y2=125,z1=0,z2=15；（3）MainMenu：Preprocessor-Modeling-OperateBooleans-Subtract-Volume图3两个长方体布尔运算(4)MainMenu：PreprocessorModeling-CreateVolumes-CylinderPartialCylinder,弹出如下对话框，填入如下数据：图4输入柱坐标的参数(5)MainMenu：PreprocessorModeling-R

5、eflect-Volumes(由于模型有很好的对称性，可利用对称性建模，这样更快)；(6)MainMenu：Preprocessor-Modeling-OperateBooleans-Subtract-Volume图5生成的底座2.4.2.创建关键点,生成体积（7）MainMenu：PreprocessorModeling-Create-Keypiont-InActiveCS,弹出的对话框中NPTKeypiontnumber输入71；X=-15，Y=-150,Z=30；（8）参照上一步的操作，在ANSYS的显示窗口生成以下关键点编号及其坐标：72(15,-150,30)；73(-15,150,

6、30);74(15,150,30);75(-15,75,280);76(15,75,280);77（-15，-75，280）；78（15，-75，280）；（9）MainMenu：PreprocessorModeling-CreateVolumes-ArbitraryThroughKPS（一定要注意连线的顺序性:72-71-73-74-78-77-75-76）图6创关键点生成梯形体2.4.3创建圆柱体，并显示组合体首先应偏移工作平面至(60,0,280)，（10）UtilityMenu:WorkPlane-ChangeActiveCSto-GlobalCylindrical(将当前激活坐标转化

7、为柱坐标系)；(11)MainMenu：PreprocessorModeling-CreateVolumes-CylinderPartialCylinder；创建圆柱体WPX输入0，WPY输入0，Radius-1输入75，Theta-1输入0，Radius-2输入0，Theta-2输入360，Depth输入120，点击Apply.图7创建圆柱体2.4.4形成圆柱的轴孔(12)MainMenu：PreprocessorModeling-CreateVolumes-Cylinder-SolidCylinder；创建圆柱体WPX输入0，WPY输入0，Radius-1输入40，Depth输入120，继

8、续创建第2个圆柱体WPX输入0，WPY输入0，Radius输入50，Depth输入40，点击OK生成2个圆柱体。点击Apply(13)选取Booleans-Subtract-Volumes命令，将联轴体大圆柱中减去刚生成的2个圆柱体，从而形成轴孔。2.4.5连结所有体并显示组合体（14）选择Booleans-Glue-Volumes命令，再点击PickAll命令（15）选择Booleans-Add-Volumes命令，再点击PickAll命令打开体号显示开关并画体。最终结果如图6所示。图8圆柱体的布尔运算生成轴孔2.5划分有限元网格本实例采用的网格划分方法是Tet10Node92单元对三维实体

9、划分自由网格，在ANSYS的选择体进行网格划分的对话框中，点击PickAll，将所有体都进行网格划分。（16）MainMenu：PreprocessorMeshing-SizeCntrls-ManualSizeGlobalSize，在SIZEElementedgelength的文本框中输入15，（17）MainMenu：PreprocessorMeshingMeshVolumeFree，网格自由划分的最后结果如图7所示。图9划分网格之后的轴承支架3.定义边界条件3.1轴承座的约束情况：根据实际结构和安装情况，轴承座是靠底座的四个螺栓孔与安装基座相连接来实现固定的，此处为刚性约束，可以在其孔面上

10、施加限制X、Y方向的对称约束，而在底面边线上施加Z方向上为应为零的约束。这样与实际情况基本相符。3.2具体模型加载步骤如下：（1）约束4个安装孔依次选择MainMenu:Solution-DefineLoad-Apply-Structural-Displacement-SymmetryB.C.-OnAreas拾取两个安装孔的4个柱面（每个圆柱面包括两个面），单击OK(2)在整个基座的底部施加位移约束（UZ=0）依次选择MainMenu:Solution-DefineLoad-Apply-StructuralDisplacementonLines+拾取基座底部的8条边界线，单击OK，选择UZ作为

11、约束自由度，单击OK。(3)在导孔端面上施加推力载荷（面载荷）MainMenu:SolutionDefineLoadApplyStructuralPressureOnAreas拾取轴承孔上所有面OK输入压力值1500Apply（4）在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷依次选择MainMenu:SolutionDefineLoadApplyStructuralPressureOnAreas拾取宽度为17的所有柱面OK输入压力值4000（只能加左右半圆，上下半圆加载不了，因为本实验还应考虑下半圆的加载）图10显示加载4.求解与查看结果求解：MainMenu:Solution-Slove-Curren

12、tLS,弹出对话框，点OK.4.1查看变形MainMenu:GeneralPostproc-PlotResult-ContourPlot-NodalSolu-DOFSolution分别查看X，Y，Z三个方向的位移，并且查看本实例的总位移。选择Def+undefedge（变形后和未变形轮廓线），如图11所示：（a）X轴方向的位移（b）Y轴方向的位移（C）Z轴方向的位移（d）Displacementvectorsum图11变形图4.2查看应力MainMenu:GeneralPostproc-PlotResult-ContourPlot-NodalSolu-Stress查看vonMises等效应力分

13、布。选择Defshapeonly（仅显示变形后模型），再分别查看X，Y，Z三个方向的应力，如图12所示：（a）vonMisesstress(b)x轴方向的应力（c）Y轴方向的应力（d）Z轴方向的应力5. 图12应力图结果分析5.1从位移结果分析从图11的变形图，我们能看出X方向的位移主要集中在大轴孔与小轴孔下半圆的孔台上，尤其是在二者交界的部位：Y方向的位移在大孔轴的外边缘比较大，左边缘较小；而Z方向的位移则集中在大轴孔的上边缘，下边缘由于加了加强劲，故变形较小；对于总位移来说，大轴孔上半圆附近的总位移相当大，尤其在最顶端，位移达到最大，而孔德最下端最小，是因为加了加强劲。5.2从应力结果分析

14、从图12的应力图可以看出，我们能看出）vonMisesstress的等效应力大轴孔德外边缘比较大，最低点最大；X方向的应力在整个模型中分布较均匀，主要集中在大孔与小孔的交界处；Y方向大孔的最低点应力最大，左右端点最小；而Z方向的应力则集中在大孔的左右部分。-参考文献1杜平安，于亚婷，刘建涛.有限元-原理、建模及应用(第二版).北京：国防工业出版社，2011.82肖新标，沈火明等.ANSYS7.0实例分析与应用.北京：清华大学出版社，2004年3张朝晖主编.ANSYS12.0结构工程应用实例解析-3版.北京:机械工业出版社，2010.14张洪信，管殷柱主编.有限元基础理论与ANSYS11.0应用.北京:机械工业出版社，2009.10