《ANSYS及其应用》大作业选编.doc

安 徽 工 业 大 学 《ANSYS及其应用》大作业 任课老师：包家汉 姓 名：鲍兵兵 学 号：1520190018 导 师：张鹏 学 院: 研究生院 2015年12月23日 轴承座装配模型的有限元分析 鲍兵兵 摘要：基于ANSYS软件对轴承座装配模型进行有限元分析。通过SolidWorks建立轴承座模型，然后导入ANSYS进行分网，再在ANSYS中直接创建螺栓、轴等，最后施加边界条件等步骤建立轴承座装配体的有限元模型。再对轴承座装配体进行变形及强度分析，以及得到单元及节点数目。 关键词：轴承座装配体；有限元 1.引言 轴承座是机械装配中一个重要零部件，在工作中承受多种载荷。轴承座的可靠性非常重要，它会影响整个机械装配的精度、寿命等等。故对轴承座进行强度分析非常有必要，但是轴承座结构复杂，更不用说是轴承座装配体了，用传统的解析法对其分析十分困难，同时还存在着较大的误差。相对于解析法，有限元分析软件ANSYS的优点十分明显。它能够对复杂的模型进行快求解分析，同时能够保证精度。 2.建立轴承座实体模型 能够进行三维建模的工具很多，比如：SolidWorks、Catia、UG、AutoCad等，这里采用SolidWorks并依照第8章中图8—1尺寸对轴承座进行了实体建模。下面简单叙述建模过程：首先通过拉伸工具建立轴承座的底座部分，然后通过拉伸切除工具形成两个通孔，接着还是通过拉伸工具形成底座上面部分，并通过拉伸切除形成阶梯孔，最后通过筋工具形成侧面的筋板。模型如图1。 图1 3．轴承座分网 将SolidWorks建好的模型保存成.x_t格式，并将其导入到ANSYS中。导入的模型会以线框形式显示，这时只需将PlotCtrls下Style中的Solid Model Facets选成“Normal Faceting”模式即可。 3.1 选择单元类型 进行任何有限元分析都要选择合适的单元类型，单元类型决定了附加自由度。这里选择Solid185单元。Solid185单元用于构造三维固体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。单元具有超弹性、应力钢化、蠕变、大变形和大应变能力。还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。 3.2 划分网格 网格划分分为自动划分和手动划分。手动网格划分可以控制重点部位网格精度，非重要部位可以采用自动网格划分。但是如果这里采用自由网格划分，Solid185单元大多会退化为4面体单元和5面体单元，计算精度会大大降低。在这里，先对轴承座进行体分割，使其满足体映射网格划分及扫略网格划分要求。体映射网格划分得到的是6面体单元，体扫略网格划分得到的大多数是6面体单元，少部分是5面体楔形单元。通过对轴承座进行一系列的体分割后，得到20个体，如图2所示。 图2 即使进行了一系列的体分割，但是仍有一些体不满足体映射网格划分的要求，对这些体采用面连接方式进行处理。由于映射网格划分对线划分分数有要求，所以首先中心开花，划分中间位置的体，再多点扩散，划分周围的体。最终划分得到网格如图3。单元及节点数如图4。从图4可以看出模型共有9897个节点，以及7500个单元。 4．轴承座底板、螺栓及阶梯轴的创建 4.1 轴承座底板创建 轴承座底板的创建非常简单，因为轴承座底座已经有了，这里只需通过复制就可得到底板。同时由于轴承座网格已经划分过了，这里复制过来后就不需要再对底板进行网格划分。 4.2 螺栓创建 因为这里螺栓并不是主要的分析对象，因此不需详细分析螺栓的受力情况。 图3 图4 故对其采用简化模型，两端用两圆环体，中间螺柱部分采用一圆柱体代替。这里螺栓预紧力为，而，故。由于两个螺栓完全一样，可以先创建一个后，再通过复制形成另一个。在创建过程中需注意创建的3个体之间没有公共表面连接，并不是一个体，故需用Glue命令对它们进行粘接，形成一个体。 另外，特别需要注意的是：导入ANSYS后，模型默认是MKS单位制，长度单位为m，所以创建螺栓时，需要将计算好的mm级换算成m级。比如这里螺栓中间圆柱体半径计算出来为4mm，但是输入时就需要输入0.004。如图5。 图5 4.3 阶梯轴创建 为便于直接采用扫略网格划分，轴采用了一圆柱体和一圆弧体叠加方式建模。因为轴承座是对