有限元課程報(bào)告

1、文檔來(lái)源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.有限元工程應(yīng)用課程報(bào)告班 級(jí)：161號(hào)車(chē)服1文檔來(lái)源為以網(wǎng)絡(luò)旋整理.whangsan編輯.歡迎下載支持.學(xué) 號(hào)：文檔來(lái)源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持.課題一、托架體的結(jié)構(gòu)分析一、理論基礎(chǔ)：1.1 、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析概述結(jié)構(gòu)靜力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究工程結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的彈塑性變形和應(yīng)力狀態(tài)，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題。分析用于確定加載結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和反力等。1.2 、靜力分析方程靜力分析方程為Kx=F。 式中， 【 k】 為剛度矩陣：【 x】 為位移矢量：【 F】為靜力載荷。假設(shè)材料為線彈性，結(jié)構(gòu)

2、小變 形，則【k】為常量矩陣且必須是連 續(xù)的， 【 f】 為靜態(tài)加載到模型上的力，該力不隨時(shí)間變化，不包括慣性影響因素（質(zhì)量、阻尼等）。線性分析包括兩個(gè)方面的含義：首先是材料為線性，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為線性，變形是可恢復(fù)的；若結(jié)構(gòu)為小位移或小應(yīng)變等其他情況，結(jié)構(gòu)剛性不因變形而變化。當(dāng)載荷變化加快時(shí)，變化周期遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的自振周期，其動(dòng)力響應(yīng)很大，可作為動(dòng)載荷處理：反之，則作為靜載荷處理。1.3 、工程數(shù)據(jù)在線性結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析中，材料屬性必須輸入彈性模量和泊松比。如果施加了慣性載荷，必須輸入材料的密度，如果施加了溫度載荷，還必須輸入材料的線膨脹系數(shù)。1.4 、幾何模型在靜力結(jié)構(gòu)分析中幾何模型類(lèi)型包括實(shí)體

3、、面體、 線體和點(diǎn)質(zhì)量4 種， 需注意的是： 實(shí)體中有相應(yīng)程序默認(rèn)單位、面體中需先確定其厚度、線體中支持截面及其偏置等。2文檔來(lái)源為: 從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來(lái)源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持.1.5 、幾何體構(gòu)造構(gòu)造幾何用于將結(jié)果映射到路徑或表面上，使用路徑可以在指定的空間曲線上獲得需要的結(jié)果，并以表面形式構(gòu)造幾何，顯示切平面的結(jié)果。1.6 、分析設(shè)置結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析中對(duì)簡(jiǎn)單線性行為無(wú)須設(shè)置，對(duì)復(fù)雜分析則需要設(shè)置：步長(zhǎng)控制：用于指定求解步數(shù)和時(shí)間。求解控制：用于選擇求解器類(lèi)型。重啟動(dòng)控制：用于設(shè)置靜力中的多個(gè)重啟動(dòng)點(diǎn)，用于后續(xù)的預(yù)應(yīng)力模

4、態(tài)分析及線性屈曲分析。此外還包括對(duì)非線性控制、線性輸出控制、分析數(shù)據(jù)管理等。二、托架體的結(jié)構(gòu)分析2.1、 、實(shí)例解析通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的固定托架體來(lái)分析在端面施加1000N 的集中力作用時(shí)的變形和應(yīng)力分布以及安全系數(shù)。2.2、 思路分析本例為實(shí)體零件靜力學(xué)分析，為了簡(jiǎn)化模型創(chuàng)建過(guò)程，采用軟件構(gòu)建模型，然后導(dǎo)入到Workbench中進(jìn)行分析，通過(guò)Stress Too來(lái)獲得安全系數(shù)。2.3、 具體分析過(guò)程步驟（ 1）啟 動(dòng) Workbench 并 建 立 分 析 項(xiàng) 目。如圖3.1。圖 .3.1 建立分析項(xiàng)目（ 2）設(shè)置分析單位，【MEtric （ kg,mm,s.】。（ 3）幾何體模型導(dǎo)入，單位mm

5、單位設(shè)置 ,并生成幾何體模型。如圖3.3。2文檔來(lái)源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來(lái)源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持.圖.3.3生成幾何模型(4)關(guān)閉Design Modeler選擇合適路徑并保存文件。如圖 3.4。圖.3.4保存文件(5)添加材料庫(kù)，并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。如圖3.5。圖.3.5添加材料庫(kù)(6)雙擊項(xiàng)目B中B4欄：model,添加模型材料屬性，設(shè)置相應(yīng)單位和模 型參數(shù)。如圖3.6。圖.3.6添加模型材料屬性(7)劃分網(wǎng)格并添加尺寸控制【3mm】，并生成最終效果。如圖圖3.7.1添加尺寸控制圖.3.7生成最終效果(8)施加載荷與邊界

6、條件，選擇圖中四個(gè)圓柱面，如圖 3.8圖3.8施加載荷（9）施加力，1000N,注意方向，方向向左。如圖 3.9圖 3.9 施加力（ 10）添加求解變形，添加應(yīng)力求解項(xiàng)。圖3.10。圖 3.10 添加求解變形（ 11）求解并顯示分析結(jié)果，變形云圖和應(yīng)力云圖。圖圖 3.11.1 變形云圖圖 3.11.2 應(yīng)力云圖（12）添力口 stress tool,并求解，如圖 3.12。圖 3.12 添加 stress tool（ 13）創(chuàng)建坐標(biāo)系，圖3.13。圖 3.13 創(chuàng)建坐標(biāo)系（ 14）創(chuàng)建表面，圖3.14。圖 3.14 創(chuàng)建表面（ 15）映射表面，圖3.15。圖 3.15 映射表面（ 16）顯示表

7、面結(jié)果，圖3.16。圖 3.16 顯示表面結(jié)果（ 17）保存并退出。三、結(jié)果分析1、變形：0.042073 max。0min。2、應(yīng)力：84.964max。0.1988min。3、安全系數(shù)：15max。2.4363 min。4、表面應(yīng)力分布：55.35max。0.29068 min。課題二、籃圈的疲勞分析一、理論基礎(chǔ)1.1 、疲勞分析基礎(chǔ)當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)變化的載荷作用后，在應(yīng)力值雖然始終沒(méi)有超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞。這種在交變載荷持續(xù)作用下材料或結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象，叫做疲勞破壞。應(yīng)力波動(dòng)的每個(gè)周期都會(huì)或多或少損壞物體，在循環(huán)一定數(shù)量的周期之后，物體會(huì)變得

8、越來(lái)越衰弱以致最終破壞。 絕大多數(shù)機(jī)器零件都是在交變載荷下工作，這些零部件疲勞失效是主要的破壞形式。1.2 、疲勞失效的3 個(gè)階段：（ l ） 階段 1 材料中形成一處或多處裂紋，材料的任何位置都可能形成裂紋，但通常發(fā)生的位置是邊界面，因?yàn)檫@里有更高的應(yīng)力波動(dòng)。裂紋產(chǎn)生的原因很多，材料細(xì)微結(jié)構(gòu)的缺陷以及加工或處理引起的表面刮擦都是其中的原因。（ 2）階段2 部分或所有裂紋因繼續(xù)應(yīng)用載荷而增大。（ 3）階段3 設(shè)計(jì)為容忍所應(yīng)用載荷的能力繼續(xù)惡化，直到失效發(fā)生。（ .3 、加強(qiáng)模型表面由于模型的表面暴露在各種不同環(huán)境中（濕氣等）， 通常也是應(yīng)力最高的部位， 這些部位也是最容易形成并開(kāi)始擴(kuò)展的地方，

9、因此加強(qiáng)模型表面可以延長(zhǎng)模型在疲勞下的壽命。對(duì)疲勞工具的添加，無(wú)論在求解之前還是之后，都沒(méi)有關(guān)系，因?yàn)槠谟?jì)算并不依賴(lài)應(yīng)力分析計(jì)算。盡管疲勞與循環(huán)或重復(fù)載荷有關(guān)，但使用的結(jié)果卻基于線性靜力分析，而不是諧分析。在ANSYS Workbenc血側(cè)工具箱中的（Analysis System鏟的（Static Structural） 上按住鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)到項(xiàng)目管理區(qū)，即可創(chuàng)建靜力學(xué)分析項(xiàng)目。按照分析項(xiàng)目從上到下的順序執(zhí)行靜力分析，最后插入疲勞工具即可獲得分析結(jié)果。在疲勞分析中需要注意的是：山于有線性靜力分析，所以需要用到楊氏模量和泊松比：如果有慣性伐荷，則需要輸入質(zhì)量密度：如果有熱載荷，則需要輸入熱膨

10、脹系數(shù)和抄傳導(dǎo)率；如果使用應(yīng)力匯具結(jié)果（stress Tool result ,那么就需要輸入應(yīng)力極限數(shù)據(jù)，而且這個(gè)數(shù)據(jù)也是用于平均應(yīng)力修正理論疲勞分析。二、疲勞分析（ 1）高、低疲勞周期根據(jù)應(yīng)力幅度和預(yù)期的導(dǎo)致破壞所需的循環(huán)次數(shù)，可將疲勞分為以下兩類(lèi)：1）高周疲勞：交變應(yīng)力的大小適中，在材料中幾乎不產(chǎn)生或只產(chǎn)生很小的塑性變形。2）低周疲勞：低周疲勞在循環(huán)次數(shù)相對(duì)較低時(shí)發(fā)生，循環(huán)次數(shù)不超過(guò)104次，低周疲勞常常伴隨材料的塑性變形，故又稱(chēng)為應(yīng)變疲勞。（ 2）疲勞強(qiáng)度：在給定周期數(shù)下，疲勞失效發(fā)生時(shí)的應(yīng)力。（ 3）交變載荷類(lèi)型當(dāng)交變載荷引起的機(jī)械結(jié)構(gòu)最大和最小應(yīng)力水平均恒定 時(shí)，稱(chēng)為恒定振幅載荷。

11、（ 4）應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力重復(fù)出現(xiàn)一次稱(chēng)為一個(gè)應(yīng)力循環(huán)，重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)稱(chēng)為循環(huán)數(shù)：完成一個(gè)應(yīng)力循環(huán)所需要的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)周期。三、疲勞工具利用疲勞工具科計(jì)算云圖結(jié)果或曲線結(jié)果等疲勞結(jié)果。( 1)疲勞強(qiáng)度因子是指構(gòu)件實(shí)際受力極限狀態(tài)與構(gòu)件充分受力極限狀態(tài)的應(yīng)力之比。常見(jiàn)的疲勞強(qiáng)度因子在考慮表面光潔度的情況下可從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)上查得。(2) Loading Type用于定義交替應(yīng)力類(lèi)型。(3) Zero-Based(基于零)：交替應(yīng)力等于參考靜態(tài)算例中相應(yīng)的應(yīng)力值的 一半乘以比例因子。(4) Fully Reverse(完全反轉(zhuǎn))：交替應(yīng)力等于參考靜態(tài)研究中相應(yīng)的應(yīng)力 值乘以之例因子，應(yīng)力各分量的最大和最小

12、值大小相等，方向相反。(5) Ratio (載荷比率)：交替應(yīng)力正、負(fù)方向上等于參考靜態(tài)研究中相應(yīng) 的應(yīng)力乘以比例因子。四、籃圈的實(shí)例分析4.1、 、實(shí)例說(shuō)明本例中通過(guò)籃圈來(lái)分析端部表面作用 0-1000N載荷，背面固定在籃板上時(shí)， 籃圈在經(jīng)受10000 次這樣載荷周期的疲勞壽命。4.2、 分析思路本例在采用靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，以添加疲勞工具的方式來(lái)進(jìn)行籃圈疲勞分析，疲勞工具添加在靜力學(xué)求解之后。因?yàn)槠诜治鲂枰猻-N 曲線數(shù)據(jù)，因此在工程數(shù)據(jù)中手工添加分析材料的 S曲線。4.3、 具體分析過(guò)程(1)啟動(dòng)workbench,進(jìn)入用戶(hù)界面。( 2)分析單位設(shè)置【Metric,(kg,mm,s.)

13、】命令。8文檔來(lái)源為: 從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來(lái)源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.(3)創(chuàng)建分析項(xiàng)目：幾何體、靜力分析。如圖 3。圖3創(chuàng)建分析項(xiàng)目(4)導(dǎo)入幾何模型。(5)單位設(shè)置：mm,并生成模型。如圖5。圖5生成模型(6)添加材料-usersteel如圖6.1,創(chuàng)建彈性屬性如圖6.2,創(chuàng)建抗拉強(qiáng)度如 圖6.3,添加S-N屬性如圖6.4,輸入壽命參數(shù)。圖6.1添加材料-usersteel圖6.2創(chuàng)建彈性屬性圖6.3創(chuàng)建抗拉強(qiáng)度圖6.4添加S-N屬性(7)添加材料屬性，如圖7。圖7添加材料屬性(8)劃分網(wǎng)格，設(shè)置尺寸15mm,并生成網(wǎng)格，

14、如圖8.1和圖8.2。圖8.1設(shè)置尺寸圖8.2生成網(wǎng)格(9)施加載荷與邊界條件如圖9.1,施加力的分量：-1000N.如圖9.2。圖9.1施加載荷圖9.2施加力的分量(10)添加變形及應(yīng)力求解。如圖10圖10添加變形及應(yīng)力求解(11)求解并顯示分析結(jié)果，變形云圖，如圖 11.1。應(yīng)力云圖。如圖11.2圖11.1變形云圖吃 SMiic StructuralTuliil Dt lai Mia.bunTypf ； To僧N 口,%叩力匕勃自LJnifT mmTime; 120P/5/I0 las。rAulDfiMitif'id用號(hào)I 1X103一 11231 /# Wb SA 1ST3,74.3830c.no圖11.2應(yīng)力云圖(12)插入疲勞工具如圖12.1,求解壽命，求解損傷，求解安全系數(shù)如圖12.2圖12.1插入疲勞工具圖12.2添加壽命、損傷、安全系數(shù)求解項(xiàng)(13)求解疲勞分析并顯示分析結(jié)果如圖13.1、圖13.2、圖13.312文檔來(lái)源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.& ftatk structural氏T用快LifeTmerD2117/5/10 依既Z26H Mm四湖LtoFMit - a Min15DJJ3410