基于ANSYS的軸承座的模態(tài)分析畢業(yè)設(shè)計論文

1、河南科技學(xué)院2021屆本科畢業(yè)論文設(shè)計論文題目：基于ANSYS的軸承座的模態(tài)分析學(xué)生姓名： 所在院系： 機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計及其自動化導(dǎo)師姓名： 完成時間： 2021年5月8日摘要軸承座在機(jī)械生產(chǎn)中很常見，在各類機(jī)器、機(jī)構(gòu)中都有它存在的身影，由于軸承座本身結(jié)構(gòu)并不是太復(fù)雜，所以本文并沒有借助其他類型的三維軟件建模，而是在ANSYS環(huán)境下建立的模型。軸承座的受力主要是分布在軸承孔圓周上，還有軸承孔的下半局部的徑向壓力載荷。為了提高結(jié)構(gòu)的抗振性，本文借助于ANSYS軟件強(qiáng)大的模態(tài)分析功能，運用ANSYS軟件建立了軸承座的三維模型，并對軸承座進(jìn)行模態(tài)分析，并給出前20階的固有頻率和振型，以此

2、來指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計1。關(guān)鍵字：軸承座，模態(tài)分析，有限元，ANSYSAbstractBearing seat is common in the machinery manufacturing, it exists in all kinds of machine, figure, because the bearing seat structure itself is not too complicated, so this article does not use other types of 3 d software modeling, but established under ANSYS

3、 environment model. Stress is mainly distributed in the bearing hole of the bearing on the circumference of a circle, and the bearing hole of the bottom half of the radial pressure load. In order to improve the vibration resistance of structure, in this paper, with the aid of powerful modal analysis

4、 function of ANSYS software, and the 3 d model of the bearing was established by applying the ANSYS software, and the modal analysis was carried out on the bearing seat, and give the top 20 order natural frequency and vibration mode, in order to guide the optimization design of structure.Keywords: b

5、earing seat，modal analysis，finite element ，ANSYS目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356551400 1 引言1 HYPERLINK l _Toc356551401 2 ANSYS概述和分析步驟1 HYPERLINK l _Toc356551402 2.1 概述1 HYPERLINK l _Toc356551403 2.1.1 ANSYS簡介1 HYPERLINK l _Toc356551404 2.1.2 ANSYS主要的應(yīng)用的領(lǐng)域1 HYPERLINK l _Toc356551405 2.1.3 ANSYS

6、的主要功能2 HYPERLINK l _Toc356551406 2.1.4 ANSYS提供的分析類型2 HYPERLINK l _Toc356551407 2.1.5 ANSYS的操作界面3 HYPERLINK l _Toc356551408 2.2 ANSYS分析步驟4 HYPERLINK l _Toc356551409 2.2.1 創(chuàng)立有限元模型4 HYPERLINK l _Toc356551410 2.2.2 施加載荷進(jìn)行求解4 HYPERLINK l _Toc356551411 2.2.3. 后處理5 HYPERLINK l _Toc356551412 3 軸承座的實體建模5 HYP

7、ERLINK l _Toc356551413 3.1 建立模型的典型步驟6 HYPERLINK l _Toc356551414 3.2 軸承座建模6 HYPERLINK l _Toc356551415 4 軸承座的模態(tài)分析11 HYPERLINK l _Toc356551416 4.1 模態(tài)分析理論及分析過程11 HYPERLINK l _Toc356551417 4.2 模態(tài)分析步驟11 HYPERLINK l _Toc356551418 4.2.1指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇11 HYPERLINK l _Toc356551419 4.2.2定義單元類型11 HYPERLINK l _Toc

8、356551420 4.2.3 劃分網(wǎng)格12 HYPERLINK l _Toc356551421 4.2.4 進(jìn)入求解器并指定分析類型和選項12 HYPERLINK l _Toc356551422 4.2.5 施加邊界條件13 HYPERLINK l _Toc356551423 4.2.6執(zhí)行求解13 HYPERLINK l _Toc356551424 4.2.7 列出固有頻率13 HYPERLINK l _Toc356551425 4.2.8查看模態(tài)形狀13 HYPERLINK l _Toc356551426 4.2.9模態(tài)分析結(jié)果15 HYPERLINK l _Toc356551427 5

9、結(jié)論15 HYPERLINK l _Toc356551428 6 總結(jié)15 HYPERLINK l _Toc356551434 致謝17 HYPERLINK l _Toc356551435 參考文獻(xiàn)18 1 引言隨著現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計要求的日益提高，將有限元法運用于機(jī)械設(shè)計和機(jī)械運動分析成為必然的趨勢，主要表達(dá)在：傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計消耗工時，設(shè)計周期長，產(chǎn)品本錢較高。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計是在有限的幾個方案中比擬或者選擇一個比擬優(yōu)秀的方案進(jìn)行設(shè)計的，這就使得設(shè)計具有一定的盲目性。將有限元法運用到機(jī)械設(shè)計去，可以優(yōu)化零件形狀，降低消耗和本錢，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。最為重要的有限元法大大縮減了設(shè)計周期，減少了試件的制作

10、。有限元法在產(chǎn)品設(shè)計和研究中顯示出無比的優(yōu)越性，使其成為企業(yè)在市場競爭中的有利工具，已經(jīng)越來越受到工程技術(shù)人員的重視。目前工程中以廣泛使用計算機(jī)輔助工程軟件CAE，商業(yè)化的CAE軟件技術(shù)種類有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),邊界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一種方法各有其應(yīng)用的領(lǐng)域，而其中有限元法應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣，現(xiàn)已應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電路學(xué)、電磁學(xué)等。軸承座作為工業(yè)領(lǐng)域中不可或缺的配件，在

11、汽車、航空、冶金、礦山等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。軸承座是裝在汽輪機(jī)汽缸本體或根底上用來支撐軸承的構(gòu)件。軸承座是軸承與箱體的集合體，以便于應(yīng)用，這樣的好處是可以有個好的配合，更方便的使用，減少了使用廠家的本錢。軸承座主要是與軸承配套使用的，軸承外圈和軸承座采用過盈配合，軸承座起一定的支撐作用，以便于軸承的廣泛使用。但由于長時間處于交變荷載或沖擊荷載的作用下，軸承座在肋板與軸承座、軸瓦孔內(nèi)緣線以及軸承座與基底相接觸的地方會存在應(yīng)力集中，這對于軸承座的使用非常不利，而且如果其工作頻率與固有頻率相等或接近時，會影響到它的使用壽命，甚至引起平安事故，因此對于其動態(tài)性能和振動的分析顯得十分重要。通過軟件對軸

12、承座進(jìn)行了有限元動力學(xué)模態(tài)分析，研究結(jié)果可為軸承座的動態(tài)響應(yīng)計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)2。2 ANSYS概述和分析步驟2.1 概述2.1.1 ANSYS簡介ANSYS由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一。2.1.2 ANSYS主要的應(yīng)用的領(lǐng)域ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機(jī)設(shè)計程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽

13、車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運動器械等。2.1.3 ANSYS的主要功能ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機(jī)設(shè)計程序，目前，有限元法從它最初應(yīng)用的固體力學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)推廣到溫度場、流體場、電磁場、聲場等其他連續(xù)介質(zhì)領(lǐng)域。在固體力學(xué)領(lǐng)域，有限元法不僅可以用于線性靜力分析，也可以用于動態(tài)分析，還可以用于非線性、熱應(yīng)力、接觸、蠕變、斷裂、加工模擬、碰撞模擬等特殊問題的研究。軟件主要包括三個局部：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊前處理模塊提供了一個強(qiáng)大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。ANSYS的前處理模塊主要有兩局部

14、內(nèi)容：實體建模和網(wǎng)格劃分。分析計算模塊分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了200種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。2.1.4 ANSYS提供的分析類型3ANSYS軟件提供的分析類型如下：結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移

15、、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)

16、動力學(xué)分析研究結(jié)構(gòu)在動載荷作用的響應(yīng)如位移、應(yīng)力、加速度等得時間歷程，以確定結(jié)構(gòu)的承載能力的動力特性等。ANSYS程序可以分析大型三維柔體運動。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。熱分析程序可處理熱傳遞的三種根本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱結(jié)構(gòu)耦合分析能力。電磁場分析主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺

17、線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。流體動力學(xué)分析ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維外表效應(yīng)單元和熱流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。聲場分析ANSYS把聲學(xué)歸為流體，程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強(qiáng)度分布，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。壓電分析壓電效應(yīng)分析是一種

18、結(jié)構(gòu)電場耦合分析，給壓電材料加電壓會產(chǎn)生位移，反之使壓電材料振動那么產(chǎn)生電壓，一個典型的壓電分析的應(yīng)用是壓力換能器。ANSYS壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC交流、DC直流或任意隨時間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析。2.1.5 ANSYS的操作界面 圖2-1 操作界面ANSYS操作界面如上圖所示，目前還沒有漢化版本，主要使用的是10.0版本。該軟件的操作界面比擬復(fù)雜，特別是建模局部較為繁瑣。因此一般都是用三維軟件建模，再將模型導(dǎo)入ANSY

19、S經(jīng)行網(wǎng)格劃分和分析計算。這樣能大大的提高工作效率。2.2 ANSYS分析步驟2.2.1 創(chuàng)立有限元模型 1單元屬性定義單元類型、實常數(shù)、材料屬性 2創(chuàng)立或讀入幾何實體模型 1幾何建模和單元選擇一般同靜力學(xué)步驟2材料設(shè)置：必須輸入密度；注意單位3有限元網(wǎng)格劃分2.2.2 施加載荷進(jìn)行求解 (1)施加約束條件、載荷條件1模態(tài)分析唯一的邊界條件是零約束位移2不輸入約束，將輸出剛體模態(tài)。(2)定義分析選項和求解控制1指定分析類型。如圖2-2所示。Preprocessor Solution Analysis Type New Analysis2指定求解方法3提取模態(tài)和擴(kuò)展模態(tài)的數(shù)目 圖2-2 定義分析

20、選項 圖2-3 設(shè)定模態(tài)數(shù)目 圖2-3 設(shè)定模態(tài)數(shù)目 圖2-4 設(shè)定頻率范圍(3)定義載荷及載荷步選項 (4)求解 solve2.2.3. 后處理 (1)查看分析結(jié)果 (2)檢驗結(jié)果3 軸承座的實體建模3.1 建立模型的典型步驟確定分析目標(biāo)及模型的根本形式，選擇適宜的單元類型并考慮如何建立適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度。進(jìn)入前處理建立模型，一般情況下利用實體建模創(chuàng)立模型。建立工作平面。利用幾何元素和布爾運算操作生成根本幾何形狀。激活適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。用自底向上方法生成其他實體，即定義關(guān)鍵點后生成線、面和體。用布爾運算或編號控制適當(dāng)?shù)剡B接各個獨立的實體模型域。3.2 軸承座建模 (1)生成基座局部的長方體：單擊Ma

21、in Menu Preprocess Create Volumes Block By Dimensions，輸入X1=0,X2=3,Y1=0,Y2=1,Z1=0,Z2=3,然后單擊OK，得長方體基座。如圖3-1所示. 圖3-1 生成基座(2)平移并旋轉(zhuǎn)工作平面：Utility Menu WorkPlane Offset WP by IncrementsX,Y,Z Offsets 輸入2.25,1.25,0.75，點擊Apply，XY，YZ，ZX Angles輸入0，90，0，單擊OK。(3)創(chuàng)立圓柱體：單擊Main Menu Preprocessor Modeling Create Volum

22、es Cylinder Solid Cylinder,輸入 WPX=0，WPY=0，Radius=0.75/2, Depth=1.5,單擊OK。得到一個圓柱體?？截惿闪硪粋€圓柱體：Main Menu Preprocessor Modeling Copy Volume拾取圓柱體,單擊擊Apply, DZ輸入1.5，單擊OK?？截惿闪硪粋€圓柱體完成。如圖3-2所示。(4)從長方體中減去兩個圓柱體：Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Volumes，首先拾取長方體，單擊Apply，然后拾取減去的兩個圓柱體，單擊OK。

23、如圖3-3所示。(5)使工作平面與總體笛卡爾坐標(biāo)一致：Utility Menu Work Plane Align WP with Global Cartesian。 圖3-2 創(chuàng)立圓柱體 圖3-3 生成圓柱孔 (6)顯示工作平面Utility Menu WorkPlane Display Working Plane(7)生成長方體：Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Block By2corners&Z，在創(chuàng)立實體模塊的參數(shù)表中輸入以下數(shù)值：WPX=0 ,WPY=1，Width=1.5，Depth=0.75。保存結(jié)果：Toolbar:S

24、AVE_DB。如圖3-4所示。(8)轉(zhuǎn)移工作平面到某一關(guān)鍵點：Utility Menu WorkPlane Offset WP to Keypoints + ，在剛剛創(chuàng)立的實體塊的左上角拾取關(guān)鍵點，然后單擊OK。保存結(jié)果：Toolbar: SAVE_DB。(9)創(chuàng)立1/4圓柱：Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder Partial Cylinder +，在創(chuàng)立圓柱的參數(shù)表中輸入以下參數(shù)：WP X = 0，WP Y = 0，Rad-1 = 0，Theta-1 = 0，Rad-2 = 1.5，Theta-2 = 90，Dept

25、h = -0.75，單擊OK。保存結(jié)果：Toolbar:SAVE_DB 。如圖3-5所示。 如圖3-4 創(chuàng)立長方體 圖3-5 創(chuàng)立1/4圓柱(10) 在軸承孔的位置創(chuàng)立圓柱體為布爾操作生成軸孔做準(zhǔn)備：Main Menu Preprocessor Modeling Create Volume Cylinder Solid Cylinder +,a. 輸入以下參數(shù):WPX = 0，WPY = 0，Radius = 1，Depth = -0.1875;b. 拾取 Apply;c. 輸入以下參數(shù):WPX = 0，WPY = 0，Radius = 0.85，Depth = -2，單擊OK。如圖3-6所示

26、。 如圖3-6 創(chuàng)立圓柱體(11)從軸瓦支架“減去圓柱體形成軸孔：:Main Menu Preprocessor Modeling Operate Subtract Volumes+，a.拾取構(gòu)成軸瓦支架的兩個體，作為布爾“減操作的母體。單擊Apply；b.拾取大圓柱作為“減去的對象。單擊Apply；c.拾取步a中的兩個體，單擊Apply；d.拾取小圓柱體，單擊OK；Toolbar:SAVE_DB。合并重合的關(guān)鍵點；Main Menu Preprocessor Numbering Ctrls Merge Items將Label 設(shè)置為 “Keypoints, 單擊【OK】。如圖3-7所示。 圖

27、3-7 生成軸孔(12) 創(chuàng)立一個關(guān)鍵點在底座的上部前面邊緣線的中點建立一個關(guān)鍵點:Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints KP between KPs 拾取底座的上部前面邊緣線的兩端為關(guān)鍵點，單擊【OK】RATI = 0.5，單擊【OK】(13) 創(chuàng)立一個三角面并形成三棱柱創(chuàng)立三角面；Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPs 拾取軸承孔座與整個基座的交點拾取軸承孔上下兩個體的交點拾取基座上上步建立的關(guān)鍵點，單擊【OK】完成了三角形側(cè)面的建模沿面

28、的法向拖拉三角面形成一個三棱柱；Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas Along Normal拾取三角面，單擊【OK】輸入DIST = -0.15，厚度的方向是向軸承孔中心，單擊【OK】，3) 保存結(jié)果;Toolbar: SAVE_DB。如圖3-8所示。 圖3-8 創(chuàng)立三棱柱(14) 關(guān)閉工作平面Utility Menu WorkPlane Display Working Plane (toggle off)(15) 沿坐標(biāo)平面鏡面生成整個模型鏡面生成整個模型；Main Menu Preprocessor Modeling

29、Reflect Volumes拾取All選擇“Y-Z plane，單擊【OK】，生成如以下圖所示2保存結(jié)果;Toolbar: SAVE_DB。如圖3-9所示。 圖3-9 生成軸承座模型16粘接所有體粘接操作；Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Volumes拾取All2保存結(jié)果;Toolbar: SAVE_DB。4 軸承座的模態(tài)分析4.1 模態(tài)分析理論及分析過程4模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)振動特性的一種技術(shù)，包括頻率、振型等的分析，它是所有動力學(xué)分析最根底的內(nèi)容。模態(tài)分析可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計防止共振或以特定頻率進(jìn)行振動，使工程師認(rèn)識

30、到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力荷載是如何響應(yīng)的，有助于在其他動力分析中估算求解控制參數(shù)。模態(tài)分析的通用運動方程為：Mu+Cu+Ku=F(t)。其中：M為質(zhì)量矩陣；C為阻尼矩陣；K為剛度矩陣；u為節(jié)點位移矢量；u和u分別為位移矢量對時間t的一階和二階導(dǎo)數(shù)；F(t)為外界載荷矢量。文中的軸承座可假定為自由振動并忽略阻尼，那么方程變?yōu)椋篗u+Ku=0。 模態(tài)分析假定結(jié)構(gòu)是線性的如M和K保持為常數(shù)，在諧運動的情況下，方程可化為：(K-2M)u=0。其中：為結(jié)構(gòu)的自然圓周頻率。由系數(shù)行列式det(K-2M)可求出方程的特征值i(i=i2)，從而得到結(jié)構(gòu)的自然圓頻率i，并可得出結(jié)構(gòu)的自然頻率fi=i/(2)。特

31、征值i對應(yīng)的特征向量u表示振型，即假定結(jié)構(gòu)以頻率fi振動時的形狀4.2 模態(tài)分析步驟4.2.1指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇 1設(shè)置標(biāo)題等Utility MenuFileChange Title Utility MenuFile Change Jobname Utility MenuFileChange Directory 2 選取菜單途徑 Main MenuPreference ,單擊 Structure,單擊 OK4.2.2定義單元類型 程序中提供了多種實體單元，本文采用的是單元，此單元具有二次位移型函數(shù)，非常適合于模擬不規(guī)那么形狀的結(jié)構(gòu)。它由個節(jié)點定義，每個節(jié)點有個自由度；此單元具有塑性、蠕

32、變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變等功能。單元外形如圖4-1所示5。模型的材料選擇為235鋼，密度為780，彈性模量為210GPA，泊松比為0.3 圖4-1 單元類型上面的實常數(shù)在mm單位制即模型尺寸單位為mm下輸入到Ansys時應(yīng)為EX=2e5MP，PRXY=0.3，DENS=7.8e-9T/mm3。 Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteSelect solid 92。依次選?。篗ain MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Model 出現(xiàn)Define Material Model Be

33、havior對話框，再依次選?。?Material Models AvailableStructuralLinearElasticIsotropic 出現(xiàn)Linear Isotropic Propeties for Materal Number 1 對話框，在EX輸入欄中輸入2.1E5。在PRXY中輸入0.3。點擊ok退出。再選取StructuralDensity，設(shè)置材料密度，在彈出的對話框中，DENS一欄輸入7.8E-9，OK，退出對話框。點擊MateralExit完成參數(shù)設(shè)置。4.2.3 劃分網(wǎng)格 選取菜單途徑Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool,出現(xiàn)

34、MeshTool對話框，一般采用只能劃分網(wǎng)格，點擊SmartSize,下面可選擇網(wǎng)格的相對大小太小的計算比擬復(fù)雜，不一定能產(chǎn)生好的效果，一般做兩三組進(jìn)行比擬，保存其他選項，單擊Mesh出現(xiàn)Mesh Volumes對話框，其他保持不變單擊Pick All，完成網(wǎng)格劃分。有限元法的根底是用有限個單元體的集合來代替原有的連續(xù)體。因此首先要對實體結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的簡化，再將實體結(jié)構(gòu)劃分為有限個單元組成的離散體，單元之間通過單元節(jié)點相連接。本文的模型比擬復(fù)雜，采用智能網(wǎng)格劃分，劃分等級為級，得到個節(jié)點、個單元，劃分結(jié)果如圖4-2所示：4.2.4 進(jìn)入求解器并指定分析類型和選項 選取菜單途徑Main Menu

35、SolutionAnalysis TypeNew Analysis，將 圖4-2 劃分網(wǎng)格出現(xiàn)New Analysis對話框,選擇Modal單擊 OK。 選取Main MenuSolution Analysis TypeAnalysis Options， 將出現(xiàn)Modal Analysis 對話框，選中Subspace模態(tài)提取法，在 Number of modes to extract處輸入相應(yīng)的值20，單擊OK，出現(xiàn)Subspace Model Analysis對話框，選擇頻率的起始值，其他保持不變，單擊OK。4.2.5 施加邊界條件 施加的約束要和實際工況相符合，本文的軸承座模型底部約束為

36、豎直方向位移為零，個安裝孔徑向約束為對稱,選取MainMenuSolutionDefine loadsApplyStructuralDisplacement,出現(xiàn)ApplyU,ROT on KPS對話框，選擇在點、線或面上施加位移約束,單擊OK會翻開約束種類對話框，選擇All DOF,UX,UY,UZ相應(yīng)的約束,單擊apply或OK即可。4.2.6執(zhí)行求解選取菜單途徑Main MenuSolutionSolveCurrent LS。瀏覽在/STAT命令對話框中出現(xiàn)如以下圖所示的信息，然后使用 FileClose關(guān)閉該對話框,單擊OK。在出現(xiàn)警告“A check of your model da

37、ta produced 1 Warning。 Should the SOLV command be executed?時單擊Yes,求解過程結(jié)束后單擊 close。如圖4-3所示。4.2.7 列出固有頻率 Main MenuGeneral PostprocResults Summary。瀏覽對話框中的信息。如圖4-4所示。4.2.8查看模態(tài)形狀 查看某階模態(tài)的變形，首先讀入求解結(jié)果，如現(xiàn)在要查看一階模態(tài),執(zhí)行Main MenuGeneral PostprocRead resultsfirst Set,然后執(zhí) 圖4-3 求解信息 圖4-4 固有頻率行Main MenuGeneral Postpr

38、ocPlot ResultsDeformed Shape，在彈出對話框中選擇“Def+undefe edge單擊OK。查看下一階振型圖Main MenuGeneral PostprocRead ResultsNext Setplot。 第1階模態(tài) 第2階模態(tài) 第3階模態(tài) 第4階模態(tài) 第5階模態(tài) 第10階模態(tài) 第15階模態(tài) 第20階模態(tài)4.2.9模態(tài)分析結(jié)果對某階固有頻率，該階模態(tài)振型中變形較大的部位是敏感部位，改變這些部位的物理參數(shù)，將獲得較大的固有頻率的改變。當(dāng)工作頻率與固有頻率相等或接近時，對軸承支座造成傷害就越大。模態(tài)分析可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計防止共振或以特定頻率進(jìn)行振動，使工程師認(rèn)識到結(jié)構(gòu)對于

39、不同類型的動力荷載是如何響應(yīng)的。5結(jié)論在用對軸承座進(jìn)行前處理的過程中，必須指定模型的密度，否那么不能得出想要的結(jié)果。模型的求解是在無阻尼、自由振動的假設(shè)前提下進(jìn)行的。必須對模型施加與實際情況相符的約束，不允許有非零位移約束。通過軟件對軸承座進(jìn)行了有限元動力學(xué)模態(tài)分析，求出了軸承座的低階前20階固有頻率和振型。為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，應(yīng)盡量使外界鼓勵響應(yīng)的頻率避開軸承座的固有頻率。位移矢量圖中的頂部位置附近是不同振型下位移的最大值位置，這些區(qū)域應(yīng)該重點考慮。研究結(jié)果可為軸承座的動態(tài)響應(yīng)計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。利用先進(jìn)的有限元技術(shù)來研究軸承座的固有頻率和振型，可縮短研發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量。6

40、 總結(jié)相對于其他應(yīng)用型軟件而言， ANSYS作為大型權(quán)威性的有限元分析軟件，對提高解決問題的能力是一個全面的鍛煉過程，是一門相當(dāng)難學(xué)的軟件。在剛開始接觸的時候會感到無從下手，照著書本上的例子做也是云里霧里不知所云，但多花點時間練習(xí)后漸漸有了些眉目，知道了該如何去學(xué)它，也逐漸有了學(xué)習(xí)ANSYS的興趣。 我認(rèn)為要學(xué)好ANSYS，就要對自己提出很高的要求，一方面，需要學(xué)習(xí)者有比擬扎實的力學(xué)理論根底，對ANSYS分析結(jié)果能有個比擬準(zhǔn)確的預(yù)測和判斷，可以說，理論水平的上下在很大程度上決定了ANSYS使用水平；另一方面，需要學(xué)習(xí)者不斷摸索出軟件的使用經(jīng)驗不斷總結(jié)以提高解決問題的效率。 在學(xué)ANSYS時，以

41、前學(xué)的很多根本概念和力學(xué)理論知識都忘得差不多了，因而遇到有一定理論難度的問題可能很難下手，特別是對結(jié)果的分析，需要用到?材料力學(xué)?和?彈性力學(xué)?里面的知識進(jìn)行理論上的判斷，所以在這種情況下，復(fù)習(xí)一下?材料力學(xué)?，?彈性力學(xué)?和?塑性力學(xué)?，加深對根本概念的理解是非常有必要的，實際上，適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)并不要花很多時間，效果卻很明顯，不僅能勾起對已學(xué)知識的回憶，還能加深理解，使遇到的問題得到順利的解決。 同時，作為工科學(xué)生，我們 還要加強(qiáng)自己的建模能力，有意識的去訓(xùn)練自己的建模思想和技巧，這就要求我們多做練習(xí)，反復(fù)訓(xùn)練才能熟練并理解的較為深刻，從而才能起到舉一反三的成效。再者，我們要多問問題多積累經(jīng)驗。

42、學(xué)習(xí)ANSYS的過程實際上是一個不斷解決問題的過程，問題遇到的越多，解決的越多，實際運用ANNSYS的能力才會越高。對于初學(xué)者，必將會遇到許許多多的問題，對遇到的問題最好能記下來，認(rèn)真思考，逐個解決，積累經(jīng)驗。只有這樣才會印象深刻，防止以后犯類似的錯誤，即使遇到也能很快解決。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我熟悉了 ANSYS 操作步驟，從定義單元類型到建模到結(jié)果分析，有了明確的思路和整體的認(rèn)識。了解了一般問題進(jìn)行ANSYS求解的步驟方法。而且，我還認(rèn)識到不同的工程問題，ANSYS 在定義時是根據(jù)實際情況定義的，沒有固定的方式、方法。致謝在這次畢業(yè)設(shè)計中，我有很多收獲，首先把我?guī)啄陙硭鶎W(xué)的知識做了一次系統(tǒng)的

43、復(fù)習(xí)，更深一步了解了所學(xué)的知識，培養(yǎng)了我綜合運用所學(xué)知識，獨立分析問題和解決問題的能力，也使我學(xué)會怎樣更好的利用圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找資料和運用資料，還使我學(xué)會如何與同學(xué)共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助,今后我會在工作中不斷的學(xué)習(xí),努力的提高自己的水平。經(jīng)過本次設(shè)計，我切實體會到作為一個優(yōu)秀的設(shè)計人員的艱難性。在設(shè)計過程中，我經(jīng)常遇到各種各樣的問題，有的是知識方面的缺乏導(dǎo)致的，有的是設(shè)計經(jīng)驗方面缺乏導(dǎo)致的。這些問題有時使得我束手無措，不過在指導(dǎo)老師幫助和自己的努力下，終于使得我順利完成了設(shè)計。雖然我的設(shè)計存在很多缺乏的地方，但在這一個多月的時間里，我學(xué)到了很多有用的知識，也積累了一定的設(shè)計

44、經(jīng)驗，這些對于我即將要走向社會工作崗位，將起到很關(guān)鍵的作用。在此衷心感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師4年來給我的教育和培養(yǎng)，特別要感謝老師在我的畢業(yè)設(shè)計期間給予的諸多指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1楊軍，楊世文，王京濤等. 基于ANSYS的軸承座的模態(tài)分析J. 機(jī)械工程與自動化,202142李澤天,王興偉,李小飛. 基于ANSYS的軸承座有限元分析J. 兵工自動化. 2021(12)3楊康，韓濤在模態(tài)分析中的應(yīng)用佳木斯大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，：4傅志方，華宏星模態(tài)分析理論與應(yīng)用上海：上海交通大學(xué)出版社，5王富恥, 張朝輝. ANSYS10.0有限元分析理論與工程應(yīng)用M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 200696吳曉冬，劉志剛

45、集成仿真的振動輸送機(jī)軸承座有限元分析現(xiàn)代制造工程，：7隋曉東，戴挺，高鋒壓力機(jī)機(jī)身振動特性的模態(tài)分析噪聲與振動控制，2021：8何富華淺談在大型工程中的應(yīng)用技巧與心得城市建設(shè)202123：9譚長建,張娟.ANSYS高級工程應(yīng)用實例分析與二次開發(fā)M.北京:電子工業(yè)出版社,200610尚曉江,邱峰.ANSYS結(jié)構(gòu)有限元高級分析方法與范例應(yīng)用M.北京:中國水利水電出版社,200511王勖成,邵敏.有限單元法根本原理和數(shù)值方法M.北京:清華大學(xué)出版社,199712武傳江. ANSYS 在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用J淮海工學(xué)院學(xué)報(人文社會科學(xué)版)，20023 13高耀東，郭喜平，郭志強(qiáng).ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用2

46、5例M.北京：電子工業(yè)出版社,2007.13514程社聯(lián)，楊中平，馮戰(zhàn)勤. 有限元法在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用A. 楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院報，2021.83：215邢靜忠. ANSYS應(yīng)用實例與分析M. 北京: 科技出版社, 2006. 5-816杜平安. 結(jié)構(gòu)有限元分析建模方法M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vST

47、T#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcU

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