疲勞強(qiáng)度有限元分析

螺栓疲勞強(qiáng)度計(jì)算分析摘要：在應(yīng)力理論、疲勞強(qiáng)度、螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算的理論基礎(chǔ)之上，以疲勞強(qiáng)度計(jì)算所采取的三種方法為依據(jù)，以汽缸蓋緊螺栓連接為研究對象，進(jìn)行本課題的研究。假設(shè)汽缸的工作壓力為0~1N/mm2之間變化，氣缸直徑D2=400mm螺栓材料為5.6級的35:鋼，螺栓個(gè)數(shù)為14,在F〃=1.5F，工作溫度低于15c這一具體實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析。I利用ProE建立螺栓連接的三維模型及螺桿、螺帽、汽缸上端蓋、下端蓋的模型。先|以理論知識進(jìn)行計(jì)算、分析，然后在分析過程中借助于ANSY有限元分析軟件對此螺1栓連接進(jìn)行受力分析，以此驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性、可靠性。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，有限I元方法的理論更加完善，應(yīng)用也更廣泛，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)，分析必不可少的有力工具。1然后在其分析計(jì)算基礎(chǔ)上，對于螺栓連接這一類型的連接的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)所采取的一；般公式進(jìn)行分類，進(jìn)一步在此之上總結(jié)。1關(guān)鍵詞：螺栓疲勞強(qiáng)度，計(jì)算分析，強(qiáng)度理論，ANSYS有限元分析。裝BoltfatiguestrengthanalysisAbstract:Instressfatiguestrengththeorybolt,designcalculationtheoryfoundationtofatiguestrengthcalculationforthethreemethodsadoptedaccordingtothecylinderlid,fastenboltconnectionastheobjectofresearchthistopicresearch.Assumingthecylinderpressureofworkis0~1N/mm2changescylinderdiametersbetween==400mm,boltingmaterialsD2forms5.635steel,boltnumberfor14,inF"=1.5Fbelow15°C,thetemperaturecalculationandanalysisofconcreteexamples.UsingProEestablishboltconnectionthree-dimensionalmodelsandscrew,nut,cylinderundercover,covermodel.Startswiththeoreticalknowledgecalculateanalysis,andthenduringanalysisANSYSfiniteelementanalysissoftwarebythispaperanalyzesforcesboltconnectiontoverifytherationalityofthedesignofandreliability.Afternearlydecadesofdevelopmen,thetheoryoffiniteelementmethodismoreperfect,moreextensiveapplication,hasbecomeanindispensabledesign,analysistheemollienttool.Theninitsanalysisandcalculationforboltconnection,basedonthetypeofconnectiontothefatiguestrengthdesignofthegeneralformulaclassification,furtherontopofthissummary.Keywords:boltfatiguestrength,calculationandanalysisstrengththeory,ANSYSfiniteelementsanalysis.IiIiii裝ii訂77131414141818182021212122222630TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論51.1緒論51.2疲勞強(qiáng)度的概念及常見的疲勞損傷類型51.3影響疲勞強(qiáng)度的因素IiIiii裝ii訂771314141418181820212121222226302.4螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則3Pro/E三維造型ProE簡介3.2螺栓連接零件圖4實(shí)例分析4.1理論分析4.1.1計(jì)算各力的大小4.2理論分析總結(jié)5ANSYS有限元分析5.1ANSYS有限元分析5.1.1分析軟件及工作原理介紹5.1.2ANSYS分析求解步驟ANSY分析5.3ANSYS分析總結(jié)總結(jié)27［參考文獻(xiàn)］28致謝1緒論本章主要介紹疲勞強(qiáng)度的基本概念及疲勞損傷的類型，影響疲勞強(qiáng)度的因素，以及作此設(shè)計(jì)的前景、目的和意義。1.1緒論本次畢業(yè)論文研究的主要問題是一在強(qiáng)度理論基礎(chǔ)之上就螺栓的疲勞強(qiáng)度計(jì)算及分析進(jìn)行研究。為了便于機(jī)器的制造、安裝、運(yùn)輸、維修以及提高其勞動(dòng)生產(chǎn)率等，廣泛地應(yīng)用各種連接。螺栓連接、鍵連接、銷連接、聊連接、焊接、膠接、過盈連接，1IIII裝II其中螺栓連接因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)性，方便性，可靠性，最常用，用的最廣，因而研究其在不同工作情況下的疲勞強(qiáng)度對于提高連接的可靠性，安全性，機(jī)械整體的性能，整個(gè)機(jī)械行業(yè)乃至整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的增長具有重要的意義。本論文側(cè)重研究其在交變應(yīng)力情〉兄下的強(qiáng)度計(jì)算機(jī)分析。在冶金，礦山，工程，運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備中，承受變載荷的螺栓1IIII裝II1.2疲勞強(qiáng)度的概念及常見的疲勞損傷類型如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的II線II變化，這種隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力（也稱循環(huán)應(yīng)力）II線II疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，所以對于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等承受交變載荷的零件要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來制造。1.3影響疲勞強(qiáng)度的因素金屬疲勞在交變應(yīng)力作用下，金屬材料發(fā)生的破壞現(xiàn)象。機(jī)械零件在交變壓力作用下，經(jīng)過一段時(shí)間后，在局部高應(yīng)力區(qū)形成微小裂紋，再由微小裂紋逐漸擴(kuò)展以致斷裂。疲勞破壞具有在時(shí)間上的突發(fā)性，在位置上的局部性及對環(huán)境和缺陷的敏感性等特點(diǎn)，故疲勞破壞常不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)且易于造成事故。應(yīng)力幅值、平均應(yīng)力大小循環(huán)次數(shù)是影響金屬疲勞的三個(gè)主要因素。1.4前景展望伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和各種分析軟件的成熟，ANSYSABAQUSNASTRANMARKALGO以及ADINA等為代表的一系列分析軟件的不斷完善，運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的發(fā)展使其|理論分析有了更加堅(jiān)實(shí)可靠的手段和依據(jù)，使得其更加接近真實(shí)情況，各種仿真軟件|和分析系統(tǒng)的日趨完善使得對螺栓疲勞強(qiáng)度的分析計(jì)算更加科學(xué)，可信。|1.5研究的目的意義1螺栓連接的在各種設(shè)備及機(jī)械中廣泛應(yīng)用，連接的可靠性，安全性事關(guān)生命及整；個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可靠，嚴(yán)密的而強(qiáng)度理論研究是生產(chǎn)高強(qiáng)度，高質(zhì)量的零部件的:前提，可靠的連接是機(jī)械設(shè)備及其零部件正常，安全，高效工作的必然要求，所以進(jìn)|行螺栓疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算分析是發(fā)展生產(chǎn)的必然要求具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。裝2相關(guān)背景知識本章主要講解進(jìn)行螺栓疲勞強(qiáng)度計(jì)算分析所需要的理論基礎(chǔ)，包括強(qiáng)度理論及疲勞強(qiáng)度計(jì)算的三種公式；螺栓連接的設(shè)計(jì)計(jì)算公式；螺栓連接的設(shè)計(jì)原則；強(qiáng)度計(jì)算公式選擇的原則。2.1背景知識2.1.1強(qiáng)度理論及疲勞強(qiáng)度的計(jì)算主要有三種方法：①若丫=常數(shù)，則也有a=1-丫/1+丫=常數(shù)，即a二常數(shù)，在圖2.1中設(shè)m點(diǎn)為一工作點(diǎn)，這樣過原點(diǎn)的射線0M就代表簡單就代表簡單加載情況。M點(diǎn)（假設(shè)在AB線上，一下均同假設(shè)）為工作應(yīng)力點(diǎn)M按丫=。變化得到極限應(yīng)力點(diǎn)。聯(lián)解OMAB兩條直可得圖2.1丫二常數(shù)時(shí)的極限應(yīng)力。r3Omm則可求出點(diǎn)M點(diǎn)坐標(biāo)對于點(diǎn)M點(diǎn)的應(yīng)力極限為2-1km-max2-2則根據(jù)最大應(yīng)力求得的最大應(yīng)力安全系數(shù)計(jì)算值及強(qiáng)度條件為

max」n]2-3②按應(yīng)力幅計(jì)算；（Tmin=C若man=C則有cmin=；rm-ra=c,故在圖2中，過工作點(diǎn)M作與橫坐標(biāo)夾角為圖2.1丫二常數(shù)時(shí)的極限應(yīng)力。r3Omm則可求出點(diǎn)M點(diǎn)坐標(biāo)對于點(diǎn)M點(diǎn)的應(yīng)力極限為2-1km-max2-2則根據(jù)最大應(yīng)力求得的最大應(yīng)力安全系數(shù)計(jì)算值及強(qiáng)度條件為max」n]2-3聯(lián)解直線MM,AB方程a"-■'m「"2-4u一1_a?<子m代入二min二二m-；「a=c，可解得M'的坐標(biāo)(c'm,c'a)則根據(jù)最大應(yīng)力求得的最大應(yīng)力安全系數(shù)計(jì)算值及強(qiáng)度條件為ercr+crmaxamna-,③按應(yīng)力的循環(huán)特性保持不變（即=2—"（%_中cr）坊min>[]（）（ercr+crmaxamna-,③按應(yīng)力的循環(huán)特性保持不變（即=2—"（%_中cr）坊min>[]（）（2二a；「min）—["丫=c的應(yīng)力變化規(guī)律計(jì)算2-5冬12-3二。1寸的:極限”堂力聯(lián)解MM,AB兩直線方程2-6可得M點(diǎn)的坐標(biāo)(cmc'a)根據(jù)最大應(yīng)力求得的最大應(yīng)力安全系數(shù)及強(qiáng)度條件為S=m_2-1（1>[n]◎maxcra◎maxcra+bm（代―中<1）（2^a+minL_|要根據(jù)具體零件應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對上述三種情況的安全系數(shù)的校核公式的取舍，力可能發(fā)生的規(guī)律來確定，對于難以確定其規(guī)律的，往往采用丫=C的公式。要根據(jù)具體零件應(yīng)螺栓連接承受單向穩(wěn)定變載荷時(shí)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算。對于承受預(yù)緊力和變化的工作拉力的緊螺栓連接，假設(shè)加預(yù)緊力F后，承受0~F之間的變化的工作拉力，從圖所示的受軸向變載荷的螺栓受力情)兄圖可見，此螺栓所受的總拉力在F~F之間變化。由圖容易看出，當(dāng)螺栓承受0~F脈動(dòng)變化的工作載荷

時(shí)，螺栓內(nèi)的應(yīng)力為非對稱循環(huán)變應(yīng)力。這是因?yàn)殡m然外加工作載荷是脈動(dòng)變化的，但由于預(yù)緊力F的存在，螺栓所受的總拉伸載荷則是在F~F。之間變化的波動(dòng)拉伸載荷，如果不考慮螺栓摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用，則螺栓受單向穩(wěn)定的應(yīng)變力。對于受單向穩(wěn)定應(yīng)變力的螺栓疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算就可以完全按照上述變應(yīng)力的基本理論，至于具體使用那一種安全系數(shù)校核公式，首先要看螺栓承受變應(yīng)力的變化規(guī)律如何，然后再確定。力*FaF'螺栓中總拉力的變化時(shí)間.冷栓中工作拉力的變化FaF'螺栓中總拉力的變化時(shí)間.冷栓中工作拉力的變化iF'時(shí)間卜變圖2-4軸向變載荷的螺栓受力情況2.2螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算受力選擇原則迄今為止我們應(yīng)經(jīng)對螺栓承受變應(yīng)力的情況有了深入的認(rèn)識了，形成了一些較成熟的觀點(diǎn)，這里我們著重討論一下幾種。第一種：影響變載荷零件疲勞強(qiáng)度的主要因素是應(yīng)力幅。所以螺栓的疲勞強(qiáng)度可以按應(yīng)力幅進(jìn)行計(jì)算，即選用公式n■司>[na]2-8CTa滿足此條件極為安全。/2第二種：由于二min=/二4而FC為常數(shù)則二min為常數(shù)，所以螺栓的疲勞強(qiáng)度按照二min=c的情況進(jìn)行計(jì)算，及選用下式校核最大安全系數(shù)2--1（；「-min（廠一；「）（2匚a~min）2-9滿足此條件即為安全第三種：二C是最簡單的加載方式，而螺栓受載荷屬于復(fù)雜的非對稱循環(huán)變載荷，計(jì)算較為繁瑣。由于工程上常把較復(fù)雜的問題簡單化成對稱循環(huán)處理的方法。所以螺栓的疲勞強(qiáng)度計(jì)算可以按照這種簡化方法，用Y=C規(guī)律進(jìn)行簡化計(jì)算。2-10滿足此條件即為安全。螺栓連接的安全系數(shù)可參照下表1.1選擇

情fx許用安全系數(shù)VX\稱'直\徑螺栓材料\[n]1[n0]M5-M16M16-M30緊連接（不加預(yù)緊力）碳素鋼10-6.56.52.5-5合金鋼7-55緊連接（加預(yù)緊力）碳素鋼1.2-1.51.5-2.5合金鋼表1.1不同材料螺栓連接的安全系數(shù)2.3螺栓連接的計(jì)算公式TOC\o"1-5"\h\z松螺栓連接的計(jì)算公式：2-11螺栓危險(xiǎn)截面拉伸強(qiáng)度為：d"4F2-12V叩］di螺紋小徑，單位mmF螺栓所承受的軸向工作載荷，單位N［（t］------螺栓連接的許用應(yīng)力，單位N/mm緊螺栓連接的計(jì)算公式:3F922-13(Tca螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力，緊螺栓連接的計(jì)算公式:3F922-13(Tca3(TF。螺栓所受的預(yù)緊力，單位為N.2.4螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則1.連接結(jié)合面的幾何形狀通常都設(shè)計(jì)成軸對稱的簡單集合形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等這樣不但利于加工制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的|對稱中心和連接結(jié)合面的形心重合，從而保證連接結(jié)合面的受力比較均勻。|2.螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于|工作載荷的方向上成排地布置8個(gè)以上螺栓，以免載荷分布過于不均。13.螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距。布置螺栓時(shí)，各螺栓軸線以及螺栓軸線；和機(jī)體壁間的最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需活動(dòng)的空間的大小決定。:4.分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)該取成偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時(shí)的分度|和畫線。15.避免螺栓承受附加的彎曲載荷。裝3Pro/E三維造型本章主要內(nèi)容為三維造型軟件ProE簡介及各零部件的三維模型和總裝配圖。3.1ProE簡介在中國也有很多用戶直接稱之為“破衣”。1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEEF誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEEFWildFire6.0（中文名野火6）。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性MCA軟件。3.2螺栓連接零件圖圖3.1螺胃

圖3.2螺桿xmdqq.七金Jis［電-.HTEllI3Ba：■□中阿訃PftTZ7UCHT￡7TWflFTIWT芳FRTAfflTS.WbQffi*LP回芽刮IiUX!*L_4WJF+Wit-圖3.3汽缸上端蓋圖3-4下端蓋圖3-5總裝配圖!￡叫衛(wèi)取福蒙ELTV□nmAifM.pRTI□州晌U泌虹耐■-習(xí)陣列」LCCAL_GRDF4實(shí)例分析本章就汽缸螺栓連接這一實(shí)例，根據(jù)螺栓連接的強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算分析4.1理論分析氣缸蓋螺栓連接的設(shè)計(jì)，如圖所示，已知：汽缸工作壓力p在0~1N/mm2間變化。汽缸直徑為D2=400mm螺栓材料5.6級的35鋼，螺栓數(shù)目為14,使F=1.5F，用石棉銅皮墊片，工作溫度不高于15°C。QF圖4.1氣缸螺栓連接模型4.1.1計(jì)算各力的大?。ㄒ唬┯?jì)算每個(gè)螺栓承受的最大工作載荷1）汽缸最大載荷4-1二4002火4-12125664N4d；,p=42）螺栓最大工作載荷4-2F號氣譽(yù)976N4-2則螺栓工作載荷F在0~8976N之間變化余預(yù)緊力F=1.5F=1.58976-13464N3）螺栓最大拉力F。=FF=897613464二22440N4-44）預(yù)緊力F—Fo-定C244。-0.88976=15265N4-55）許用拉應(yīng)力按控制預(yù)緊力取安全系數(shù)，查《機(jī)械零件手冊》知a=30?N/mm2,且［二］打：=3。？二200N5mm2o（二）按靜強(qiáng)度計(jì)算螺栓尺寸a3002[匚]200N/mm2[n]1.5（三）螺栓疲勞強(qiáng)度校核1）計(jì)算各參數(shù)a危險(xiǎn)剖面積籍寸二葺4（15.294）A183.7mm24-6b螺栓受最大應(yīng)力F/A=2|30=122.16N/mm2amax=oc螺栓受最小應(yīng)力=15259min=F/A二83.06N/mm283.7d螺栓應(yīng)力幅maxmin2122.16-83.06=19.55N/mFS2e螺栓平均應(yīng)力max二min122」683.06M02?16N/min2f查《機(jī)械零件手冊》可知平均應(yīng)力的折算系數(shù)為對稱循環(huán)彎曲疲勞極限手冊知-3.45,十-0.87,0.9則綜合影響系數(shù)3.45_CT=0.870.9=44-74-84-94-104-11又查4-1221019.55154.42-8有1.6321019.55154.42-8有1.63[n]T.5—aj第一種方法：依據(jù)第一觀點(diǎn)，按應(yīng)力幅計(jì)算，帶入公式n..?Fa]="[n]aa*.55匚滿足強(qiáng)度條件，安全。第二種方法：依據(jù)第二種觀點(diǎn)，按伽=C規(guī)律計(jì)算，代入公式2-9,有22沃210(4.4—0.15沃83.06=139[](4.40.15(219.5583.06肩2八-1+（瓷b-中Q）minn：-滿足強(qiáng)度條件，安全。第三種方法：依據(jù)第三種觀點(diǎn),那=C規(guī)律計(jì)算，代入公式2-7,有n；-=2.07[n]=1.2j2104.419.550.15102.61n；-=2.07[n]=1.2am由計(jì)算可知設(shè)計(jì)滿足各項(xiàng)要求是合理的。4.孑理論分析總結(jié)5ANS5ANSYS有限元分析比較內(nèi)容'按（Tmin=C的規(guī)律校核最大應(yīng)力安全系數(shù)按應(yīng)力幅規(guī)律校核最大應(yīng)力安全系數(shù)按丫=C規(guī)律校核最大應(yīng)力安全系數(shù)n1.391.632.07精確度精確近似n值大于前者不精確，n值偏大。使用不安全表4-1

5.1ANSYS有限元分析5.1.1分析軟件及工作原理介紹有限元法也稱為有限單元法，是隨著計(jì)算機(jī)的使用發(fā)展起來的一種有效地?cái)?shù)值計(jì)算方法。這種方法大約起源于20世紀(jì)50年代航空領(lǐng)域飛機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析。該方法的思想是把整體結(jié)構(gòu)看作是由有限個(gè)相互連接二組成的集合體，每個(gè)單元賦予一定的物理特性，然后組合在一起就能近似的等效整體結(jié)構(gòu)的物理特性然。有限元分析（FiniteElementAnalysis,FEA）是在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域中應(yīng)用和發(fā)展起來的，它不僅可以解決工程中的結(jié)構(gòu)分析問題，同時(shí)也可以解決傳熱學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)和聲學(xué)等領(lǐng)域的問題。由于有限元法計(jì)算精度高、適用性強(qiáng)、計(jì)算格式規(guī)范統(tǒng)一，有限元計(jì)算結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為各類工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能評估的可靠依據(jù)，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)學(xué)中不可I裝裝II裝裝II缺少的一種重要方法，在大型結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變分析、穩(wěn)定性分析、傳熱分析、電磁場分析、流體分析等方面扮演越來越重要的角色ANSY歉件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRANAlogor,IDEASAutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級CADX具之一。、軟件功能簡介軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)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；分析計(jì)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(dòng)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；后處理模塊可將計(jì)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(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式PC,顯示或輸出。軟件提供了100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。PC,該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如SGI,HPSUNDECIBM,CRAY等。目前版本為ANSYS5.7版，其微機(jī)版本要求的操作系統(tǒng)為Windows95/98或WindowsNT也可運(yùn)行于UNIX系統(tǒng)下。微機(jī)版的基本硬件要求為：顯示分辨率為1024x768,顯示內(nèi)存為2M以上，硬盤大于350M推薦使用17英寸顯示器啟動(dòng)ANSYS進(jìn)入歡迎畫面以后，程序停留在開始平臺。從開始平臺（主菜單）可以進(jìn)入各處理模PREP7（通用前處理模塊），SOLUTION求解模塊），POST1用后處理模塊），POST20時(shí)間歷程后處理模塊）。ANSYS5戶手冊的全部內(nèi)容都可以聯(lián)機(jī)查閱。用戶的指令可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單項(xiàng)選取和執(zhí)行，也可以在命令輸入窗口通過鍵盤輸入。命令一經(jīng)執(zhí)行，該命令就會(huì)在上OG文件中列出，打開輸出窗口可以看到上OG文件的內(nèi)容。如果軟件運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，查看.LOG文件中的命令流及其錯(cuò)誤提示，將有助于快速發(fā)現(xiàn)問題的根源?！繭G文件的內(nèi)容可以略作修改存到一個(gè)批處理文件中，在以后進(jìn)行同樣工作時(shí)，由ANSYS1動(dòng)讀入并執(zhí)行，這是ANSY軟件的第三種命令輸入方式。這種命令方式在進(jìn)行某些重復(fù)性較高的工作時(shí)，能有效地提高工作速度。ANSYS分析求解步驟1）實(shí)體建模；2）網(wǎng)格劃分；3）施加載荷：4）分析求解ANSYSA析J己口淚r&N—FETKSrJ/JEHA卸邱UAMGAI?KT5.1實(shí)體模型【ANSYSI例】螺栓疲勞強(qiáng)度分析（GUI）計(jì)算模型見圖5-1,該問題的有限元分析過程如下。（1）進(jìn)入ANSY（設(shè)定工作目錄和工作文件）程序一ANSYS—ANSYSInteractive—Workingdirectory（設(shè)置工作目錄）一Initialjobname（設(shè)置工作文件名））：Press—Run—OK（2）設(shè)置分析特性ANSYSMainMenuPreferences,—Structural—OK（3）定義單元類型ANSYSMainMenuPreprocessor—ElementType—Add/Edit/Delete...—Add,—Solid:Tet10node187（10節(jié)點(diǎn)四面實(shí)體結(jié)構(gòu)單元）一OK（返回到ElementTypes窗口）一Close,（4）定義材料參數(shù)ANSYSMainMenu:Preprocessor—MaterialProps—MaterialModels—Structural—Linear—Elastic—Isotropic:EX2.06e11（彈性模量），PRXY0.3（泊松比）一OK一鼠標(biāo)點(diǎn)擊該窗口右上角的“x”來關(guān)閉該窗口（5）PROE?入實(shí)體幾何模型（6）ANSYSMainMenuPreprocessor—Meshing—MeshTool—位于SizeControls下的Lines:Set一要求選擇定義單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)的線。選擇底座圓周縱向的線一OK—ElementSizeonPicked，在No.ofelementdivisions下輸入：5—OK—Mesh—Volumes—Mesh—Pickall（如圖5-2）圖5-2網(wǎng)格劃分結(jié)果模型施加位移約束ANSYSMainMenu:SolutionfLoads—ApplyfStuctural-DisplacementfonLines一拾取底座底面的所有外邊界線一0Q選擇ALLDOF乍為約束自由度fOKNSYSMainMenu:SolutionfLoads—ApplyfStuctural-DisplacementfonLinesf拾取底座底面螺栓孔邊界線f選擇UYfOK模型施加載荷和約束..在底座上表面施加工作載荷ANSYSMainMenuSolutionfLoadsfApplyfStructuralfPressurefOnAreasf拾取底座上表面fOKfVALUE-125664fOK用箭頭顯示壓力值A(chǔ)NSYSUtilityMenu:PlotCtrlsfSymbols(ShowPresandconvectas)fOKSAVE-DB保存數(shù)據(jù)庫分析計(jì)算ANSYSMainMenuSolutionfSolvefCurrentLSfOK結(jié)果顯示ANSYSMainMenuGeneralPostprocfPlotResultsfDeformedshape,fDefshapeonlyfOK(返回至UPlotResults)fContourPlotfNodalSolufStressfvonMisesstressfOK(還可以繼續(xù)觀察其他結(jié)果)退出系統(tǒng)ANSYSUtilityMenu:FilefExit,fSaveEverythingfOK計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證按以上計(jì)算方案，可得到最大VonMiss等效應(yīng)力和最大的Y方向應(yīng)力分別為:34.6MPa12.8MPa，等效應(yīng)力與Y方向應(yīng)力分布分別如圖5-3、5-4所示(a)VonMises等效應(yīng)力(Pa)(2)Y方向(垂直方向)的應(yīng)力(Pa)■NODALSOLUTIONSUB=1TIME=1SEQV(AVG)DMK=.029676SMX3A6E+080,759E+07.1&4E+O8,231E+O6/509E+0$qiangdulaohe圖5-3:VonMiss等效應(yīng)力(Pa)

1NODALSOLUTIONSTEE-1SUB=1TIME=1SY(AVG)RSYS=0DMX=.028676SMIT=-b267E+08SMX=.126E+08-2fi7E+0B--179E+DA-.916E+D7-371775841￡+<11-223E+fle-.136E+QB-.476E+O7-J1D2E+07120a+09qiangdujiaohe圖5-4:-Y方向（垂直方向）的應(yīng)力（Pa）螺栓疲勞強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果為驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，氣缸底座為參考對象，假設(shè)其受均布載荷，-Y方向（垂直）應(yīng)力為:8976N/（3.14x（14/2）2）=58.3MPa>12.8MPa可見與上右圖相吻合。5.3ANSYS分析總結(jié)由ANSY分析可知此種設(shè)計(jì)及其參數(shù)滿足各項(xiàng)要求。氣缸的螺栓連接設(shè)計(jì)是合理的。有限元分析在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)揮著非常重要的作用應(yīng)該引起大家的重視。根據(jù)以上比較分析，我們很容易看出，若按規(guī)律設(shè)計(jì)計(jì)算，n值偏大，使用不安全，故在安全性要求較高及精度要求高的設(shè)備中研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)很少用；變載荷螺栓疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)若按規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，具備足夠的精確度，所以在精度要求高，，特別重要的:機(jī)械設(shè)備常采用這種方法，是用的范圍最廣的；按應(yīng)力幅強(qiáng)度條件計(jì)算，精確度次之，I但是由于其方法比較簡單故在一般的機(jī)械設(shè)備中經(jīng)常用到。|由ANSY有限元分析結(jié)果可知，設(shè)計(jì)完全符合強(qiáng)度要求。雖然有限元對零件進(jìn)行|塑性變形計(jì)算的時(shí)間遠(yuǎn)大于進(jìn)行彈性計(jì)算所需的時(shí)間。但是零件在使用期限內(nèi)，其疲|勞載荷系列中往往只有很小一部分使材料進(jìn)入了塑性區(qū)；絕大部分的載荷序列都只使1材料發(fā)生彈性變形，而彈性有限分析的速度是很快的，所以可以使用。；疲勞破壞是機(jī)械零件的常見破壞形式，對零件進(jìn)行疲勞計(jì)算分析對于設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一。隨著有限元法的廣泛應(yīng)用與結(jié)構(gòu)受力分析。很多疲勞分析軟件都裝|直接使用有限元軟件的分析結(jié)構(gòu)作為輸入。象ANSYS這種優(yōu)秀的分析軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)1領(lǐng)域必定得到更加廣泛的應(yīng)用。訂[參考文獻(xiàn)]TOC\o"1-5"\h\z劉鴻文?材料力學(xué)。4版。北京：高等教育出版社，2004。濮良貴紀(jì)名剛，機(jī)械設(shè)計(jì)。8版，北京：高等教育出版社，2006.王步瀛?機(jī)械零件強(qiáng)度計(jì)算的理論和方法。北京：高等教育出版社，1986卜炎.螺紋連接設(shè)計(jì)與計(jì)算。北京：高等教育出版社，1993[蘇]謝聯(lián)先CB。機(jī)械零件的承載能力和強(qiáng)度計(jì)算。汪一麟，等譯。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984⑹劉莉莉，張德豫?《螺栓疲勞強(qiáng)度的計(jì)算再分析》選自焦作礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)19