一种经典支座模型的ANSYS建模及分析方法

一种经典支座模型的ANSYS建模及分析方法,介绍ANSYS建模及利用SolidWorks建模后用ANSYS进行有限元分析。

一种经典支座模型的ANSYS建模及分析方法

刘佳来

长江大学、机械工程学院10904班 434000

关键字：ANSYS有限元、SolidWorks建模、应力分析

课题:

在这里分析一支座,如右图所示（铸造），

底板上有四个直径为14mm的圆孔，其圆面

受到全约束，假设材料的弹性模量E=1.7

×105N/mm2，泊松比μ=0.3，许用应力

[σ]=150MPa，右端φ60的孔端面（A-B）

受到水平向左的分布力作用，分布力的合

力大小为10000N，分析支座内部的应力分

布，并校核强度。

分析:

1. 本题属于空间三维分析,可通过ANSYS

进行三维建模并进行求解。此次建模笔者使用ANSYS11.0进行求解。

2. 用ANSYS进行三维建模的方法较多，本次主要运用旋转和偏移坐标系来创建三维实体。

一. 建立几何模型：

1. 创建和设置工作空间和工作环境：

①PlotCtrls>Pan Zoom Rotate弹出工具条选

择ISO；

②WorkPlane>Display Working Plane（显示

工作平面）；

③ PlotCtrls>Windows Controls> Windows

Options弹出右图选择如右图所示。点OK；

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④点击透视图方便看图；

⑤ WorkPlane>Offset WP By Increments弹出Offset WP工具条，用于转换坐标。

2. 创建底板：

①File>Change Jobname输入工作，工作名zhizuo。

②在Offset WP工具条中的XY，YZ，ZX Angles下输入：“0，-90”点OK，转换坐标系。 ③Main Menu>preprocessor>Modeling>creat>Volume>Block>By 2 corners&z

弹出对话框，输入数据如下：

WPX=0，WPy=0，Width=140，Height=140，Depth=25。输入条和结果如下：

3. 创建底板上的四个小圆柱体：

(1)在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets下输入：“30，30”点OK，偏移坐标系。

Main Menu>preprocessor>Modeling>creat>Volume>Cylinder>Solid Cylinder弹出提示框，输入： WPX=0，WPy=0，Radius=7，Depth=25点OK。

(2) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets下输入：80点OK，偏移坐标系。

Main Menu>preprocessor>Modeling>creat>Volume>Cylinder>Solid Cylinder弹出提示框，输入： WPX=0，WPy=0，Radius=7，Depth=25点OK。

(3) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets下输入：“0，80”点OK，偏移坐标系。

Main Menu>preprocessor>Modeling>creat>Volume>Cylinder>Solid Cylinder弹出提示框，输入： WPX=0，WPy=0，Radius=7，Depth=25点OK。

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(4) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z

Offsets下输入：-80点OK，偏移坐标

系。

Main Menu>preprocessor

>Modeling>creat>Volume>Cylinder>Soli

d Cylinder弹出提示框，输入：

WPX=0，WPy=0，Radius=7，Depth=25

点OK。

得到右图所示实体：

4. 在底板上减去四个小圆柱

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate>Booleans>Subtract>Volumes

弹出对话框后，用光标点击底板（底

板变为红色），点OK。

在点4个要减去的小圆柱。

得到实体如右图所示：

5. 创建顶部的圆柱：

(1) 在Offset WP工具条中的XY，YZ，ZX

Angles下输入：“-90，90”点OK，

转换坐标系。

(2) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets

下输入：“40,180，-90”点OK，偏

移坐标系。

(3) Main Menu>preprocessor>Modeling

>creat>Volume>Cylinder>Solid

Cylinder弹出提示框，输入：WPX=0，

WPy=0，Radius=50，Depth=100然后点OK。得到实体如上图所示：

6. 创建顶部圆柱内的小3个小圆柱：

(1) Main Menu>preprocessor>Modeling>creat>Volume>Cylinder>Solid Cylinder弹出提示框，

输入：WPX=0，WPy=0，Radius=30，Depth=20然后点OK。得到实体如右图所示：

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(2) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets下输入：“0，0，20”点OK，偏移坐标系。

Main Menu>preprocessor>Modeling>creat>Volume>Cylinder>Solid Cylinder弹出提示框，输入：WPX=0，WPy=0，Radius=20，

Depth=60然后点OK。

(3) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets

下输入：“0，0，60”点OK，偏移

坐标系。

MainMenu >preprocessor>Modeling>

creat>Volume>Cylinder>Solid Cylinder

弹出提示框，输入：WPX=0，WPy=0，

Radius=30，Depth=20然后点OK。得

到实体如右图所示：

7. 减去以上创建3个圆柱 ：

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate>Booleans>Subtract>Volumes

弹出对话框后，用光标点击底板（底

板变为红色），点OK。

在点4个要减去的小圆柱。

得到实体如右图所示：

8. 创建肋板 （一）

(1) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets

下输入：“-70，-155，-40”点OK，

偏移坐标系。

(2) Main Menu>preprocessor>Modeling

>creat>Volume>Block>By 2 corners&z

弹出对话框，输入数据如下：

WPX=0，WPy=0，Width=140，

Height=155，Depth=20。得右图实体。

(3) 分割重叠实体：

Main Menu>preprocessor>Operate>Booleans>Partition>Volumes弹出提示框选择肋板和

顶部的圆筒（选择后会变色），点OK。

(4) 删除圆筒内的半圆柱：

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Main Menu>preprocessor>Modeling>Operate>Delete>Volume and Below弹出对话框选择圆筒里的半圆柱即可，点OK。

(5) 合并实体

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate>Booleans>Add>Volumes弹

出对话框选择Pick All合并实体。

(6) 创建肋板上的斜面：

Main

Menu>preprocessor>Modeling>Creat>

Areas>Arbitrary>Through KPs选择需

要创建的面上的4个点。按同样的方法创建另外的一个斜面。

(7) 将肋板用两斜面分开：

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate> Booleans>Divide>Volume by Area弹出对话框选择刚建立的肋板点OK，然后

用光标选择刚建立的两个斜面。最后点OK。结果如上图所示：

(8) 删除被斜面分离开的两个楔形块:

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate>Delete>Volume and Below

弹出对话框,选择被分离开的两个楔

形块即可，点OK。

结果如右图所示。到此第一个肋板已

经建成。

9. 创建肋板 （二）

(1) 在Offset WP工具条中的X,Y,Z Offsets

下输入：“60，0，-60”点OK，偏移

坐标系。

Main Menu>preprocessor>Modeling

>creat>Volume>Block>By 2 corners&z

弹出对话框，输入数据如下：

WPX=0，WPy=0，Width=20，Height=112

，

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Depth=140。结果如右图所示：

(2) 创建肋板（二）两斜面上的四个顶点

Main Menu>preprocessor>Modeling>Creat>Keypoints>In Active CS弹出对话框新建如下

四点：（32，137，-80）；（32，137，-60）；（108，137，-80）；（108，137，-60）。这四个点是根据题目中肋板形状计算而求得的较方便于建模的点。

(3) 根据以上四个点建立两个斜面

Main

Menu>preprocessor>Modeling>Creat>

Areas>Arbitrary>Through KPs

弹出对话框选择点93,94,90,89四个节

点创建一斜面，另选择95,9680,75四

个点创建一个斜面。

(4) 通过新建的两个平面分离肋板（二）

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate> Booleans>Divide>Volume by Area弹出对话框选择刚建立的肋板点OK，然后

用光标选择刚建立的两个斜面。最后点OK。结果如上图

(5) 删除楔形块

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate>Delete>Volume and Below

弹出对话框,选择被分离开的两个楔

形块即可，点OK。

结果如右图所示。

10. 将干涉的实体合并

Main Menu>preprocessor>Modeling

>Operate>Booleans>Add>Volumes弹出对话框选择Pick All合并实体。到此模型已经建立完成。

二. 定义单元类型

1. 定义单元类型

在Ansys的HELP文件的Element Library中查看各种平面单元的特点及使用范围。只有适用于3D结构问题的单元才是可用的. 本例可选用的单元有:SOLIDE 45,SOLIDE95,SOLID92单元。

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Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点“Add” 。双弹出对话框，选“Solid”和“10node 92”,点“OK”，退回到前一个对话框。

2. 设置单元选项

点“Element Type”对话

框中的“Options”。

K5处选：Nodal stree(表

示需要额外输出单元节

点应力)，

K6处选：No extra output。

如图所示。

3. 定义材料属性

Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击

Structural>Liner>Elastic>Isotropic。输入弹性模量和泊松比，如下图所示：

三. 划分网格

1. 定义网格尺寸

Main Menu>Proprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Basic 弹出对话框，选择: 2

2. 划分网格

Main Menu>Proprocessor>Meshing

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>Mesh>Volumes>Free

弹出对话框，点“Pick All”得到如右图所示结果：

四. 加载并求解

1. 定义分析类型

Main Menu >Solution > Analysis Type > New

Analysis, 选择Static

2. 定义位移约束

Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural>Displacement > On Areas, 弹出对话框。选择需要定义约束的四个圆孔。点OK，在弹出的对话框中选全约束, 输入值为:0。

选择约束面 定义全约束后图示

3. 加载荷

本例是加面载荷, 为保证载荷加到指定

的面上,可先显示面的编号

Utility Menu >PlotCtrls> Numberig

Utility Menu >Plot> Areas

Main Menu >Solution> Define

Loads >Apply >Structural > Pressure >On

Areas选择如右图所示的面。点OK,弹出

对话框后,输入压强值(1.99通过计算压强约为1.989436MPa此处取1.99MPa),点OK

4. 求解

Main Menu >Solution> Solve >Current LS

五. 后处理

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1. 查看总体变形

改变窗口颜色Plot

Ctrls>Style>Colors>Reverse Video

再显示总体变形：

Main Menu >General Postproc

>Plot Results > Deformed shape

加载后的尺寸变形

2. 查看应力分布图

Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Solution, 在弹出的对话框中选：Nodal Solution> Stress >von Mises stress

3. 查看工件受力

NODE S1 S2 S3 SINT SEQV

11134 4.7038 1.2557 -0.66929E-01 4.7708 4.2661

11135 10.041 0.82503 0.21934 9.8214 9.5330

11136 9.6963 1.1605 -0.98050E-02 9.7061 9.1771

MINIMUM VALUES

NODE 402 33 15 10142 10142

VALUE -12.852 -22.798 -94.634 0.72425E-01 0.64082E-01

MAXIMUM VALUES

NODE 43 43 391 43 43

VALUE 114.84 31.122 13.555 102.38 94.439

六. 强度校核

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[σ]=150MPa，由以上分析结果可知，该工件满足强度要求。

附SolidWorks建模方法及用ANSYS分析求解

由于ANSYS建模比较繁琐，所以利用其它三维建模软件也可以先生成模型然后利用ANSYS进行分析求解。本课题使用solidworks2010建模然后再求解,建模步骤如下:

一）打开Solidworks2010工作界面选中上视基准面建立底座草图，然后拉伸实体

二）在右视基准面画草图，然后拉伸实体

选中右视基准面画d=100圆心在0，180处的圆

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三）建立肋板，尺寸和图形图图所示：

四）建立加强筋

在前视基准面上画草图如下，然后在方向一和方向二上均拉伸10个mm得如下实体

五）在右端面上画直径d=40的同

心圆，再拉深切除到下一面

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六）再在两端面用上述同样的方法切除两个直径为60mm，深为20的凹坑

七）到此，模型已经建立完毕。但注意保存将文件保存为格式为.IGS的文件

八）将刚才用solidworks2010建立的模型导入到ANSYS11.0中。然后进行分析求解

具体步骤为:打开ANSYS后 File>Import>IGES均选取默认值，这样就可以得到“一. 10”中的模型。分析步骤同上。

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参考文献：

[1]方显明，陈爱华，陶佐英 编制《SolidWorks项目案例图解教程》，电子工业出版社，2009。

[2]王策选，刘红兵，王国平 编著《SolidWorks2009中文版三维设计基础与实践教程》，电子工业出版社，2009

[3]高耀东，郭喜平 主编 《ANSYS机械工程应用25例》 电子工业出版社，2007。

[4]刘涛，杨凤鹏 主编 《精通ANSYS》 清华大学出版社，2002.

[5]小岚工作室 编 《最新经典ANSYS及Workbench教程》 电子工业出版社，2004。

Email：liujialai2085@

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7dx4.html