轴承座有限元法分析与建模Word文档格式.docx

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轴承座，有限元，ANSYS

第一章引言

1.1有限元法及其基本思想

有限元方法就是把一个原来是连续的物体剖分成有限的单元，且它们相互连接在有限的节点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件在进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，在综合求解。

由于单元的个数有限，节点的个数也有限，所以这种方法称为有限元法。

有限元法解决问题是物理模型的近似，而数学上不做近似处理。

其概念清晰，通用性与灵活性兼备，能灵活妥善处理各种复杂问题。

1.2问题描述

如图所示，为一个轴承座。

弹性模量为30*106，泊松比0.37.轴承孔圆周上受到1200ＭＰa恒定的推力载荷，在轴承孔的下半部分受到4500ＭＰa的径向压力载荷的情况。

图1-1

第二章轴承座有限元分析的准备工作

2.1建模过程及思路

分析制定方案

材料性质：

弹性模量E=3⨯106Pa，泊松比v=0.37。

边界条件：

轴承座底部受约束（UY=0），底座四个安装孔对称位移约束。

单元：

solid187。

荷载：

图1-1中沉孔径向内柱面承受外推压力为Pa和轴承孔柱面下部分承受向下压力Ps。

2.2设置单元类型

定义单元类型1为10节点的SOLID187。

选择MainMenu>

Preprocessor>

ElementType>

Add/Edit/Delete。

单击Add按钮。

选择StructuralSolid,并在相应的列表中选择10Node187,单击OK按钮，单击Close按钮，如图2-1所示。

图2-1

2.3定义材料属性

MaterialProps>

MaterialModel。

在材料属性窗口中分别点击Structure、Linear、Elastic。

在EX文本框中输入30e6，在PEXY文本框中输入0.37，如图2-2所示，单击OK按钮。

图2-2

2.4轴承座三维实体建模

2.4.1创建基座模型

创建实体块。

Modeling>

Create>

Volumes>

Block>

ByDimensions。

弹出CreateBlockbyDimensions对话框。

输入X1=0,X2=6,Y1=0,Y2=1,Z1=0,Z2=3，如图2-3所示，单击OK按钮。

图2-3

图2-4

平移并旋转工作平面。

选择UtilityMenu>

WorkPlane>

OffsetWPbyIncrements命令，如图2-5所示。

单击Apply按钮。

在X，Y，Z，Offsets处输入0.75，0，0.75；

在XY，YZ，ZX，Angles处输入0，－90，0，如图2-6所示，单击OK按钮。

图2-5

图2-6

图2-7

创建圆柱体。

选择菜单MainMenu>

Volumes>

Cylinder>

SolidCylinder。

在Radius文本框中输入0.375，在Depth文本框中输入1，如图2-8所示，单击OK按钮。

图2-8

图2-9

复制生成另外三个圆柱体。

Copy>

Volume。

弹出CopyVolumes对话框拾取圆柱体，如图2-10所示。

单击Apply按钮，在DZ处输入1.5，如图2-11所示，单击OK键。

图2-10

图2-11

图2-12

弹出CopyVolumes对话框拾取圆柱体，如图2-11所示。

单击Apply按钮，在DX处输入4.5，如图2-14所示，单击OK键。

图2-13

图2-14

图2-15

弹出CopyVolumes对话框拾取圆柱体，如图2-16所示。

单击Apply按钮，在DX处输入4.5，如图2-18所示，单击OK键。

图2-16

图2-17

图2-18

从长方体中减去圆柱体。

Operate>

Booleans>

Subtract>

Volume。

首先拾取长方体，如图2-19所示，单击Apply按钮，然后拾取四个圆柱体，如图2-20所示，单击OK按钮。

图2-19

图2-20

图2-21

2.4.2创建轴瓦支架的下部

使工作平面与总体笛卡儿坐标系一致。

AlignWPwith>

GlobalCartesian。

图2-22

By2corners&

Z。

弹出Blockby2Corners&

Z对话框。

输入WPX=1.5,WPY=1,Width=3,Height=1.75,Depth=0.75，如图2-23所示，单击OK按钮。

图2-23

图2-24

2.4.3创建轴瓦支架的上部

将工作平面平移到轴瓦支架的前表面。

OffsetWPto>

Keypoints。

在刚创建的实体块在左上角拾取关键点，如图2-26所示，单击OK按钮，完成工作平面的平移。

图2-25

图2-26

图2-27

Volume>

PartialCylinder。

弹出PartialCylinder对话框。

输入WPX=1.5,WPY=0,Rad-1=0,Theta-1=0,Rad-2=1.5,Theta-2=180,Depth=-0.75，如图2-28所示，点击OK按钮。

图2-28

图2-29

在轴承孔的位置创建大圆柱体。

弹出SolidCylinder对话框。

输入WPX=1.5,WPY=0,Radiu=1,Depth=-0.1875，如图2-29所示，点击OK按钮。

图2-30

在轴承孔的位置创建小圆柱体。

输入WPX=1.5,WPY=0,Radius=0.85,Depth=-0.75,如图2-31所示，单击OK按钮。

图2-31

图2-32

从轴瓦支架减去大圆柱体。

Volumes。

拾取构成轴瓦支架的两个体，如图2-33所示，单击Apply按钮，拾取大圆柱作为减去的对象，如图2-34所示，单击OK按钮。

图2-33

图2-34

图2-35

从轴瓦支架减去小圆柱体。

拾取构成轴瓦支架的两个体，如图2-36所示，单击Apply，拾取小圆柱体，如图2-37所示，单击OK按钮，形成轴孔。

图2-36

图2-37

图2-38

2.4.4创建

使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致。

GlobalCartesian命令。

图2-39

图2-40

创建关键点57。

Keypoints>

InActiveCS。

输入1.5，1，3，如图2-41所示，点击OK按钮，创建关键点57。

图2-41

图2-42

创建关键点75。

输入4.5，1，3，如图2-43所示，点击OK按钮，创建关键点75。

图2-43

图2-44

创建三角形面。

Areas>

Arbitrary>

ThroughKPs。

拾取轴承孔座与整个基座的交点，再拾取轴承孔上下两个体的交点，最后拾取上步所建立的关键点，如图2-45所示，单击OK按钮，完成了三角形侧面的建模，如图2-46所示。

图2-45

图2-46

图2-47

图2-48

沿面的法向拖拉三角形面形成一个三棱柱。

Extrude>

AlongNormal。

拾取三角面，如图2-49所示，单击Apply按钮，输入DIST=0.15,如图2-50所示，点击OK按钮。

单击OK按钮，形成三棱柱如图2-51所示。

再次选择MainMenu>

拾取另一三角面，如图2-52所示，单击Apply按钮，输入DIST=-0.15,如图2-53所示，点击OK按钮。

单击OK按钮，形成三棱柱如图2-54所示。

图2-49

图2-50

图2-51

图2-52

图2-53

图2-54

2.4.5构建轴承座整体

最后要把所有的体都连接在一起。

Glue>

弹出如图2-55所示的对话框。

单击PickAll按钮，选择所有的体，把所有的体粘接到一起。

图2-55

2.5创建网格

Meshing>

MeshTool命令，将智能网格划分器（SmartSizing）设定为on，将滑动条设置为4，设置MeshTool的各项为Volumes，Tet，Free，如图2-56所示，单击MESH按钮，再单击PickAll,如图2-57所示，完成网格划分。

图2-56

图2-57

图2-58

第三章有限元模型的前处理和求解

3.1定义