轴承座有限元法分析与建模.docx

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有限元法分析与建模

课程设计报告

学院：

机械与电子工程学院

专业　：

机械设计制造及其自动化

指导教师：

刘建树、王洪新、林华、

周小超、张昌春

学生：

葛睿

学号：

2012011309

摘要

本文用ANSYS建立轴承座的三维模型，并运用ANSYS强大的有限元分析和优化功能来实现轴承座的分析。

ANSYS是一款极其强大的有限元分析软件。

通过数据接口，ANSYS可以方便的实现从CAD软件中导入实体模型。

因此，将Pro/E强大的建模功能与ANSYS优越的有限元分析功能结合在一起可以极大地满足设计者在设计过程中对建模与分析的需求。

关键词：

轴承座，有限元，ANSYS

目录

第一章引言 2

1.1有限元法及其基本思想 2

1.2问题描述 2

第二章轴承座有限元分析的准备工作 3

2.1建模过程及思路 3

2.2设置单元类型 3

2.3定义材料属性 4

2.4轴承座三维实体建模 4

2.4.1创建基座模型 4

2.4.2创建轴瓦支架的下部 14

2.4.3创建轴瓦支架的上部 15

2.4.4创建 23

2.4.5构建轴承座整体 31

2.5创建网格 32

第三章有限元模型的前处理和求解 34

3.1定义分析类型 34

3.2约束４个安装孔 34

3.3约束基座底部Ｙ向位移 35

3.4在轴承孔圆周上施加推力载荷 37

3.5在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷 38

3.6求解 40

第四章有限元模型的后处理和结果分析 41

4.1绘制轴承座的变形形状 41

4.2绘制轴承座位移分布等值线图 43

4.3查看轴承座各节点位移 44

4.4绘制轴承座应力分布等值线图 45

4.5查看轴承座节点最大应力 46

总结 48

参考文献 48

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

选择MainMenu>Preprocessor>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。

选择MainMenu>Preprocessor>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>Preprocessor>Modeling>Create>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。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>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

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Volume。

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

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Volume。

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。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>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。

选择UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian。

图2-22

创建实体块。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>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。

选择UtilityMenu>WorkPlane>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

创建实体块。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volume>Cylinder>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。

选择MainMenu>Modeling>Create>Volume>Cylinder>SolidCylinder。

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2-29

图2-30

在轴承孔的位置创建小圆柱体。

选择MainMenu>Modeling>Create>Volume>Cylinder>SolidCylinder。

弹出SolidCylinder对话框。

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。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Subtract>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。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Subtract>Volumes。

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。

选择UtilityMenu>WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian命令。

图2-39

图2-40

创建关键点57。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>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。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS。

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。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>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。

选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>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>Pre