ansys有限元分析大作业.docx
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ansys有限元分析大作业
有限元大作业
设计题目:
单车的设计及ansys有限元分析
专业班级:
姓名:
学号:
指导老师:
完成日期:
单车的设计及ansys模拟分析
一、单车实体设计与建模
1、总体设计
单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。
在建模时修改proe默认单位为国际主单位（米千克秒mks）
Proe》文件》属性》修改
2、车架
车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。
车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。
二、单车有限元模型
1、材料的选择
单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。
其属性如下：
弹性模量：
泊松比：
质量密度：
抗剪模量：
屈服强度：
2、单车模型的简化
为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。
简化后的车架如下图所示。
3、单元体的选择
单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid）。
查资料可以知道3D实体常用结构实体单元有下表。
单元名称
说明
Solid45
三维结构实体单元，单元由8个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、大变形、大应变功能，其高阶单元是solid95
Solid64
用于模拟三维各向异性的实体结构。
单元由8个节点定义，本单元具有大变形、大应变功能
Solid65
用于模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型，该单元能够计算拉裂和压碎而且该单元可应用与加筋复合材料（如玻璃纤维）及地质材料（如岩石）等。
Solid92
具有二次位移特性，非常适合模拟不规则模型，（例如由各种CAD/CAM系统产生的网格模型）。
此单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形和大应变等功能。
Solid95
Solid45、solid185单元
Solid147
砖形单元，最多支持阶数为8的项式
Solid148
四面体单元，最多支持阶数为8的多项式
Solid185
用于建立三维实体结构模型。
单元有8个节点定义，其高阶单元是solid95
Solid186
用于建立三维实体结构模型。
单元有20节点定义的结构实体单元
Solid187
高阶三维10节点实体单元。
适用于产生不规则网格模型，solid92是它的类似单元
根据上表各单元结构的特点初步选择单元solid45。
4、网格的划分
1）建模使用proe，导出为IGES,再将IGES格式的车架导入ansys中
file?
import?
IGES?
找到格式为IGES的车架文件，文件导入后如下图。
2）选择单元体
MainMenu?
Preprocessor?
ElementType?
Add/Edit/Delete?
Add（弹出对话框选择下图所示的单元体）
3）定义车架材料的属性
MainMenu?
Preprocessor?
MaterialProps?
MaterialModels（按照下图给车架定义材料属性）
定义材料的弹性模量：
、泊松比：
定义材料的质量密度：
4）画分网格
MainMenu?
Preprocessor?
Meshing?
MeshTool?
弹出的对话框中设置网格的边界长度设为10?
点Mesh?
pickall（自动生成网格如下图所示）
三、单车静强度分析
1）导入已画分好的模型网格
2）进行菜单过滤
MainMenu?
Preferences?
弹出的对话框中勾选Structural?
点OK
3）定义分析类型
MainMenu?
Solution?
AnalysisType?
NewAnalysis?
勾选Static?
点OK
4）定义求解控制菜单
选择MainMenu?
Solution?
AnalysisType?
Sol’nControls命令?
打开对话框勾选Calculateprestresseffects项?
OK
5）施加约束
选择MainMenu?
Solution?
DefineLoads?
Apply?
Structural?
Displacement?
OnAreas?
选择下边的横杆?
点OK?
弹出的对话框中选择AllDOF?
OK完成约束
6）施加载荷
假设驾驶人的重量为60kg，那么作用在单车上的力的大小就为600N。
设定安全系数为3，则施加在单车上面的力大小为1800N。
选择MainMenu?
Solution?
DefineLoads?
Apply?
Structural?
Pressure?
OnAreas?
选择上边的横梁?
点OK?
弹出的对话框中在VALUELoadPRESvalue处设置参数为1800?
OK完成
7）打开输出设置菜并设置参数
选择MainMenu?
Solution?
LoadStepOpts?
OutputCtrls?
SoluPrintout?
弹出的对话框中勾选Everysubstep?
OK完成
8）计算
选择MainMenu?
Solution?
Solve?
CurrentLS?
弹出的对话框如下，点OK继续
接着会弹出提示的对话框，点Yes，然后系统开始运算。
当提示出现Solutionisdone对话框表示运算完成，点Close。
9）查看等效应力、应变结果
a、查看应变结果
MainMenu?
GeneralPostproc?
PlotResults?
ContourPlot?
NodalSolu?
弹出对话框中（如下图）选择NodalSolution?
在Undisplacedshapekey中选择Deformedshapewithundeformedmodel（方便区分变形前后的对比）?
分别查看X、Y、Z和总的应变图
X方向的变形图
Y方向的变形图
Z方向的变形图
总的变形图
b、等效应力的结果
MainMenu?
GeneralPostproc?
PlotResults?
ContourPlot?
NodalSolu?
弹出对话框中（如下图）选择NodalSolution?
Stress?
vonMisesstress?
在Undisplacedshapekey中选择Deformedshapeonly
结论
通过以上分析，可得出以下结论：
1）在ANSYS中，通过建立模型，施加边界条件，来分析结构的受力情况，对于有应力集中的地方，可通过结构改进来调整。
2）自行车结构的设计应注意两点：
一是减少应力集中的区域
二是尽量采用三角形这一稳定的结构来保证结构的简单稳定
参考文献
1、李黎明ansys有限元分析实用教程清华大学出版社
2、白葳、喻海良通用有限元分析清华大学出版社
3、邓宗全，胡明．自行车的运动学建模．中国机械工程．14卷22期，2003，1133/33
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