阶梯轴ANSYS静态分析与模态分析.docx
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阶梯轴ANSYS静态分析与模态分析
阶梯轴
ANSYS静态分析与模态分析
阶梯轴结构如下：
下面来做轴的静态分析：
1 定义工作文件名和工作标题（过程略）
2 显示工作平面（过程略）
3 利用矩形面素生成面
1） 生成矩形面：
Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions，在对话框的“X-coordinates”和“Y-coordinates”后面输入栏中分别输入下列数据：
X1=0， X2=260， Y1=0， Y2=70，单击“Aplay”X1=260， X2=380， Y1=0， Y2=75，单击“Aplay”； XI=380， X2=420， Y1=0， Y2=100，单击“Aplay”； X1=420， X2=660， Y1=0， Y2=80，单击“Aplay”； X1=660， X2=800， Y1=0， Y2=75，单击“ok”；生成的结果如图
2） 矩形面相加操作：
Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Areas，出现一个拾取框，单击“Pick All”，则完成相加操作，生成的结果如图
4 由面绕轴线生成体
1）面绕轴线操作：
Main Menu>Preprocessor>Operate> Extrude>About Axis，出现一个拾取框，单击“Pick All”又出现第二个拾取轴心线两端点的拾取框，用鼠标在图形上分别拾取编号为“1、18”的关键点，然后单击“OK”，又弹出一个对话框单击“OK”.
2）保存到文件中：
Main Menu> File>Save As, 弹出一个对话框，在“Save Database to”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“shaft.DB”，单击“OK”.
5 生成A-A键槽
1）移动工作平面：
在“Offset WP by Increments ”中的“X，Y，Z Offset”下面的输入栏中输入“85，0，40”（A-A键槽左侧圆弧中心），并按“Enter”键确认。
2）生成一个圆Main Menu>Preprocessor>Create> Cylinder>Solid Cylinder, 弹出一个对话框，在其输入栏中分别输入“Radius=25，Deoth=50”，单击“OK”。
3）生成一个块：
Main Menu>Preprocessor>Create> Block>By Dimensions，弹出一个话框，在其输入栏中输入的数据如图所示，单击OK。
4）移动工作平面：
在“Offset WP”中的“X，Y，Z Offset”下面的输入栏中输入“130，0，0”，并按“Enter”键确认。
5）生成第二个圆柱体：
Main Menu>Preprocessor>Create> Cylinder>Solid Cylinder，弹出一个对话框，在其输入栏中分别输入“Radius=25，Deoth=50”，单击“OK”。
生成的实体如图所示。
6）进行减操作：
Main Menu>Preprocessor>Operate>Substract>Volumes，弹出第一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“V1，V2”的体素，单击“OK”，又弹出第二个拾取框，这时用鼠标在图形分别拾取编号为“V5，V6，V7”的体素，单击“OK”
7）体相加操作：
Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Volumes，弹出一个拾取框，单击“Pick All”
6 生成B-B键槽
1）移动工作平面到关键点上：
UtilityMenu>Workplane>OffsetWPto>Krypoints,出现一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“17”的关键点（轴肩根部表面点），单击“OK”。
2）移动工作平面：
在“OffsetWP”中的“X，Y，ZOffset”下面的输入栏中输入“65，0，-30”，并按“Enter”键确认。
3）生成一个圆柱体：
MainMenu>Preprocessor>Create>Cylinder>SolidCylinder,弹出一个对话框，在其输入栏中分别输入“Radius=25，Deoth=50”，单击“OK”。
4）生成一个块：
MainMenu>Preprocessor>Create>Block>ByDimensions，弹出一个对话框，在其输入栏中输入的数据如图所示。
5）移动工作平面：
在“OffsetWP”中的“X，Y，ZOffset”下面的输入栏中输入“130，0，0”并按“Enter”键确认。
6）生成二个圆柱体：
MainMenu>Preprocessor>Create>Cylinder>SolidCylinder，弹出对话框，在其输入栏中分别输入“Radius=25，Deoth=50”，单击“OK”。
生成的实体如图所示。
7）进行减操作：
MainMenu>Preprocessor>Operate>Substract>Volumes，弹出第一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“V1，”的体素，单击“OK”，又弹出第二个拾取框，这时用鼠标在图形分别拾取编号为“V2，V3，V4”的体素，单击“OK”。
8）保存数据结果：
Main Menu> File>Save As, 弹出一个对话框，在“Save Database to”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“Shaft1.DB”，单击“OK”。
9）闭工作平面显示：
Utility Menu>Workplane>Display Working Plane。
7 生成有限元模型
1）选择单元类型：
Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,弹出一个如图所示的对话框，单击“Add”又弹出一个对话框，在选择框中分别选择“Structural Solid”和“Tel 10node 92”，单击“OK”又单击图3-17上的“Close”。
则完成单元类型的选择.
2）设置材料属性：
执行MainMenu>Preprocessor>MeterialProps>MeterialModels命令，选择Structural\liner\elastic\isotropic,在EX和PRXY中输入2e11和0.3。
再选择Desity，输入7800.
3） 设定单元的尺寸大小：
Main Menu>Preprocessor>Size Cntrls>-Global- Size，弹出一个
如图所示的对话框，在“Element edge length”后面的输入栏中输入“10”，单击“OK”。
4） 采用自由网格划分方式生成网格：
Main Menu>Preprocessor>Mesh>-Volumes- Free,出现一个拾取框，单击“Pick All”，生成的网格如图所示。
5） 保存有限元模型数据到文件：
Main Menu> File>Save As,弹出一个对话框，在“Save
Database to”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“Shaft1.DB”，单击“OK”
8 施加载荷约束及求解
阶梯轴所承受的应力一般由两个部分组成：
弯矩和扭矩。
通常情况下，我们认为阶梯轴为传动轴，所以我们在实际分析中只考虑阶梯轴承受扭矩的问题。
而阶梯轴的扭矩按实际情况一般分布在键槽的一个侧面，而且往往是成对出现的，所以我们五阶阶梯轴进行载荷加载时，主要考虑加载在键槽一侧的均布应力的情况且成对出现。
1）选取菜单Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply | Structural |
Displacement | On nodes，将会弹出拾取对话框,选择键轴最两边点，单击对话框中的“OK”按钮，选择ALLDOF。
完成施加约束操作。
2）选取Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural |Pressure |On Areas将会弹出拾取对话框,选择两个键槽相反的侧面，单击“OK”按钮，弹出另一对话框，在Load PRES value项输入“50”单击“OK”完成施加载荷操作。
3）选取菜单路径Main Menu | Solution |Solve|Current LS弹Solve Current Load Step对话框，单击“OK”开始求解，求解结束后，关闭相应对话框。
4）选取菜单路径Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu将弹出Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution|DOF Solution|Displacement vector sum将得到如位移图。
可以看出轴在传动过程中由于两个键槽传递相反方向的力矩，键槽凸向了相反方向。
5）选取菜单路径Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu将弹出Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution|Stress|von Mises Stress将得到如下应力图
从图中可以看出，键槽的底部的应力最大
6）选取菜单路径Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu将弹出Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution|ElasticStrain|von Mises ElasticStrain将得到弹性形变图
模态分析
调出保存的Shaft1.BD文件
1指定分析类型和分析选项
1）选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnlysis，出现对话框.
2）选择Modal项单击OK.
3）选择菜单MainMenu>Solution>AnlysisType>AnlysisOption,设置如下：
4）施加约束条件，选择两个圆端面
2将模态扩展并求解
1）选择菜单MainMenu>Solution>LoadStepOpts>ExpansionPass>SingleExpand>ExpandModes，弹出对话框
2）在No.ofmodestoexpand中输入5
3）选择菜单MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS,开始求解
4）求解完成，关闭窗口
3进行结果后处理
1）选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>ResultSummary,观察弹出的信息然后关闭
2）选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>FirstSet
3）执行MainMenu>GeneralPostproc>PlotResult>ContourPlot>NodalSolu,在弹出的对话框中，分别选择“DOFSolution”下面的“Displacementvectersum”,“Stress”下面的“vonMisesstress”和“ElasticStrain”下面的“vonMisesElasticStrain”,分别得到在第一阶频率下的相对位移图，相对应力图和相对应变图如下
4）依次执行1）--3）得到各阶的相对位移图，相对应力图和相对应变图
二阶
三阶
四阶
五阶
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