角支座建模及强度分析毕业设计论文.docx
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角支座建模及强度分析毕业设计论文
本科毕业设计（论文）
题目角支座建模及强度分析
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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学位论文版权使用授权书
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涉密论文按学校规定处理。
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
中文摘要
英文摘要
前言
第一章绪论
1.1课题研究的背景及意义
1.2PROE和ANSYS软件简介
1.3本设计的主要目标及内容
第二章有限元分析
2.1有限元法简介
2.1.1有限元法的基本思想
2.1.2有限元法的特点
2.2ANSYS的发展及现状
2.3ANSYS分析的基本过程
第三章角支座的有限元问题分析
3.1角支座结构特点
3.2角支座几何尺寸的设定
3.3材料选定
3.4适用场合
第四章PROE软件角支座的三维建模
4.1PROE建模的思路和过程
4.2ANSYS的导入和分析
4.3网格划分
4.4加载荷
第五章角支座的有限元结构强度计算分析
5.1软件计算和内容
5.2查看vonMises等效应力
5.3查看接触应力
5.4接触应力集中点分析
结论
致谢
参考文献
角支座建模及强度分析
摘要
角支座是机械工程中的经常使用的支撑类结构，有固定角支座、可动角支座、双向滑动角支座、抗震角支座等等各种类型。
角支座广泛使用于各种建筑,是人类建筑活动中必不可少的零件,有不可替代的作用。
角支座在工作过程中承受较大的弯曲载荷作用，是拉弯复合变形典型零件，要求其具有足够的强度和刚度要求，才能满足使用要求。
该课题角支座的应力分布规律，课题具有使用价值,是对角支座的强度进行深刻的研究和分析,对支座进行了受拉、受剪和受压力学性能参数分析和经济性比较,找出了主要影响因素、影响规律和影响大小。
对影响支座纯弹性设计的接触问题和应力集中问题进行了分析,研究了影响接触应力大小的主要因素，提出了减小应力集中的构造措施,并对规程中部分条文进行了探讨，提出了补充建议。
但是进行角支座的建模及强度分析需要使用PROE和ANSYS这两个软件的帮助，我这次设计使用的是PROE5.0版本和ANSYS13.0的版本，PROE有网上教学和汉化版，较容易上手。
但是ANSYS13.0的版本因为软件较新且功能庞大，还未有汉化版本和网上教学，所以学习和使用ANSYS具有比较大的难度，需要在指导教师的指导和帮助下才能完成有限元的分析。
关键字：
角支座；强度分析；载荷；受力分析
Anglesupportmodelingandstrengthanalysis
Abstract
Angleofbearingsupportclassstructureisfrequentlyusedinmechanicalengineering,withafixedAngleofbearings,movableAnglebearings,two-wayAngleofslidingbearing,seismicAngleofbearing,andsoonallkindsoftypes.Angleofbearingiswidelyusedinallkindsofbuildings,areessentialpartsofhumanconstructionactivities,hasanirreplaceablerole.Angleofbearingintheprocessofworkunderbendingload,isatypicalparts,bentcompounddeformationdemandsithassufficientstrengthandrigidity,cansatisfytheuserequirement.Angleofthesubjectbearingstressdistribution,subjecthastheusevalue,isthestrengthofthediagonalbearingonprofoundresearchandanalysisofsupportforthetensile,shearandcompressivemechanicalpropertiesparameteranalysisandeconomicalcomparison,findoutthemaininfluencefactors,andthesizeoftheeffectandinfluence.Affectingthebearingcontactandstressconcentrationproblemsofpureelasticdesignareanalyzed,andstudiedthemainfactorsinfluencingthesizeofthecontactstress,reducethestressconcentrationofstructuralmeasuresareputforward,andtheproceduresofsomeclausesarediscussedinthispaper,thesupplementarySuggestionsareputforward.AnglesupportmodelingandstrengthanalysisbutyouneedtousethehelpofthetwoPROEandANSYSsoftware,thisdesignUSESthePROE5.0versionandANSYS13.0version,PROEonlineteachingandlocalizationversion,iseasiertogetstarted.ButANSYS13.0versionbecausesoftwareisrelativelynewandhugefunction,alsonolocalizationversionandtheonlineteaching,sothedifficultyoflearningandusingANSYSislarger,theguidanceofteachersandhelptocompletefiniteelementanalysis.
Keywords:
Anglesupport;Strengthanalysis;Load;Stressanalysis
前言
角支座的建模及强度分析充分体现了现代CAD/CAM技术的快速发展和高超的应用，CAD/CAM技术即计算机辅助设计制造与计算机辅助制造技术。
它是一项利用计算机技术为主要手段，通过生成和利用各种数字信息和图形信息，帮助人们完成产品设计与制造的技术。
CAD/CAM技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业化水平的重要标志之一。
角支座的建模及强度分析主要研究角支座材料、几何形状与受力之间的关系，以便能够设计出性能更好、承受载荷能力更大的产品。
找出了主要影响因素、影响规律和影响大小。
分析了上支座球饼厚度、下支座顶板厚度、材料屈服强度等参数对支座受压、受剪和受拉时力学性能、经济性以及等强设计的影响。
本课题主要在PROE软件中进行三维建模，然后将角支座的三维模型导入ANSYS软件中，进行有限元的分析计算，利用ANSYS软件的分析做出角支座各部位受力的位移图、应力图和应变图。
根据角支座受力的各种受力图来设计能够承载更大的力的产品，选择更合适的材料或产品形状等等，使设计出的产品能够承受更大的载荷，质量和性能更强。
现代角支座的发展和应用虽然已经达到相当高的水平，但因为角支座需要承受较大的弯曲载荷作用，要求具有很高的刚度和强度，但是受限于材料的限制，角支座的发展也已达到一个瓶颈。
如果有强度和刚度更高的材料就可能制造出能够承受更大弯曲载荷的角支座，就可以更加简便工程建造的过程和减少工程造价的费用。
制造业是一个国家的基础，只有将基础建造的坚实牢固，才能堆砌更高更强的未来。
1绪论
1.1课题研究的背景及意义
角支座的建模及强度分析实在PROE的品台上建立三维模型，然后件三维模型导入ANSYS软件之中进行强度分析和研究。
首先建立三维模型是使用PROE5.0版本的软件，打开零件设计界面，首先选定一个平面，再次平面上建立基础的拉几何图案即一个长方形长200cm宽100cm。
确定后选中长方形拉伸40cm，然后继续在此平面上作图，画出一个直径30cm的圆形并阵列出其他5个。
要求这6个圆形在长方形的下半部每边3个并平行，完成作图后确定选择移除材料。
继续在此平面作图并选择长方形的上半部建立一个宽40cm的相同长度的长方形并拉伸160cm，在拉伸的长方形挖同样的6个螺孔。
之后再零件中做出支撑块，即完成角支座三维模型的建立。
完成角支座的三维模型的建立后，打开ANSYS软件建立和PROE软件的传输接口，将PROE做出的三维模型保存为igs格式即可将三维模型导入ANSYS软件中进行强度分析，而不会使三维模型在导入的过程中丢失特征导致导入失败而不得不重新建立三维模型。
将完成的角支座三维模型导入ANSYS软件中进行强度分析，将角支座的一边固定开始分析角支座的强度。
由于支座上半部要承受力，在支座所承受的各种载荷中，竖向压力往往期控制作用，通过上支座高度、上支座厚度、下支座厚度等参数的分析实验，压力性能以及经济性的影响分析，发现所建模型能够较好的模拟角支座受压力学的结果和性能，得出有限元分析的结果和实验结果吻合较好。
而且角支座下支座、下支座高度和下支座厚度以及材料屈的服强度对角支座的压力学结果和性能影响较大。
随着上述参数的取值增加，支座的承载力和后期刚度均有所增大。
上支座高度对支座性价比影响最大，下支座、下支座高度和下支座厚度对支座性价比影响较小。
动载分析分析可以在动载荷作用下支座的应力和应变随载荷的变化做出分析，这个分析实验可以在角支座运用于桥梁建筑时对角支座的抗震做出分析，在动载荷的作用下，分析研究结构的动态响应，主要关心在所施加的载荷谱上支座各主要部件的应变随时间变化。
利用ANSYS软件对角支座进行受力分析和材料变形分析可以，观察受力表即可生动的看出角支座各个部位受力的大小，颜色较深的部位即为受力较大的地方。
角支座的上半部是承受压力最大的部位，也是最开始变形的地方，而在继续受力后角支座的支撑件受力开始猛然增大，随时间的变化，角支座支撑件部位受力的压力表颜色开始迅速加深，只持续施加压力后，角支座的上半部开始形变崩溃。
而角支座的固定部位却一直承受着稳定的力的作用，随时间的变化，受力变化较为平缓。
角支座在完成分析后分模建网可以更加直观的看出角支座各处受力的情况和材料的受力变化。
角支座是机械工程中的经常使用的支撑类结构，有固定角支座、可动角支座、双向滑动角支座、抗震角支座等等各种类型。
角支座广泛使用于各种建筑,是人类建筑活动中必不可少的零件,有不可替代的作用。
角支座在工作过程中承受较大的弯曲载荷作用，是拉弯复合变形典型零件，要求其具有足够的强度和刚度要求，才能满足使用要求。
该课题角支座的应力分布规律，课题具有使用价值,是对角支座的强度进行深刻的研究和分析,对支座进行了受拉、受剪和受压力学性能参数分析和经济性比较,找出了主要影响因素、影响规律和影响大小。
也对可能影响支座设计的问题和角支座应力集中方面进行了分析，研究了决定接触应力大小、应变大小和位移的主要因素，研究了减小应力集中、应变和位移的具体构造和措施，并对角支座的具体设计进行了探讨，研究和提出具体的建议。
但是进行角支座的建模及强度分析需要使用PROE和ANSYS这两个软件的帮助，我这次设计使用的是PROE5.0版本和ANSYS13.0的版本，PROE有网上教学和汉化版，较容易上手。
但是ANSYS13.0的版本因为软件较新且功能庞大，还未有汉化版本和网上教学，所以学习和使用ANSYS具有比较大的难度，需要在指导教师的指导和帮助下才能完成有限元的分析。
1.2PROE和ANSYS软件的简介
1.2.1PROE软件的简介
Pro/Engineer是美国PTC公司的最受欢迎的产品。
自1988年问世以来，大约有20余次的改版，已被全世界及中国地区推举为最受欢迎的3DCAD/CAM系统的非常标准的软件，这个软件十分广泛的被应用于机械、磨具、军事、电子、工业设计、玩具、家电、汽车、航天航空等各行各业。
Pro/E是一款十分全面的3D产品开发软件，它与软件Pro/MECHANICA（功能仿真）、Pro/DESINGER（造型设计），集合了钣金件的设计、逆向的工程、零件的设计、产品的装配、铸造件的设计、模具的开发、工业的加工制造和设计、机构的分析、有限元的分析、自动方面的测量、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间和简化了开发的难度和流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。
Pro/E独树一帜的软件功能直接影响了我们工作中的设计、制造方法。
与其他同类三维软件CATIA、MDT、UG相比，Proe/ENGINEER软件的特异在于以下的几点：
（1）相连的特征方面可以通过绘制不同的部件、绘制及组装等方式，可利用Proe/ENGINEER来印证设计的三维模型。
因为ANSYS软件的各个功能是可以互相影响的，假如装备过程中的任意一个零件产生变化，软件就能够奖池变化在其余的部件和图绘上将其反应出来。
（2）根据独特的（Feature-Based）Pro/ENGINEER软件是一个三维实体的模型建模工具，他能够利用特征模型来建造单独特别的单元。
软件构建的单元特征是根据设计者的全部的设计过程和装配。
如果想要在修改三维实体模型的时候具有更大的尺度，以最简便的特征但原来构建三维实体模型是最好的办法。
（3）构造曲面（surface）也就是复杂曲面的设计大致有三种方法：
1）以外部的点的集合来生成三维曲线，然后再使用Pro/E中surface的功能来构建曲面。
2）输入设计出的三维实体模型让软件中的Pro/desinger（造型设计）功能来产生曲面。
3）以 SET、IGES、Neutral、DA等格式，使用软件的import（输入）功能，导入由其他软件或是三维测量仪生成的三维实体模型来构建曲面。
（4）根据已经构建好的三维实体模型在装配图上建造三维实体，也能够在装配（component）的过程中利用其特征如平面，曲面或轴线等为标准，来生成（Create）新的三维实体模型。
用这种方法构建的三维实体模型，可以在软件按照设定来直接生成三维实体模型在，十分的方便装配。
（5）Pro/ENGINEER软件的参数化（Parametric）功能是一种集成关联的系统，及其中的任意一个参叔的修改就会导致其它参数的变化，也就是参数之间具有相互联系的特点。
也是就说其中的一个参数关联其它的参数时，这两个参数之间就会产生相互关联的变化。
Pro/ENGINEER软件在设计之初必须要先考明白这次设计的具体的流程和步骤，之后才能在开发设计的过程中采用选定的设计的外部形状。
（1）根据设计的最鲜明的特点来构建设计的特征的曲面，并根据设计的具体的结构将设计分成几个单元，完成之后在绘制设计的外体框架，并注意一定要使用软件能够明白的构造技巧。
完成这些准备部分后，可以使用分模的办法来将整个设计分为三个步骤，需要注意保持按键的形状和装配的位置，使他们能够同设计的主体的曲面部分能够装配上。
这些要求了设计必须要有步骤和具体的前后顺序。
（2）可以使用不同的构建三维实体模型的办法来构建设计的框架模型，但这些方法一定要符合软件的建模要求，不能异想天开脱离实际。
不管是多繁琐的三维实体模型，它都是由一个一个最简单的的几何特征来构建的，所以我们设计者一定要时刻牢记从简便到繁琐，从容易到困难的设计思路。
（3）在软件中可以打开surface菜单，从中选这个中选项如trim（修剪曲面）、extend（延伸曲面）、join（连接曲面）、merge（融合曲面）、intersect（相交曲面）等等选项来修改曲面，这些都有利于完成三维实体模型的简单设计。
（4）在设计之初必须确认曲面是不是与设计要求的相符，所以必须要检查曲率变化的持续性及曲面的光滑度等。
通过light（灯光设置）、visibility（可见度）、transparency（透明度）等手段，可以对设计出的曲面来选择染色或者是shading等处置，这样的处理可以得到很高的清晰度的面来作为曲面是否光滑的依据。
设计者也能够选择Analysis-Surface analysis选项，来对曲面的最大曲率半径、高斯曲率（Gauss curvature）、最小曲率半径等数据来是要测试，也能够直接根据彩色图象的颜色变化、曲率图表等，更加清晰的得出曲面是否光滑。
而且曲面的外观或质量与设计的要求不一样，也能够变阿虎曲面的参数，一尺来得到与设计相符的曲面。
对设计者来说通过改变特征来改变曲面的方法是必备的素质，而Pro/ENGINEER软件的特征化的参数特点也鼓励设计者使用这种方法。
（5）在设计中产品的边和面的的圆角特征是个难点，往往只在最后的设计来完善它，因为在建模之初边面的相互关联的关系使得改变其中的任意一个参数，都会有很大的可能改变整个设计从而导致整个设计的失败，所以这方面的设计也是整体设计中的重中之重。
而且Pro/ENGINEER软件具有绘制单一的半径、变化半径的圆角或者是单边及多边的等各种全面的圆角的功能，Pro/ENGINEER有一个独特的功能就是如果设计者想要改变圆顺部位的外观的视觉变化，就能够利用改变圆角的形势、圆角的相交面等方法来改变。
如果设计者能够按照先凹后凸、先大后小的设计步骤，生成倒圆角就相对其他的方法来说会简便得多，此外，改变边界曲面、使用特征结合和变化圆角的顺序也会有利于设计。
Pro/ENGINEER软件有两种不同的方法提供给使用者来构造三维实体模型外观的壁厚：
（1）基于设计的三维实体的内部构造来增加特别单元，例切除（Cut）、加强筋（Rib）、孔（Hole）、如填料（Protrusion）等等，采用偏移曲面片使设计构造出相同的壁厚，是三维实体模型一点一点的完善，对曲面的外观设计来说十分有利。
（2）通过软件的抽壳选项来构造相同或不同的壁厚十分有利于实心体的外观的设计。
Pro/ENGINEER软件有一个特别的功能能够测试产品设计的构造和进行现实模拟，也叫做定义机构和机构的仿真运动，而Pro/ENGINEER软件的这个特别的自带的功能叫做动态仿真模块，依靠这个特别的功能模块设计者可以模拟设计产品的使用过程，软件能够直接的将产品设计在模拟中显现的问题后有问题的零部件指出，反馈给设计者是得设计者能够快速直接的修改设计减少错误，提高设计的效率，而零部件的物理特点和干涉问题就能依靠Pro/ENGINEER软件的这个特别的功能模块来解决。
软件在产品开发后期的应用
（1）Pro/ENGINEER软件的使用者还可以借助软件的渲染功能生成的非常清晰的照片来与其他设计进行对照。
现代的Pro/ENGINEER软件已经升级为全3D的模式，解决了以前因技术方面的不成熟而存在的大量的CAD/CAM的外框三维模型和线圈。
设计者声称的高清晰的装配图、零件图还能够作用在市场销售、设计检验、演示等各种用途。
用户使用软件的急速三维实体模型技术，能够极大的提高设计产品的周期，对提高产品的设计速度和质量有很大的帮助。
这些功能使得设计更加简便，理论思路更加的被人容易的接受，设计的产品也更加完成整，使得设计主题也更加的清晰。
随着Pro/ENGINEER软件的与时俱进、完善自身，越来越多的理想被实现，越来越多的问题被非常轻易的解决。
Pro/ENGINEER的作用将更多地体现为生产力水平的极大提高。
（2）因为在Pro/ENGINEER软件绘制的三维实体模型可以与工程图实现相互的影响，所以如果对三维实体模型进行修改时，设计者所修改的内容和变化都会同时显现在其他相关联的图纸上，这个功能大大的节约了人工维护和管理大量图纸的时间，而在设计者也可以随时生成和保存其用来根据三维实体建模的设计步骤而生成的图纸。
1.2.2ANSYS软件的简介
ANSYS是一种应用面很广泛的分析工程和商业的高技术软件。
能够根据
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