ansys有限元分析

目录

第一章模型概述 (1)

1.1 模型简介 (1)

1.2 材料特性 (1)

1.3 受力分析 (2)

第二章有限元分析 (3)

2.1 使用软件 (3)

2.2 基础操作准备 (3)

2.3 静力学分析 (4)

2.3.1 约束和受力 (4)

2.3.2 结果分析 (5)

2.4 模态分析 (7)

第三章装配视图展示 (11)

总结 (13)

第一章模型概述

1.1 模型简介

本模型是完成锥齿轮减速机合箱加工工序——镗输出轴轴承孔工序的夹具模型。该夹具是结合锥齿轮减速机加工工序进行设计完成的。采用的是杠杆滑块夹具，原理图如图1.1所示，基本尺寸如图1.2所示。

图1.1 杠杆滑块夹具

图1.2 夹具尺寸

1.2 材料特性

夹具采用材料为45号钢，材料特性如表1所示。

表1 材料特性

1.3 受力分析

当加工夹紧时，气缸的输出压力最大，因此对夹紧状态进行受力分析，因此在夹紧时计算的气缸输出力应满足夹紧条件。该机构夹紧时的受力分析图如图1.3所示：

图1.3 受力分析图

由转矩平衡方程：，将带入算得：气缸的最大动力为：。经过计算，F处的压强为1.05 MPa，W k 处的压强为2.7 MPa。

装配简图如图1.4所示。

图1.4 装配简图

第二章有限元分析

2.1 使用软件

本次课程使用软件是ANSYS WORKBENCH，ANSYS WORKBENCH是美国ANSYS公司开发的一款融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS WORKBENCH和ANSYS MECHANICAL（常称之为ANSYS，或经典界面）都能满足基本有限元分析需求，前者是一个综合设计平台，封装了很多过程和软件，更易上手，后者更注重原理和求解器等等的选择，对结构、力学、有限元等理论知识要求更高。结合模型难易程度，选择使用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对夹紧状态下的夹具进行了静力学分析和模态分析。

2.2 基础操作准备

首先将solidworks所建夹具三维模型导出为x_t格式备用。进入ANSYS WORKBENCH界面，选择静力学分析和模态分析，然后导入模型，并进行所需材料的添加，准备工作做完便可进入模型，如图2.1所示。

图2.1 基本操作1

进入到模型之后，考虑到夹具尺寸和受力情况，需要更改单位，设置为metric （mm，kg，N，s，mA，mV）；通过GEOMETRY对各部分进行材料更改（由于夹具材料为45号钢，ANSYS WORKBENCH默认材料为结构钢，因此此处不

需要进行材料更改）；最后进行网格划分，使用通用网格自动划分，重要部位进行精确划分，如图2.2所示，网格划分结果如图2.3所示。

图2.2 基本操作2

图2.3 网格划分

2.3 静力学分析

2.3.1 约束和受力

由于夹具处于夹紧状态时，转动副处于固定状态，因此在转动副处添加了一个无滚动摩擦的约束和固定约束；根据夹具的受力情况，在移动副处添加一个垂直于受力面、值为1.05M Pa的压力，在夹紧位置添加了一个垂直于夹紧面、值为2.7M Pa的压力，如图2.4所示。

图2.4 约束和受力情况

2.3.2 结果分析

添加完约束和受力后，在solution处添加一个总变形、等效应力、等效应变和stress工具（查看安全系数），然后进行处理即可获得结果。

1）总变形

经过分析由图可知，变形最大处位于滑动副处，该处变形为1.3325mm，此形变属于较小形变，不会对总体使用产生较大影响，如若为了安全起见，可通过增加移动副处夹具的厚度来改善总变形情况。总变形分布如图2.5所示。

图2.5 总变形分布

2）等效应力

经过分析由图可知，最大等效应力位于转动副处，该处的等效应力为106.62MPa，此情况满足材料特性，不会对总体使用产生较大影响，如若为了安全起见，可通过增加转动副处夹具的厚度来改善应力情况。等效应力分布如图2.6所示。

图2.6 等效应力分布

3）等效弹性应变

经过分析由图可知，最大等效弹性应变位于转动副处，该处的等效弹性应变为535.41×10-6mm，此应变属于较小应变，不会对总体使用产生较大影响，如若为了安全起见，可通过增加转动副处夹具的厚度来改善应力情况。等效弹性应变分布如图2.7所示。

图2.7 等效弹性应变

4）安全系数

经过分析由图可知，最大安全系数为15，最小安全系数为2.3449，总体来说比较安全。

图2.8 安全系数

2.4 模态分析

进行模态分析时的操作主要是设置最高阶模态，在此将其设置为10阶，并且要将output controls中的应变和应力设置为yes。设置界面如图2.9所示，模态分析结果如图2.10所示。前六阶模态如图2.11-2.16所示。

图2.9 模态界面设置界面

图2.10 模态分析结果

图2.11 一阶模态

图2.12 二阶模态

图2.13 三阶模态

图2.14 四阶模态

图2.15 五阶模态

图2.16 六阶模态

第三章装配视图展示

正视效果图

左视效果图

俯视效果图

夹具效果图

总结

通过本次学习，了解了有限元分析方法，并对ansys分析软件有了较深的了解，尤其是ansys workbench软件的使用，其中较为熟练的掌握了静力学分析和模态分析的具体操作。对于机械专业的学生来说，学习有限元分析是十分有必要的，学会使用ansys也是我们应该具备的技能，本次课程大作业提高了我学习软件的能力，在以后的学习科研中，遇到需要用软件解决问题的时候，能较快的进行应用学习。