基于ANSYS的SGTN-140型联合整地机关键部件CAE分析

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基于Ansys有限元仿真采棉机齿轮箱中间轴的强度分析

魏
敏，张宏文，朱洪
ＷＥＩＭｉｎ。ＺＨＡＮＧＨｏｎｇ．ｗｅｎ。ＺＨＵＨｏｎｇ
（石河子大学机械电气工程学院，石河子８３２０００）摘要：利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件对中间轴系统的零部件进行装配，并将装配图导入Ａｎｓｙｓ软件里，利用
中间轴系统的主要零部件：中间轴、５３齿轮、离
合连接盘、２３齿轮、压力弹簧和轴承的三维实体模型。再利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ装配功能插入和配合，完成中间轴系统的装配图，中间轴系统的装配图如
Ｏｏｉ：１０．３９６９【／Ｊ．１ｓｓｎ．１００９－０１３４．２０１３．１１（Ｉ－）．０９
０引言
我国作为生产棉花的大国，随着采棉机的广
比分析，分析中间轴易发生破坏的部位，为中间轴的设计和制造工艺提供参考。
Ａｎｓｙｓ有限元软件对中间轴系统进行静力学分析，得出相应的应力云图和位移云图。采用传统的理论计算方法对中间轴进行强度校核，分析中间轴在实际工作状态下的约柬和载荷，分析中间轴是否满足强度和刚度要求。结合理论校核计算与有限元分析进行对比，验证Ａｎｓｙｓ有限元分析方法的正确性，为分析中间轴的设计和制造工艺提供参考。关键词：中间轴；强度校核；Ａｎｓｙｓ；应力中图分类号：ＴＨ１１４文献标识码：Ａ文章编号；１００９－０１３４（２０１３）１１（Ｉ－）－００２７－０４

基于ANSYS的车架有限元分析报告

汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要容。

在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。

本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。

同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。

关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (2)1.5 本文的主要研究容 (3)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (4)2.1 有限元法简介 (4)2.2 CATIA软件简介 (6)2.3 车架几何模型建立 (7)2.3.1车架几何模型简化 (7)2.3.2 车架几何模型建立 (7)2.4 车架有限元模型建立 (10)2.4.1 网格划分前处理 (10)2.4.2 车架有限元网格的划分 (10)3 车架有限元静态分析 (13)3.1 汽车车架刚度理论 (13)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (13)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (13)3.2 车架载荷分类与处理 (13)3.2.1 静载荷 (13)3.2.2 动载荷 (14)3.3 车架工况的有限元分析 (14)3.3.1 满载弯曲工况 (14)3.3.2 满载扭转工况 (16)3.3.3 紧急制动工况 (18)3.3.4 紧急转弯工况 (19)4 车架有限元模态分析 (21)4.1 模态分析简介 (21)4.2 模态分析基本理论 (21)4.3 车架的模态分析 (22)4.4 车架模态分析结果评价 (27)结论 (29)致 (31)参考文献 (32)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。

基于Ansys的桥面吊装起重机臂架下铰点铰接结构接触分析

１Ａｎｓｙｓ接触分析
Ａｎｓｙｓ软件中的接触问题分为两种基本类型，即刚体一柔性体接触和柔性体一柔性体的接触。当两个接触体的材料性能不同，即一种材料相对
６
一
于另一种材料较硬时，可认为是刚体一柔性体接
触；当两个接触体都要考虑变形时，则可认为是
大的面为目标面。
ｋｅｙｏｐｔ，５，２，２，！设置接触单元为ＭＰＣ算法
ｏｄｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｓｗｅｌ１．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ — ｄｅｃｋｈｏｉｓｔｉｎｇｃｒａｎｅ；ｈｉｎｇｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｈｉｎｇｅｐｉｎ；ｃｏｎｔａｃｔａｎａｌｙｓｉｓ
／ｆ＼
１．运行机构及轨道总成４．臂架铰
。／／一
２．斜拉杆３．底盘
柔性体一柔性体接触。
一
Ａｎｓｙｓ提供了５种接触类型：即点一点、点一面、面一面、线一线、线一面。在创建接触问题的模型时，首先要认清模型中可能相互接触的部分，如果相互作用对之一是一个点，模型的对应组元是节点；如果相互作用对之一是一个面，模型的对应组元是单元。有限元模型通过指定的接触单元识别可能的接触对。接触面与目标面的选择可以按照以下原则确
接触对的方法（接触对创建后如图３所示）：ｅｔ，４，１７０ｅｔ，５，１７５１设置目标单元１设置接触单元

基于CATIA与ANSYS的节能车车架模态分析

的约束与所受载荷，约束与载荷如上所述。车架的
垂直载荷（包括车身、电动机、驾驶员和其它车载
装置）为 125 N、155 N、42 N 三种，而影响前后轴
距弯曲刚度的是 125 N、155 N。由公式[8]
ω= Fb(L2-b2)3/2
（1）
9姨 3 EIL
第 53 卷第 10 期
李军营等：基于 CATIA 与 ANSYS 的节能车车架模态分析
c
2.2 边界及载荷设定赛车采用的是三轮结构，前面 2 个轮子，后面
1 个轮子，将前面两轮分别看做 2 个位移点（图 3 的左上两个绿点 A、B 两点），其位移状态（UZ）设为零约束，后面一个轮分别在两支架上各设 2 个位移点（图 3 的右下 4 个绿点 C、D、E、F 四点），同样设其位移状态（UZ）设为零约束。由于车手质量为 40 kg，考虑到实际情况，将车手、车身外壳及电机的重量载荷分成 5 个集中应力点 a=155 N，b= 155 N，c=42 N，d=125 N，e=125 N 分别施加到不同的位置，使其更加接近实际情况，减少分析误差。 2.3 形变
0 引言
随着科学技术不断进步，汽车行业软件建模分析几乎已经渗透到每个角落。底盘作为汽车承载器件，其结构设计、材质选择尤为重要。模态分析为各产品的结构设计、性能评估提供了一个重要的参考，其可靠的实验结果往往作为产品性能评估的有效标准[1]。目前，大多数本田节能车竞赛用车都没有进行模态分析，只凭经验设计，造成质量不过关，赛车稳定性低，给车手带来潜在的危险。虽然也有部分车队在 ANSYS 中直接建模分析，但这样效率较低。采用 CATIA 软件对赛车车架三维建模，然后导入 ANSYS 进行有限元分析，可以大大提高建模和分析效率[2]。本文针对本田节能车竞赛用车，基于 CATIA 和 ANSYS 进行车架模态分析，使赛车架始终处于可预见、可控制状

基于ANSYS的掘进装备典型结构可靠性分析

－．．Ｊ．・．Ｉ．．．．．・．Ｉ－－Ｊ．・．．
Hale Waihona Puke 【要】摘全断面隧道掘进装备结构复杂、巨大、尺寸服役环境恶劣复杂，此其工作过程中的可靠；因
性是个不容忽视的问题，中典型结构的可靠性计算是目前有待研究的重要课题。其借助于ＡＳＳ强大的ＮＹ分析计算能力，尝试基于ＡＳＳＮＹ对掘进装备中典型结构进行可靠性分析。选取掘进装备的结构法兰盘为对象，ＡＳＳ环境中建立其三维分析模型，在ＮＹ并利用随机有限元分析、蒙特卡洛循环实验对该结构进行
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Ｔｉｇｕｎｖｒｉ，ｅｉｇ１０８，ｈｎ）ｓｈａＵｉｅｓｙＢｉｎ００４Ｃｉａｎｔｊ
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基于ＡＳＳ的掘进装备典型结构ＮＹ可靠性分析冰
吴岳何永勇
（华大学精密仪器与机械学系摩擦学国家重点实验室，清北京１０８）００４
Ｒｅｉｂｌｙａａｙｉｆｙｉａｌｔｕｔｒｆｎｒ－ｒｉｇｍａｈｎｓｎｌｉｔｎｌｓｓｏｐｃｒｃｕｅｏｔｄｉｎｃｉｅｕｉｇＡＮＳＹＳａｉｔｓｅｙｖ

CAE实验报告

CAE实验报告一、实验目的本次 CAE 实验的主要目的是对某机械结构在特定载荷条件下的力学性能进行分析和评估，以确定其是否满足设计要求，并为优化设计提供依据。

二、实验对象实验对象为某型汽车发动机的连杆结构。

该连杆在发动机工作过程中承受着周期性的拉伸、压缩和弯曲载荷，其力学性能直接影响发动机的可靠性和耐久性。

三、实验原理CAE（Computer Aided Engineering）即计算机辅助工程，是一种利用计算机技术对工程结构进行数值模拟和分析的方法。

本次实验采用有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）方法，将连杆结构离散化为有限个单元，并通过求解节点的位移和应力来获得整个结构的力学响应。

有限元分析的基本原理是基于变分原理，将连续的求解域离散为有限个单元，每个单元通过节点相互连接。

通过对每个单元的力学特性进行分析，建立单元刚度矩阵，然后将所有单元的刚度矩阵组装成总体刚度矩阵，再根据边界条件和载荷条件求解总体平衡方程，得到节点的位移和应力。

四、实验设备与软件本次实验使用的硬件设备为高性能计算机工作站，配备多核处理器和大容量内存，以满足有限元分析的计算需求。

实验所使用的软件为 ANSYS Workbench，这是一款功能强大的CAE 分析软件，包含了建模、网格划分、求解和后处理等模块，能够方便地对各种工程结构进行分析。

五、实验过程1、几何建模使用三维建模软件（如 SolidWorks）创建连杆的几何模型，并将其导入到 ANSYS Workbench 中。

2、材料定义为连杆结构定义材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。

3、网格划分对连杆模型进行网格划分，采用合适的单元类型和尺寸，以保证计算精度和效率。

在关键部位（如连杆大头与小头的过渡区域）采用较细密的网格，而在非关键部位采用较粗疏的网格。

4、边界条件与载荷施加根据实际工作情况，确定连杆的约束条件和所承受的载荷。

约束连杆大头孔的周向位移和轴向位移，在小头孔处施加周期性的拉伸和压缩载荷。

CAE-ANSYS Mechanical(静力结构分析)

5
几何结构
• Mechanical 允许某部分的刚度特性被定义为“刚性”或者“柔性”。 – 刚体可以不用划分网格,而用一个质量单元代表，因此非常有效的解决求
解时间问题。
– 装配体中的零件仅用于传递载荷，可以视为刚体，从而减少求解时间和模
型。
6
质量点
•在模型中添加Point Mass来模拟结构中没有明确建模的部件: • 一个质量点可以应用在表面,边或点范围内。 • 它的位置可以通过下面任一种方法指定：
– 幅值和向量 – 幅值和分量方向 (总体或者局部坐标系) – 幅值和切向
25
载荷
• 热载荷：
x th
y th
z th
T
Tref
• 在结构分析中施加均匀温度。
• 在结构分析中，出现在“Loads”栏中。
• 必须给定一个参考温度（可以用于所有体上或
者独立的部分）。
环境中的参考温度（比如静力分析），应用于所有体中。
座位给后背的推力。）
• 重力加速度:
• 选择重力作用下，力的方向。 • 数值自动设置到当前的单位制系统。 • 重力的方向可以在全局或者局部坐标系中定义。
• 旋转速度:
• 整个模型以给定的速率绕轴转动。 • 以分量或矢量的形式定义。 • 输入单位可以是弧度每秒（默认选项），也可是度每秒。
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载荷
• 施加压力:
UX
UZ
•约束，不考虑实际的名称，也是以自由度的形式定义的。
•边界条件能加载在几何或者节点上（根据载荷类型定）。
– 边界条件直接加在节点上，将在本PPT的第二部分介绍。
•例如，在块体的Z面上施加一个无摩擦约束，表示它Z方向上的自由度已被约束（其它自由度是无约束的）。

基于ANSYS的工程机械钢结构优化设计分析

基于ANSYS的工程机械钢结构优化设计分析摘要：文章介绍了工程机械钢结构的设计特点，并且结合有限元分析的基本思想以及物理力学等基本理论，对工程机械钢结构的设计与结构优化时的性能要求进行了细致分析，并且重点研究了工程机械钢结构在使用过程中对强度、刚度等方面的要求。

前言随着社会和经济在不断的进步和发展，人口的增加以及农村人口向城市流动以及公路的扩建，就会要求住房不断的增加以及不断增加的公路桥梁等工程的建设，在建房和公路桥梁的建设的过程中就会需要使用大量的工程机械进行建设和工作。

而工程机械大都是由钢结构制造的，而目前大多数的钢结构的形状和尺寸都是根据计算的结果，在计算的计算上乘以一个安全系数就得出所用钢结构的形状形式和尺寸的大小。

由于资源的短缺各个国家和企业都会考虑提高材料的利用率，这就需要设计合理的结构，在达到使用功能的基础上减少材料的使用，从而使整个设备的质量降低，也节约了设备的能源消耗量。

为了减少使用不同种类的钢结构进行实验的费用，我们可以使用仿真软件ANSYS对不同的工程机械机构进行仿真，最后得到工程机械钢结构的最优化。

1. 设计工程机械钢结构的特性要求我国最近几年的发展非常的额迅速，不管是住房还是道路桥梁的建设都在快速的发展中，这就需要使用机械设备来进行施工，在施工中的设备全部称为工程机械。

我们都知道工程机械主要是由钢结构、液压和电气控制部分和动力控制部分构成。

我们使用工程机械中最常见的架桥机最为对象进行研究，架桥机中最重要的机构就是钢结构，并以天车作为整个设备的传动部分，也是利用液压控制系统和电气控制系统联合使用的，架桥机的钢结构类似于人类的骨骼，是架桥机完成施工的最重要的结构，钢结构是否能够满足使用要求和安全要求是影响整个作业安全性和人员安全性的重要因素，所以我们要对整个架桥机的钢结构进行受力性能分析。

在架桥机工作时先将混凝土梁运到制定的地方，然后通过架桥机的液压控制系统和电气控制系统来控制架桥机的钢结构部分将混凝土梁抬放到相应的位置，在这个工作工程中钢结构的安全性是非常重要的，如果钢结构的质量不合格不仅会造成财产的重大损失还会造成工作人员的重大伤亡。

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第２７卷第１２期
２ｌ００年ｌ２月
机
电
工
程
Ｖ０．７Ｎｏ２Ｉ２．１
Ｄｅ．２０ｃ０１
ＪｕｎｌｆＭｅｈｎｃｌ＆ＥｅｔｉａｎｉｅｒｎｏｒａｃａｉａｏｌｃｒｌＥｇｎｅｉｇｃ
基于ＡＳＮＹＳ的ＳＮ－４ＧＴ１０型联合整地机关键部件ＣＥ分析Ａ
（．Ｃｉｎｓｉｎｎｔｕｅｏｅｈｏｏｙ，Ｔｉａｇ２１ｈｎ；２ｃｏｌｏｃａｉａ１ｈｅ —ｈｕｇＩｓｉｔｆｃｎｌｇｔＴａｃｎ４，Ｃｉａ．ＳｈｏｆＭｅｈｎｃｌ１１５
ａｄＰｗｒｎｉｅｒｇＪｎｓｎｅｓｙｏＳｉｅａｄＴｃｎｌ，ｈｎｉｇ２２０，ｈｎ）ｎｏｅｇｎｅｉ，ｉｇｕＵｉｒｔｆｃｎｎｅｈｏｏＺｅｊｎ１０３ＣｉａＥｎａｖｉｅｙｇａ
ｔｎｍｏｅｗｒｂａｎｄｈｘｅｍｅｔｌｅｕｔｓｏｈｔｈｎｌｓｓｐｏｉｅｔｎｈｏｅｉａｎｘｅｉｎａｖｄｎｅｆｒｔｃｕａｉｄｅｅｏｔｉｅ．Ｔｅｅｐｒｎａｓｌｈｗｔａｅａａｙｉｒｖｄｓａｓｒｇｔｅｒｔｌｄｅｐｒｍｅｔｌｉｅｃｏｒｔｒｌｏｉｒｓｔｏｃａｅｓｕ
Ａｂｓｒｃｔａｔ：ＩｒｅｏａｈｉｖｎｅｌｇｎｇｉｌｕａａｈｉｅｙｆｓｅＣＡＥｅｈｎｌｇｓｉｖｓｉａｅｎｔｔｕｔａｌａａｙｉｆｉｓｋｙｎｏｄｒｔｃｅｅｉｔｌｉｅｔａｒｃｕｔｒｌｍｃｎｒａｔｒ，ｔｃｏｏｙｗａｎｅｔｇｔｄｉｈｅｓｒｃｕｒｎｌｓｓｏｔｅｃｍｐｎｎｓＴｈｉｉｇｓａｔａｄｇａｏ ’ ｏｏｅｔ．ｅｄｒｖｎｈｆｎｅｒｂｘＳＣＡＥｓｒｔｒｌａｌｓｓｗｅｅｅｇｉｄｏｔｕｓｎｔｕｃｕａｎａｙｉｒａｅｕｉｇＡＮＳＹＳｓｆｗａｅ，ａｃｍｐｅｅｓｒｔｒｌａｌｓｓｏｔｒｏｌｔｔｕｃｕａｎａｙｉｐｏｅｕｅｎｅｈｄｓｗｅｅｐｒｐｏｅｒｃｄｒｓａｄｍｔｏｒｏｓｄ，ａｈｅｄｒｖｎｇｓａｔｏｈｅｓｒｓｏｅｒｔｏｎｈｅｉｈｅｅｅｒｘｖｂａｉｎｆｅｕｎｃｎｄｔｉｉｈｆｆｔｔｅｓｃｎｃｎｔａｉｎａｄｔｎｒｎｔｇａｂｏｉｒｔｑｅｙ，ｖｂａｏｒｉｒ—
ｄｓｇｆａｆｃｈｕａａｈｉｅ．ｅｉｎｏｇｕｒｌｍｃｎ￣ｉ
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ＡＮＳＹＳ；ｐｏｇｉｇｅｏｏｅｔｌｕｈｎ；ｋｙｃｍｐｎｎ；ＣＡＥ
向、作简单、机多用、幅宽、操一大可折叠和智能化方向
周晓刚，王明强２
（．１健雄职业技术学院，苏太仓２５１；．苏科技大学机械与动力工程学院，江１４１２江江苏镇江２２０）１０３
摘要：为使农业机械更快地达到智能化，ＣＥ技术应用于其关键部件的结构分析中。利用ＡＳＳ软件，主动轴和传动箱分别将ＡＮＹ对进行了ＣＥ结构分析，出了一个完整的结构分析步骤和方法，出了主动轴的应力集中部位和传动箱的固有振动频率、型。Ａ提得振研究结果表明，研究对农业机械的结构设计提供了有力的理论参考和实验依据。该关键词：ＮＹ；地机；键部件；ＡＡＳＳ整关ＣＥ中图分类号：ＨＩ４；２０３Ｔ１￥２．１文献标志码：Ａ文章编号：０１— ５１２１）２— ０４— ５１０４５（００１０４０
ＣｎｌｓｆＧＴ１０ｔｐｆｏｎｌｕｈｎｅＡＥａａｙｉｏｓＳＮ－４ｙｅｏｉｔｏｇｉｇｋｙｊｐ
ｃｍｐｎｎａｅｎＡＮＳｏｏｅｔｂｓｄｏＹＳ
ＺＨＯＵＸｉｏｇｎａ — ａｇ．ＷＡＮＧＭｉｇｑｎｎ —ａｇ
发展。王扬渝等对可重构小型农业变速箱体进行
了模态性能分析。黄巍分析了ＣＥ技术在农业机Ａ械技术中的应用，将有限元技术应用在谷物联合收并
０引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 言
ＳＴ．４ＧＮ１０型联合整地机是江苏省太仓市项氏农机有限公司为东北市场研制开发的一款联合整地机。与国外 ¨ 相比，国内农业机械企业的设计技术和制造
模式都明显落后，品设计不能达到系列化、准化和产标