机械零件有限元分析 实体模型的建立
CATIA装配部件有限元分析
CATIA装配部件有限元分析CATIA（计算机辅助三维交互应用）是一种广泛应用于机械设计和制造领域的软件。
它提供了一套完整的工具和功能，用于实现产品创新、设计优化和数字化制造。
CATIA的装配部件有限元分析是其中一个功能强大的工具，可以帮助工程师评估设计的结构强度和性能。
装配部件有限元分析（FEA）是一项工程分析技术，用于通过将大型复杂结构分解为小的离散单元，然后通过求解线性和非线性方程组来模拟和预测结构的行为和响应。
在CATIA中，装配部件有限元分析可以通过定义装配体与零部件之间的约束关系和关联关系来分析和评估整个装配体的性能。
在进行装配部件有限元分析之前，首先需要定义整个装配体的几何模型。
CATIA可以通过多种方式创建几何模型，包括绘制、拉伸、旋转、剪切等操作，以及导入其他CAD软件中的模型。
一旦几何模型定义完毕，就可以将其转换为有限元网格模型。
在有限元网格模型中，装配体被分解为小的离散单元，每个单元称为有限元。
这些有限元具有一些特定的属性，如几何形状、材料特性和边界条件。
材料特性定义了材料的力学性能，如弹性模量、屈服强度和断裂韧性。
边界条件定义了固定和加载条件，如约束、力、压力等。
一旦有限元网格模型定义完毕，就可以进行装配部件的有限元分析。
CATIA提供了多种分析类型，包括静态分析、动态分析、热分析、疲劳分析和优化分析。
静态分析用于评估结构的强度和稳定性，动态分析用于分析结构的振动特性，热分析用于评估结构的热响应，疲劳分析用于评估结构在不同加载条件下的寿命，优化分析用于改进结构设计。
装配部件有限元分析的结果通常以图形和数值形式呈现。
CATIA可以生成各种图表和图形，以显示应力、应变、位移、刚度等参数的分布情况。
此外，CATIA还可以生成报告和动画，以帮助工程师更好地理解和解释分析结果。
总之，CATIA的装配部件有限元分析是一种强大的工具，可以帮助工程师评估装配体的强度、稳定性和性能。
通过使用CATIA的装配部件有限元分析，工程师可以优化设计、降低制造成本并提高产品质量。
机械设计中有限元分析的几个关键问题
机械设计中有限元分析的几个关键问题在机械设计中，有限元分析是一种常用的分析方法，可以用于预测和评估机械结构的性能。
在进行有限元分析时，存在一些关键问题需要考虑和解决。
本文将介绍机械设计中有限元分析的几个关键问题。
1. 网格划分问题：有限元分析是基于网格（或称为离散）模型进行的，因此网格的划分对分析结果的准确性有很大影响。
合理的网格划分应该满足以下要求：在关键区域（如应力集中区域）的网格密度要足够高，以捕捉局部应力的变化；在结构的稳定区域的网格密度可以适当减小，以提高计算效率。
对于复杂结构和多尺度问题，网格划分更加复杂，需要综合考虑精度和计算效率的权衡。
2. 材料参数问题：有限元分析需要提供材料的力学参数，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。
这些参数的准确性对分析结果有很大影响。
实际材料的力学参数通常会受到环境条件、缺陷、制造过程等多种因素的影响，如何选择合适的材料参数是一个关键问题。
在实际应用中，可以借助实验测试、材料数据库以及经验公式等方法来确定合适的材料参数。
3. 边界条件问题：有限元分析需要指定结构的边界条件，如约束条件和加载条件。
边界条件的选择对分析结果也有很大影响。
约束条件应该与实际情况相符，以反映结构的实际受力情况。
加载条件需要根据设计要求和实际工况来指定，以保证分析结果的准确性。
在边界条件的选择过程中，需要综合考虑结构的实际使用情况、安全性要求等因素。
4. 模型简化问题：有限元分析中，构建准确的模型需要考虑很多细节，如零件的精确几何形状、连接方式等。
在实际应用中，有时需要根据实际情况对模型进行简化。
模型简化的目的是为了减少计算复杂度和提高计算效率。
模型简化也可能引入误差，因此需要在精度和计算效率之间进行平衡。
对于复杂结构和多尺度问题，如何进行合理的模型简化是一个具有挑战性的问题。
5. 结果解释问题：有限元分析得到的结果是一系列的位移、应力、应变等数据，如何对这些数据进行解释和分析是另一个关键问题。
机械零件有限元分析实验报告
中南林业科技大学机械零件有限元分析实验报告专业：机械设计制造及其自动化年级： 2013级班级：机械一班姓名：杨政学号：20131461I一、实验目的通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS 系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。
体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。
二、实验内容实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。
实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为1.0×108Pa，空心球体的内径为0.3m，外径为0.5m，空心球体材料的属性：弹性模量2.1×1011，泊松比0.3。
R1=0.3R2=0.5承受内压：1.0×108 Pa受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）1、进入ANSYS→change the working directory into yours→input jobname: Sphere2、选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK→Close (the Element Type window)3、定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK4、生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入四个点的坐标：input：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK 生成球体截面ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global SphericalANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In Active Coord→依次连接1,2,3,4 点生成4 条线→OKPreprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines→依次拾取四条线→OKANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian5、网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set→拾取两条直边:OK→input NDIV: 10 →Apply→拾取两条曲边:OK →input NDIV: 20 → OK →(back to the mesh tool window) Mesh: Areas，Shape: Quad，Mapped →Mesh →Pick All(in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)6、模型施加约束给水平直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement→On Lines →拾取水平边：Lab2: UY → OK给竖直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement Symmetry B.C.→On Lines→拾取竖直边→OK 给内弧施加径向的分布载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure →On Lines →拾取小圆弧；OK →input V ALUE:1e8→OK7、分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →close8、结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window)Contour Plot→Nodal Solu…→select: DOF solution, 分别选X-Component of displacement + Deformed Shape with undeformed model;Y-Component of displacement + Deformed Shape with undeformed model;Displacement vector sum + Deformed Shape with undeformed model.Contour Plot→Nodal Solu…Stress 下分别选X-Component of stress + Deformed Shape with undeformed model;Y-Component of stress + Deformed Shape with undeformed model;Z-Component of stress + Deformed Shape with undeformed model;Vonmises stress + Deformed Shape with undeformed model.查看各后处理结果的数据并回答最后面的问答题。
机器人机械手的有限元分析及相关控制的研究(长沙理工2014优秀论文)
第 1 关节
电机自带
结合机器人机械手的工作状况，选择如表 3-3 所示电机和减速机构。
3.4 机器人结构设计
图 3.3 各关节结构图
4 机器人关键部件的有限元分析
4.1 机器人关键部件有限元模型的建立
-3-
4.1.1 基座、大臂、小臂实体模型的简化 通常对于实体模型的细节进行一定的几何简化，尽量忽略一些不必要的细节，去除一些与分析意图影响不大的零件 及特征，以利于有限元分析。
-3
图 3.2 关节的极限位置图 3.2.2 各关节功率估算 电机功率计算采用公式 又有 n＝ω×60/2 π 得到如下计算结果（单位 W） ： 表 3-2 各关节极限力矩和功率计算结果 关节号 极限力矩（N·m） 计算功率（W） 7 2.400 12.0 6 3.213 32.1 5 3.675 30.6 4 26.435 164.2 3 22.638 189.3 2 51.451 430.1 1 64.345 750.3
1.引言
机器人技术是现代科学技术高度集成和交融的产物，它涉及机械、控制、电子、传感器、计算机、生物学、人工智 能等众多学科领域，是当代最具代表性的机电一体化技术之一 。随着科技的日益先进，消费者的生活不断的得到提高。 然而，人们对生活的品质要求却越来越高。本课题就是在这样一个背景下展开工作的。 目前，市场上大型工业机器人已经日趋成熟。而对于贴近人们生活层面的小型机器人机械手却很稀少，而我国在这 一方面存在更大的空缺。将工业机器人小型化，引入人们的生活做一些必要的工作，将大大提高人们的生活品质。
（3-1）
极限位置的速度和加速度由表 2-2 所示。 （1） 第 7 关节力矩
图 3.1 第 7 关节传动示意图 -2-
第 6 关传动示意节图
机械设计中有限元分析的几个关键问题
Internal Combustion Engine &Parts0引言随着科学技术的发展，人们在机械设计中不断地应用更加精密的设备，在设计的过程中，就需要相关的设计人员能够预测出产品的性能、强度、寿命等，并且正确引入相关技术参数来进行精确的计算。
近些年来，随着我国计算机技术的发展以及数据分析相关技术的发展，为相关的计算提供了有效的方法与手段。
将有限元应用力分析应用到机械体结构上，能够充分计算外部的荷载量，以及所引发的应力应变、强度、耐久度的分析，从而能够有效地提高零件的质量，减少零件材料的成本。
有限元分析的结果与软件、建模等有关，在分析过程中，处理方式不当可能造成结果的差异，所以不能过度迷信有限元软件的结果，需要根据具体的情况具体分析。
1有限元分析的概述有限元分析方法作为一种数据处理分析的方法，是近些年来新引进入我国的一种数据分析的方式，其英文名字为FEM 。
它主要是运用数学的计算方法，模拟出物体真实的几何形状，以及负荷量状况，能够将无限的未知量展示出来，这种复杂的计算方法能比其他的代数方法更加准确[1]。
有限元方法是在计算机技术和数值分析方法的基础上发展起来的。
作为一种有效的手段，有限元分析应用在应力分析等领域中，对于机体机构上的外部荷载引起的应力应变以及耐久性、损伤容限、强度等均可以采用试验的方式进行。
有限元分析的过程会发生结果的差异，这与使用的软件和建模过程有关系，在设计中对于软件结果不能迷信，而是要谨慎对待处理方式不通带来的结果差异。
对于具体问题应根据模型试验验证判断结果而来，方能确定有限元结果正确性。
2有限元分析的注意事项工程人员对于有限元分析的精确度和正确性较为关注。
这是因为有限元结果的正确性关系到工程实际的运行。
凭借问题处理经验和有限元理论分析结果，对于有限元分析的注意问题可以归纳如下：①对于有限元分析方法的运用，注意有限元分析方法的流程，加强对有限元结果的认识。
离散网络密度、形函数构造、单元类型、边界条件处理都会产生对结果的影响。
基于ANSYS的有限元分析在机械结构上的应用
基于ANSYS的有限元分析在机械结构上的应用引言：机械结构的设计和分析是现代工程领域中非常重要的一环。
为了确保机械结构的安全性、可靠性和性能优化，传统的试错方法已经远远不够高效。
基于ANSYS的有限元分析技术则成为一种强大、可靠的工具，广泛应用于机械结构的设计、分析与优化。
本文将介绍基于ANSYS的有限元分析在机械结构上的应用，并探讨其优点和局限性。
1. 有限元分析的原理和基本步骤有限元分析是一种数值分析方法，将连续体划分为有限个单元，通过建立节点间的力学方程并求解，得出结构在不同载荷下的应力、位移等结果。
基本步骤包括几何建模、网格划分、材料属性定义、边界条件设置和求解结果分析等。
2. 实例：静力学分析以机械零件的静力学分析为例，利用ANSYS进行分析。
首先，进行几何建模，包括绘制零件的实体模型和确定边界条件。
接下来，通过网格划分将实体划分为单元，选择适当的单元类型和单元尺寸以保证计算精度。
然后，为每个单元分配适当的材料属性，包括弹性模量、泊松比等。
在设定边界条件时，要考虑结构的实际工作状况，如约束支撑和作用力的施加。
最后，进行静力学分析并分析结果，得出结构的应力分布和变形情况。
3. 动力学分析与振动模态有限元分析在机械结构的动力学分析中也有广泛应用。
动力学分析主要研究结构在外部激励下的振动响应。
通过ANSYS的有限元分析，可以预测结构的固有频率、模态形状和振动响应等。
这对于设计抗震性能优良的建筑物、减振器的设计等方面有着重要意义。
4. 热力学分析与热应力热力学分析是机械结构设计中的另一个重要领域。
通过ANSYS的有限元分析，可以模拟结构在热荷载作用下的温度分布和热应力。
这对于机械结构的材料选择、冷却系统设计等方面有着重要意义。
5. 优点与局限性基于ANSYS的有限元分析技术具有以下优点：- 高度准确性：有限元分析可以提供全面而准确的结果，能够实现对结构不同部分的局部分析。
- 设计迭代快速：与传统的试错方法相比，有限元分析可以快速进行多个设计迭代，从而实现最优设计。
基于有限元方法的机械零部件结构优化设计
基于有限元方法的机械零部件结构优化设计机械零部件的结构优化设计是提高产品性能和减少成本的关键环节。
在工程领域，有限元方法是一种常用的工具，可以模拟和分析复杂结构的力学行为。
本文将探讨基于有限元方法的机械零部件结构优化设计。
一、引言随着科技的不断发展，机械零部件的结构优化设计变得越来越重要。
优化设计可以通过改变零部件的几何形状、材料参数和工艺要求等方面，使零部件在满足功能性要求的同时，更加轻量化和耐久。
有限元方法是一种将连续结构离散化为有限个小单元进行力学分析的数值计算方法。
借助于有限元方法，可以对机械零部件进行复杂的力学行为分析，并根据得到的结果进行结构优化设计。
二、有限元建模与分析有限元分析是结构优化设计的基础。
首先，需要将机械零部件进行几何建模，即将其复杂的几何形状简化为有限个几何单元。
常见的几何单元包括三角形、四边形等。
然后，需要为每个几何单元分配适当的材料属性和边界条件。
材料属性包括弹性模量、泊松比、密度等，而边界条件则是对零部件施加的加载情况。
加载可以是力、压力、温度等。
有限元建模完成后，接下来需要确定零部件的有限元模型。
常见的有限元模型包括线性模型和非线性模型。
线性模型适用于材料行为在弹性范围内的情况，而非线性模型用于考虑材料的弹塑性、接触、摩擦等非线性行为。
根据实际情况，选择合适的有限元模型对零部件进行分析。
有限元分析完成后，可以获得零部件的力学行为结果，比如应力、变形等。
根据这些结果，可以对机械零部件进行结构优化设计。
三、结构优化设计1. 基于强度和刚度的优化强度和刚度是机械零部件两个重要的性能指标。
强度是指零部件在外部加载下不发生破坏的能力，而刚度则是指零部件在外部加载下不发生过大变形的能力。
通过在有限元模型中设置约束和目标函数，可以进行强度和刚度的优化设计。
优化设计的目标是在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能减小零部件的重量。
2. 基于模态和动力学的优化模态和动力学是机械零部件另外两个重要的性能指标。
有限元法在机械设计中的应用
有限元法在机械设计中的应用
有限元法（Finite Element Method，简称FEM）是一种利用数值计算方法解决复杂的连续介质问题的数学模型和计算方法。
1. 结构分析：有限元法可以用于分析各类机械结构的变形和应力分布情况。
在机械
设计中，通过对机械零部件进行有限元分析，可以在设计阶段发现结构的弱点和不足之处，指导后续的结构优化设计，并确保设计的安全可靠。
2. 模态分析：有限元法可以用于分析结构的固有频率和模态形态。
在机械设计中，
通过模态分析可以了解结构的固有频率，避免与外界的激励频率发生共振，提高结构的工
作稳定性和可靠性。
3. 疲劳分析：有限元法可以用于分析材料的疲劳寿命。
在机械设计中，通过对机械
零部件进行疲劳分析，可以预测结构在长期使用过程中存在的疲劳问题，指导材料的选择
和结构的改进，延长机械的使用寿命。
4. 流体力学分析：有限元法可以用于分析流体在机械结构中的流动特性和压力分布
情况。
在机械设计中，通过流体力学分析可以优化流体的流通路径和传热效果，提高机械
设备的工作效率。
有限元法在机械设计中的应用，可以通过数值计算的方法对机械结构的性能进行预测
和评估。
通过有限元法的应用，可以提前发现和解决结构中的问题，指导优化设计，提高
机械设备的性能和可靠性。
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2 圆或环形面
Preprocessor—Modeling—Create—Areas--Circle—By Dimensions（以工作平面的原点为圆心） Preprocessor—Modeling—Create—Areas--Circle—Partial Annulus（工作平面的任意位置生成圆，要输入圆心坐 标；内外径和起始终止角） Annulus（整环） Solid Circle(实心圆) Preprocessor—Modeling—Create—Areas--Circle—By End Points（通过直径的两端点生成一个圆）
在工作平面上任意位置： Preprocessor—Modeling—Create—Areas— Rectangle—By Dimensions 角点与边长： Preprocessor—Modeling—Create—Areas— Rectangle—By 2 Corners 中心和角点： Preprocessor—Modeling—Create—Areas— Rectangle—By Center & Corner
需要牢记的
编号显示在图元的“热点 ”上.
• 对于面或体，热点为图形 中心. • Fra bibliotek于线，有三个热点:
.
.
-17-
为什么这一点非常重要: 需要在图形窗口拾取取图元时，应该点取图形的 热点，确保拾取所需要的图元。这对于有多个图形重叠的情况非常重要. （如上图）
二、自顶向下建模
直接建立面和体
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1 矩形面
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4 定义体
Preprocessor—Modeling—Create— Volumes—Arbitrary—Through KPs （点要连续顺序） Preprocessor—Modeling—Create— Volumes—Arbitrary—By Areas Preprocessor—Modeling—Operate— Extrude—Areas—Along Lines（把面 按线拉伸成体）
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1-1定义关键点1/3
Preprocessor—Modeling—Create— Keypoints—In Active CS On Working Plane On Line On Line W/Ratio（线上比例） On Node
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定义关键点2/3
Preprocessor—Modeling—Create— Keypoints— KP Between KPS（两点间比 例与距离插入点） Fill Between KPS Kp at Center—3 KeyPoints —3 KPS And Radius（前两点加 半径定位置，第三点指方向） —Location on Line（曲线上选 3点）
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5 区分图元
在图形窗口中区分图元.
打开面编号 的结果
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区分图元 (续)
打开编号显示: Utility Menu: PlotCtrls > Numbering ...
选取需要的项目， 然后选择OK.
控制是否编号和颜 色同时显示 (缺省), 只显示编号, 或只显 示颜色.
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区分图元（续2）
-4-
常用英制单位：IPS单位系统
长度：in 质量：lbf s^2/in 时间：s 力：lbf 压力： psi (lbf/in^2) 应力： psi 弹性模量：psi 密度：lbf s^2/in^4 速度：in/s 加速度：in/s2 功率：in lbf/s
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一、自底向上建模 -------由点（Keypoint）到线到面到体的建模。
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3 定义面
Preprocessor—Modeling—Create—Areas—Arbitrary—Through KPs By Lines （点的顺序按右手定则决定面的方向） 通过引导线生成蒙皮式的光滑曲面（由边围成）： Preprocessor—Modeling—Create—Areas—Arbitrary—By Skinning 通过路径拉伸一条或几条线生成面： Preprocessor—Modeling—Operate—Extrude—Lines—Along Lines 对面倒角： Preprocessor—Modeling—Create—Areas—Area Fillet 旋转： Preprocessor—Modeling—Operate—Extrude—Lines—About Axis
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1-2 选择、查看、删除关键点
Select—Entities List—Keypoints Preprocessor—Modeling—Delete— Keypoints （注：选好后，就指定了List的范围；选 择即构造选择集）
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2-1 定义线
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2-2 选择、查看、删除线
Select—Entities List—Lines Preprocessor—Modeling—Delete—Lines Only
实体模型的建立
参赛选手：****
自底向上建模
自顶向下建模 -1-
补充知识（重要）
ANSYS分析中的单位制 • 除了磁场分析以外，用户不需要告诉ANSYS 使用的是什么单位制. 只需要自己决定使用何 种单位制，然后确保所有输入的值的单位制保 持统一 (ANSYS并不转换单位制). ANSYS读 入输入的数值，并不检验单位制是否正确. [注 意: /UNITS 命令只是一种简单的记录，告诉 别的人现在使用的单位制.]
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单位换算！！！（牢记）
MMNS单位系统： 长度：mm 质量：吨 时间：s 力：N 压力： MPa 应力： MPa 弹性模量：MPa 密度：吨/mm3 速度：mm/s 加速度：mm/s2 功率：mW MMKS单位系统： 长度：mm 质量：kg 时间：s 力：mN 压力： KPa 应力： KPa 弹性模量：KPa 密度：Kg/mm3 速度：mm/s 加速度：mm/s2 功率：uW
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定义关键点3/3
Preprocessor—Modeling—Create— Keypoints—Hard PT on Line Hard PT On Area 注：Hard Point是一种特殊点，可用来添加载 荷和获取数据，它不会改模型的几何与拓扑， 但会随这几何模型的更新而丢失或离开，如删 除一条线，其上的Hard Point也同时被删除， 但普通的Keypoint不会。所以如果必要就在 几何模型完全建立好后再加Hard Point