基于Workbench的混联机床静刚度分析

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ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践第6章静力学分析

6.4 线性静力学分析实例——壳单元分析实例
• 壳单元是有限元分析经常需要使用的单元类型，本例将通过壳单元对管道结构进行静力学分析，使读者掌握壳单元的使用方法，同时与实体结构分析结果进行对比，查看两种单元分析结果的误差，使读者对壳单元的使用有更加全面的认识。
6.4.1 问题描述
• 图6-32所示为管道连接结构，纵向小管道受到50kN的外力作用，横向大管道两端约束，现采用壳单元对整个结构进行仿真校核。
2．几何特征删减
• 完成无关结构的删减之后，由于几何模型中存在诸多螺栓孔、定位孔，如左图所示，这些螺栓孔、定位孔对分析结果也不产生直接影响，且不是分析中关注的内容，所以要再次对模型进行特征删减，去除支架及横梁结构中存在的螺栓孔、定位孔，最终得到可以用于分析的模型，如右图所示。
3．导入几何模型
6.4.3 材料属性设置
• 本例中采用Structure Steel材料，各项参数设置按照图所示进行设置，其他按照软件默认即可，然后通过Model中Geometry下的Assignment将材料赋予几何模型。
6.4.4 网格划分
• 采用六面体主体网格划分方法，右键单击Mesh，插入Method，采用自动划分方法；同时单击鼠标右键，插入Sizing，设置所有薄板单元尺寸为8mm，生成网格，结果如图所示。
• 下面通过实体模型的计算，来与壳单元计算结构进行对比。操作步骤如下。 • （1）导入实体几何模型进行网格划分，采用六面体主体网格划分技术，网格
大小设置为10mm，划分结果。 • （2）同壳单元边界及载荷设置一致，固定大管道两端，同时在-x方向施加
50kN载荷，结果。 • （3）模型求解。
6.5 本章小结
• 本章通过移动龙门架和外伸梁结构的静力分析实例，详细介绍了在WB 19.0中进行静力学分析的基本思路和步骤，在第一个实例中介绍如何通过Imprint Faces施加载荷，第二个实例中详细介绍了如何创建和使用梁单元进行静力分析，通过每一步详细操作，确保读者对静力分析能有清晰全面的认识和掌握，最后通过实体单元和壳单元的对比分析，为读者提供使用两种不同类型单元处理问题的方法。

精密机床的静态与动态刚度分析

精密机床的静态与动态刚度分析引言：精密机床是现代制造业中不可或缺的重要设备。

为了确保精密机床的高精度加工能力，静态和动态刚度的分析是十分重要的。

本文将深入探讨精密机床的静态与动态刚度分析，旨在帮助读者更好地理解该领域的知识。

一、静态刚度分析静态刚度是机械系统在受到外力作用时不发生形变的能力。

它是保证精密机床加工精度的关键因素之一。

在进行静态刚度分析时，需要考虑以下几个方面：1. 结构设计：精密机床的结构设计对其静态刚度具有重要影响。

合理的结构设计可以有效地提高机床的刚度，减少振动和形变。

例如，在起重部分采用合适的材料、减小悬臂长度、增加副压面等都可以提高机床的静态刚度。

2. 机床基座的刚度：机床基座是机床的支撑平台，其刚度直接影响机床的运行稳定性。

通过加固机床基座，可以提高机床整体的静态刚度。

例如，在机床基座上铺设高刚度的材料，增加基座的厚度等都是提高机床静态刚度的有效方法。

3. 主要构件的刚度：机床的主要构件如床身、滑架等的刚度也是影响静态刚度的重要因素。

合理选择和加工这些构件的材料、采用适当的固定方法等都可以提高机床的刚度。

二、动态刚度分析动态刚度是机床在运动状态下的刚度特性，主要用于分析机床加工过程中的振动特性。

在进行动态刚度分析时，需要考虑以下几个方面：1. 特征频率分析：机床的结构和构件都有一定的频率响应。

找出机床的特征频率并进行分析，可以帮助识别和解决振动问题。

例如，采用频谱分析方法可以确定机床加工时的共振频率，从而避免加工过程中的振动影响。

2. 振动模态分析：振动模态分析是确定机床在特定频率下的振动模态形式和振动模态参数的方法。

通过分析机床的振动模态，可以了解机床振动的特点和影响机床刚度的因素。

例如，可以通过振型分析确定机床的关键模态，并进行针对性的刚度改进。

3. 结构阻尼分析：结构阻尼是机床动态刚度的重要组成部分。

合理的结构阻尼设计可以降低机床振动的幅度和频率，提高机床的动态刚度。

workbench弯曲刚度计算

workbench弯曲刚度计算工作台是一个常见的工具，用于进行各种手工和机械工作。

在设计和制造工作台时，弯曲刚度是一个重要的考虑因素。

弯曲刚度是指工作台在受到外力作用时的变形程度。

在工作台的设计中，我们需要计算和评估其弯曲刚度，以确保其能够承受工作过程中的力量和压力。

计算工作台的弯曲刚度需要考虑多个因素，包括材料的弹性模量、截面形状和尺寸以及外力的大小和方向。

首先，我们需要确定工作台的材料弹性模量。

弹性模量是材料的一种力学性质，它描述了材料在受力时的变形能力。

不同材料的弹性模量不同，常见的工作台材料包括钢、铝和木材。

其次，我们需要考虑工作台的截面形状和尺寸。

工作台的截面形状可以是矩形、圆形或其他形状。

截面尺寸包括宽度、高度和厚度等。

这些参数将直接影响工作台的弯曲刚度。

一般来说，截面越大，工作台的弯曲刚度越大。

最后，我们需要考虑外力的大小和方向。

外力可以是静力或动力，可以是集中力或分布力。

在计算弯曲刚度时，我们需要将外力转化为力矩，然后根据工作台的几何形状和材料性质计算出工作台的弯曲程度。

计算工作台的弯曲刚度可以使用多种方法，包括理论计算和数值模拟。

理论计算是根据工作台的几何形状和材料性质，使用数学公式和力学原理进行计算。

数值模拟是使用计算机软件进行模拟和分析，可以更加准确地预测工作台的弯曲刚度。

在实际应用中，我们可以使用工程软件如SolidWorks、AutoCAD 等来进行工作台的弯曲刚度计算。

这些软件提供了弯曲刚度计算的功能，可以根据输入的参数和条件进行计算和分析。

通过这些软件，我们可以更加方便和准确地评估工作台的弯曲刚度，从而优化设计和制造过程。

总之，工作台的弯曲刚度是一个重要的设计和制造考虑因素。

通过计算和评估工作台的弯曲刚度，我们可以确保其能够承受工作过程中的力量和压力。

在实际应用中，我们可以使用工程软件进行弯曲刚度计算，以提高设计和制造的效率和准确性。

Workbench教程(二)

Workbench教程之静力学分析
北京索为高科系统技术有限公司雒海涛
一、导入模型
添加静力分析模块到workbench。

选择geometry，右键导入模型
这些模型可以到/imea/html/download.htm下载
二、添加材料信息
双击工程数据单元，弹出界面设置材料参数。

拖拽材料参数到属性窗口并输入各参数：弹性模型、泊松比、拉伸屈服强度、拉伸极限强度
等
保存并返回project窗口
双击model进入设置分析界面
三、划分网格
设置网格大小参数，首先变换一下单位
选择实体，设置参数。

选择过滤为实体
点击mesh查看网格
四、添加载荷及约束
施加位移约束，两端轴端面选择并添加约束，使其轴向自由度自由。

固定一个端面
下面添加载荷左边的力添加
右边载荷添加
求解总形变
求解和应力六、求解
七、调试没有选择对象材料
求解进行中
没有弹出消息提示错误，求解完成
八、查看结果
最大形变0.52mm，0.52除1.7m得到每米形变0.3mm，小于1.5mm每米轮距最大形变的要求。

应力图如下：
计算后备系数，用屈服极限强度610mpa除应力较大点应力值47.1得到后备系数为13，大于设计要求6。

讨论：习惯用原来ansys和patran那套划分网格的模式，在使用workbench的时候不自觉的
会用原来模式使用workbench，其实workbench应该有更加强大的功能，有待我们深入了解。

基于Workbench混凝土搅拌车叶片应力分析

Journal of Mechanical Strength2016，38（4）：887-891DOI ：10．16579/j．issn．1001．9669．2016．04．039*20141120收到初稿，20141205收到修改稿。

＊＊高耀东，男，1966年月生，内蒙古赤峰人，汉族，内蒙古科技大学教授，硕士生导师，从事制造业信息化CAD 、CAE 技术的研究应用的教学与科研工作。

基于Workbench 混凝土搅拌车叶片应力分析*BASED ON THE WOＲKBENCH CONCＲETE TＲUCK MIXEＲBLADE STＲESS ANALYSIS高耀东＊＊胡鑫（内蒙古科技大学机械工程学院，包头014010）GAO YaoDong HU Xin（Institute of Mechanical Engineering ，Inner Mongolia University of Science and Technology ，Baotou 014010，China ）摘要传统方法计算混凝土搅拌运输车搅拌叶片所受应力时，通常将搅拌功率转化为对叶片的均布载荷，但由于搅拌过程中叶片与混凝土之间的作用力并不是均匀分布的，从而使计算结果产生较大的误差。

为了准确得到流体载荷对搅拌叶片的影响，研究采用流固耦合分析方法，应用CFX 与Ansys Workbench 对搅拌叶片进行数值模拟分析，得到搅拌叶片在搅拌与出料过程中所受的应力，并与传统应力分析结果进行对比。

分析结果表明：搅拌叶片根部应力值最大，叶片端部位移最大，这为叶片的强度校核提供了可靠依据。

关键词混凝土搅拌车流固耦合搅拌叶片应力分析CFX中图分类号TU642TH114AbstractTraditional method to calculate stress ，concrete mixer truck mixing blades are usually of blade stirring power canbe converted to uniformly distributed load ，but due to the mixing blade in the process of acting force between concrete and is not evenly distributed ，so that the calculation results have larger error．In order to accurately obtain the fluid load on the mixing blades．This study used the fluid-structure coupling analysis method ，provided application of CFX and ANSYS Workbench numerical simulation analysis was carried out on the mixing blade ，then it got the stress of mixing blade in the process of mixing and discharge ，and compared with traditional stress analysis results．Analysis results show that the mixing blade root stress value ，and the largest parts move biggest blade end ，it offers the reliable basis for the intensity of the blade．Key wordsConcrete mixer truck ；Fluid-structure interaction ；Mixing blade ；Stress analysis ；CFXCorresponding author ：GAO YaoDong ，E-mail ：574254229@qq．com Manuscript received 20141120，in revised form 20141205．引言随着国内建筑业的蓬勃发展，混凝土的使用量也在不断增加，混凝土搅拌运输车在我国也进入了高速发展时期，成为当今建筑业的“宠儿”。

workbench 静力分析实例

Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-3
Workshop 2 - Design Simulation 基础
作业2 – 假设
在沉孔施加约束,底部面设定为接触面,内表面使用无摩擦支撑约束.
– 无摩擦支撑约束是一种施加在整个面的法线方向上的约束.除了支撑面的正、负法线方向, 这样的约束允许其余各方向的平移. 这是一种保守的方法.
Workshop Supplement
Workshop 2 - Design Simulation 基础
作业2 – 结果
Workshop Supplement
18. 从 SimWiz 选择 “View Results”. 然后所出现的提示将指导用户达到求解分支条. 选择不同的结果分支，将能显示出结果情况(见下页).
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
Workshop 2 - Design Simulation 基础
. . .作业2 – 过程
支撑 (沉孔): 8. 选择4个沉孔表面 (图中是一个1). 9. 从Simulation Wizard选择“Insert Supports”. 10. Structural > Frictionless Support 10

基于ansys workbench分析压力机拉杆对机身立柱刚度及应力的影响

基于ansys workbench分析压力机拉杆对机身立柱刚度及应力的影响摘要：电动螺旋压力机的机身刚度和强度对整机的使用寿命，提升打击能量使用效率有着十分重要的参考价值。

提升机身刚度，降低机身的应力水平是机身设计的重点。

以有限元作为分析工具，建立静态下整机的受力模型。

通过分析表明，拉杆对提升机身刚度，降低机身立柱应力水平有着十分重要的意义。

1、引言电动螺旋压力机是20世纪40年代问世的一种具有重大技术突破的设备，具有结构简单，机械部分零件损耗少，能量可控性好，工艺性强等优点，故不断得到发展，并广泛应予以闭式模锻，精密模锻等锻造领域中。

大型锻压设备一般采用拉杆预紧的组合式框架结构，如分体拉杆结构单柱液压机、高压成型机等设备。

目前拉杆很少使用在整机机身中，不过拉杆在整体机身中的作用也非常明显，虽然拉杆本身在工作中受力情况比较恶劣，但是相对机身，拉杆的造价更为便宜，加工周期更短，并且相对于机身拉杆更可以进行淬火处理，也可以更灵活的进行选材，所以通过拉杆提升机身的整体性能延长机身寿命具有很强的经济性和可操作性。

2、电动螺旋压力机工作原理电动螺旋压力机飞轮旋转带动滑块向下移动，当滑块接触工件时，飞轮依靠自身惯继续做功。

由此可见，滑块的压力主要来自于飞轮的惯性作用。

在打击过程中工件塑性变形所吸收的功W变形是由飞轮、滑块的动能E转变而来，该动能分别转变为机身弹性变形能E1、模具、丝杠、飞轮的弹性变形能E2以及工件本身在弹性阶段的变形能E3，用公式表达为：W变形=E-E1-E2-E3可见减少E1、E2对提升打击的做功效率有十分重要的作用。

显而易见提升机身刚度减小机身变形量可有效降低机身弹性变性能E1。

可以看出机身立柱部分向上连接顶端动力部分，向下连接底部工件工作台，是机身中非常重要的部分，立柱部分的刚度和强度直接影响了整个机身的刚度和寿命。

在打击过程中机身工作台受到工件对它的向下的力F1′，机身上端受到丝杠轴肩对它向上的力F2′，F1′=（F2′+G飞轮+G丝杠+G滑块），由于下压力远远大于整机重力，所以这两个力大小近似相等，方向相反，构成了对机身立柱的拉伸作用。

基于AnsysWorkbench的立式加工中心床身有限元分析和优化设计

参考文献：
［１］李德雨．基于ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的多层波纹管自振频率计算［Ｊ］．矿山机械，２００５，（６）：Ｐ８３－８４．
［２］王艳辉．精密机床床身的模态分析与结构优选［Ｊ］．机械设计与制造，２００５，（３）：Ｐ７６－７７．
第３１卷第９期２００９－０９【１３１】
由于机床机构过于复杂，采用ＷＯＲＫＢＥＮＣＨ
自动划分网格，在Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中一般不需要选取单
元类型，划分方法是ＨｅｘＤｏｍｉｎａｎｔ运用的是四面体与六面体结合的划分方式，由于在导轨处有许多无
图３机床床身１阶模态云图
法简化的小的阶梯，在这些地方采用局部的细化网
格的方法来划分，得到４４４８３个单元１３５１４４个节点。
度，应该使有限元模型尽量简化。同时建立有限元模型时，应合理选择单元类型，并在编排节点时，尽量减少相关单元的节点号差、带宽，以减少资料存储量。ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ和ＰＲＯＥ具有直接的双向接口，可以在ＰＲＯＥ中建模然后再导入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ进行计算。１．１建立物理模型
件。通过机床主电动机功
率和机床加工工件的最大尺寸，以及主轴转速，计算机床的额定扭矩和额定力，由Ｆｘ：Ｆｙ：Ｆｚ＝０．３：０．５：１．０得到３个切削分力，计算立柱，床鞍，主轴箱等构件的重量并将上述重量均作为作用在床身上的附加质量处理，即在相应坐
快，但要求比Ｓｕｂｓｐａｃｅ法内存多大概５０％。ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ法采用稀疏矩阵方程求解器［２］。
床身的实际结构很复杂，有繁多的筋板、曲面、窗孔，各处厚度不相同，几何形状也多变。为了适应有限元计算，必须将其简化处理，略去许多不影响床身刚度的细微结构（如小倒角、小圆弧、小凸台等）。简化后的床身模型如图１所示。

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ｔｅｓａｉｔｆｅｓｉｄｒｃｉｎｉａｇｒｔｎｔｅｓｉｎｓｎＸｎｄｒｃｉｎｓａｈｏｋｉｎｄｈｔｔ：ｓｉｎｓｎＺｉｅｔｏＳｌｒｅｈａｈｔｆｅｓｉａｄＹｉｅｔｏｎｄｔｅｈｏｏｎｔａｃｆｆｐｒｌｅｃａｉｍｒｈｍｐ￣ａａｔｒｏｅｅｔｔｅｓｉｎｓｆｔｏｅｍｅｈｎｉｍ．ａａｌｌｍｅｈｎｓａｅｔｅｉｏｎｔｆｃｏｓｔｆｃｈｔｆｅｓｏｈｅｗｈｌｃａｓｆ
矩阵分析、映射模型分析和有限分析等方法
。
机床结构技术相结合的新型机床，与传统的串联机床相比，有精度高、度大、具刚易实现复杂曲面加工等优
点。近年来，各工业部门及研究机构相继开展这方面的研究。目前的并联机构大多基于Ｓｅａｔ台及其ｔｗｒ平
刚度有限元模型，并对机床在不同受力情况下的静态刚度进行分析。研究结果表明：机构ｚ向的该刚度远大于、ｙ向的刚度，中虎克铰及平行机构的刚度是影响机床整体刚度的重要因素。其
关键词：混联机床有限元静刚度中图分类号：Ｐ４．Ｔ２２２文献标识码：Ａ
摘要：了研究混联机床的静刚度，为首先利用Ｓｌｗｏｓ建立２ＰＰＴ混联机床的三维实体模型，ｏｉｋｄＴＴ－Ｔ采用
有限元方法对混联机床的刚度进行研究。在Ｗｏｋｅｃｒｂｎｈ环境下，建立了２Ｐ－Ｔ混联机床的静
机床的整体刚度为机床的各种构件对切削力及重
力移位所产生的反应特性，是机床抵抗恒定载荷的能力，保证机床加工精度和表面加工质量的重要性能指
Ｋｅｗｏｄｓ：ＨｙｒｄＰｒｌｅａｈｎｏｓ；Ｆｉｉｅｅ；ＳａｉｔｆｓｙｒｂｉａａｌｌＭｃｉｅＴｏｌｎｔＥｌｍｎｔｔｔｃＳｉｎｅｓｅｆ
并联机床（ａａｅｍａｈｎｏ）Ｐｒｌｌｃｉｅｔｌ是机器人技术与ｌｏｓ
（ｅｏｌｆｃａｉａＥｇｅｒｇＳｅｙｎｉｎｎｖｒｔ，ｈｎａｇ１１８Ｈ＠Ｓｈｏｏｈｎｃｌｎｉｅｉ，ｈｎａｇＬｇｇＵｉｓｙＳｅｙｎ１，ＣＮ；Ｍｅｎｎｏｅｉ０６ ② ＳｈｏｏＭｅｈｎｃｌｎｉｅｒｇ＆Ａｔｔｎｏｈａｔｒｎｖｒｔ，Ｓｅｙｎ１０４，ＨＮ）ｃｏｌｆｃａｉａＥｇｎｅｉｎｕｏｉ，ＮｒｅｓｎＵｉｅｓｙｈｎａｇ１００Ｃｍａｏｔｅｉ
ＳｔｔｔｆｅｓａａｙｉｏｙｒａａｌｌａｉｓｉｎｓｎｌｓｓｆｈｂｉｐｒｌｃｉｅｔｏｓｂｓｄｏｏｋｅｃｃｆｄｅｍａｈｎｏｌａｅｎＷｒｂｎｈ
ＬＩＸｉｇｈａｎｓｎＣＡＩＧｕｎｑａｇｉ
Ａｂｓｒｃ：Ｔｈｅ３Ｄｄｌｏｔａｔｍｏｅｆ２ＴＦｒ— ＩｒｈｂｉａａｌｌｍａｈｉｅｔｏｓｓｔｕｐａｄｔｅｆｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄｉｓｄＰｒｙｒｄｐｒｌｅｃｎｏｌｉｅｎｈｉｉｅｅｅｎｔｏＳｕｅ丫ｔｎｌｚｈｔｔｔｆｅｓＴｅＦＥＭｄｌｏｔｔｃｓｉｎｓｆ２ＴＰｏａａｙｅｔｅｓａｉｓｉｎｓ．ｈｃｆｍｏｅｆｓａｉｔｆｅｓｏＴ— ｈｂｉａａｌＩｍａｈｎｙｒｄｐｒｌｅｃｉｅ
１２ＰＰＴ混联机床的机构组成ＴＴ— Ｔ
２Ｐ — Ｔ并联机床是基于东北大学３Ｔ并联ＴＴＰＴ一
变形结构，该结构存在１作空间复杂、态能力、＝姿运
动学解析求解困难、动控制复杂等不足。为了有效驱解决纯并联机构存在的不足，分发挥串并联机构的充特点，机构的结构设计Ｌ采用混联机构，在常形成了新
设计与研究ＤｉａｓｃｅｎｄｅｒｓｎｅｈｇＲａ
基于Ｗｏｋｅｃｒｂｎｈ的混联机床静刚度分析
李兴山① 蔡光起 ②
（沈阳理工大学机械学院，宁沈阳１０６； ① 辽１１８ ② 东北大学机械工程与自动化学院，宁沈阳ｌ００）辽０４１
ｔｏｓｂｕｌｎＷｏｋｅｃｎｈｔｔｃｓｉｎｓＳｓｕｉｄｗｉｈｄｆｅｅｏｏ．Ｔｈｅｕｔｉｄｃｔｓｔａｏ１ｉｉｉｔｒｂｎｈａｄｔｅｓａｉｔｆｅｓｉｔｄｅｔｉｆｒｎｔｆｒｅｆｅｒｓｌｎｉａｅｈｔ