1、材料成形过程数值模拟报告：ANSYS模拟报告支座零件建模及结构静力模拟分析报告1、问题描述 上图为需要建立的模型的3D示意图，底座为150400的矩形，有通孔的一边两个角有半径为7的倒角，底座上的通孔半径为40，主体为两块交叉的肋板和被支撑圆柱，主肋板为长300厚30的板块，副肋板宽120厚30，空心圆柱体内径为80外径为140。圆柱体上有内径20外径40的小型瞳孔。使用材料为Q235钢材，弹性模量为206000Mpa，泊松比0.3，密度为7840kg/M3,屈服强度为235Mpa。固定底面和通孔不动，对大圆柱内表面施加30Mpa起扩张作用的载荷。2、问题分析选用自顶向下建模的方式。先做一个矩
2、形块为底板，然后再建立一个板块，用矩形块减去板块。然后对底板的两个角进行倒角操作，然后在底板上建立两个圆柱体，用底板减去圆柱通孔。建立一个支撑肋板，再建立一块肋板。变换坐标系，建立大空心圆柱体，利用平面划分将圆柱与肋板分开，然后进行减操作。然后再建立一个半径为20的小圆柱体，用大空心圆柱体减去半径小的圆柱体达到打孔的目的。将小块肋板延长，然后进行修整肋板操作。最后将全部模型进行合并操作。建模完成后划分有限单元格并设置单元尺寸，输入钢材的参数，确定约束条件，对模型大空心圆柱内表面施加30Mpa起扩张作用的载荷，通过软件对受力情况进行分析模拟并保存示意图。3、 模拟计算过程1.定义工作文件名和工作
3、标题1）定义工作文件名：File | Change Jobname，输入文件名称，OK。2）定义工作工作标题：File | Change Title，输入工作标题,OK。3）重新显示：Plot | Replot2.显示工作平面1）显示工作平面：WorkPlane | Display Working Plane2）关闭三角坐标符号：PlotCtrls | Window controls | Window Options | Location of triad | Not shown3）显示工作平面移动和旋转工具栏：WorkPlane | Offset WP by Increments,把角度de
4、grees调整到90，然后通过旋转X,Y,Z轴来建立，X轴在前，Y轴在右，Z轴在上的右手坐标系。 3.生成支座底板1）生成矩形块：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Block | By Dimensions,然后分别输入0，150；0，400；0，40。2）生成矩形块：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Block | By Dimensions,然后分别输入0，150；85，315；0，10。 3）体相减操作：Preprocessor | Modeling | Operate | B
5、ooleans | Subtract | Volumes，先选择被减的基体，OK。在选择要减去的小矩形块，OK。 4.支座底板倒角操作1）面倒角：Preprocessor | Modeling | Create | Areas | Area Fillet，然后用鼠标选择两个相交的平面，回车确定，在曲面半径输入40，回车。之后对另外两面重复操作，得到图片的样子。 2）体用倒角面分开：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Divide | Volumes by area，先选中整个矩形块，回车确认，在依次选中两个倒角面，确认。3）体删除操作：
6、Preprocessor | Modeling | Delete | Volume and Below，依次选中两个个角，确认，删除支座底板的2个角。 5.支座底板打孔操作1）生成第1个圆柱体：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Cylinder | Solid Cylinder输入WP X=110，WPY=40，半径20，高度50，OK。2）生成第2个圆柱体：Preprocessor | Modeling |Create | Volumes | Cylinder | Solid Cylinder输入WP X=110，WPY=360，半径2
7、0，高度50，OK。3）体相减操作：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Subtract | Volumes，先选择被减的基体，OK。再选择两个要减去的圆柱体，OK。 6.生成肋板1）生成矩形块：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Block | By Dimensions,然后分别输入0，30；50，350；40，265。2）生成矩形块：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Block | By Dimensions,然后分别输入
8、30，88；185，215；40，265。3）体积加操作：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Add | Volumes ，点击 pick all了。 7.在肋板上建立空心圆柱1）平移工作平面：WorkPlane | Offset WP by Increments,在上部的框中输入-22，200，240。2）旋转ZX工作平面：WorkPlane | Offset WP by Increments,在下部的框中输入0，0，90。3）生成空心圆柱体：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | C
9、ylinder | solid Cylinder输入WP X=0，WPY= 0，半径1为40，半径2为70，高度120，OK。4）肋板用半径为70的圆柱面分开：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Divide | Volumes by area，选中大圆柱的外表面，OK。5）删除空心圆柱体内部的体块：Preprocessor | Modeling | Delete | Volume and Below，选择大圆柱面内的体积，OK。 8.在空心圆柱上打孔1）旋转ZX工作平面：WorkPlane | Offset WP by Increme
10、nts,在下部的框中输入0，0，-90。2）平移工作平面：WorkPlane | Offset WP by Increments,在上部的框中输入60，0，0。3）生成空心圆柱体：Preprocessor | Modeling | Create | Volumes | Cylinder | Hollow Cylinder，输入WP X=0，WPY= 0，半径1为40，半径2为70，高度120，OK。4）空心圆柱体用半径为40的内圆柱面分开：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Divide | Volumes by area，先选中要分割
11、的小圆柱体，在选中大圆柱内表面，OK。5）删除空心圆柱内部的块体：Preprocessor | Modeling | Delete | Volume and Below，选中圆柱体内的体积，OK。 9.修整肋板1）由关键点生成面：Preprocessor | Modeling | Create | Areas | Arbitrary | Through KPs，依次选择四个点生成如图所示肋面，OK。再在另一方向重复操作。2）用面分解体：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Divide | Volumes by area选择两个肋面，点击
12、OK，用两个肋面分解长为300的肋板。3）删除体操作：Preprocessor | Modeling | Delete | Volume and Below选择两边的体积，OK。 10.增加和修整肋板1）拉伸面模型：Preprocessor | Modeling | Operate | Extrude |Areas Along Normal，选择肋板的前面，长度输入62，OK。2）由关键点生成面：Preprocessor | Modeling | Create | Areas | Arbitrary | Through KPs，依次选择四个点生成如图所示肋面，OK。3）用面分解体：Prepro
13、cessor | Modeling | Operate | Booleans | Divide | Volumes by area，选择用生成的肋面，OK。4）删除体操作：Preprocessor | Modeling | Delete | Volume and Below，选择生成的肋面上边的体，OK。5）体相加操作：Preprocessor | Modeling | Operate | Booleans | Add | Volumes，点击Pick All按钮。6）关闭工作平面：Workplane | Display Working Plane。7）保存实体模型数据。 11.划分有限元网格
14、1）选择单元类型： Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete单击“Add”按钮，弹出“单元类型库”对话框，选择“Solid”中的“Brick8 node 185”选项，单击OK、CLOSE。2）设置单元尺寸命令：Preprocessor | Meshing | Size Ctrls | ManualSize | Globe | Sizesize输入“6”，单击OK。3）生成有限元网格Preprocessor | Meshing | Mesh | Volumes | Free在弹出的拾取框中，单击PICK ALL。4） 保存有限元模型数据。12.
15、输入数据1）Preprocessor |Material Props | Material Models，点击Structural|Linear|Elastic|Isotropic，输入弹性模量2.06e5和泊松比0.3，OK 。2）Preprocessor | Material Props | Material Models，点击Structural|Nonlinear|Inelastic|Rate Independent|Isotropic Hardening Plastic|Mises Plasticity|BIlinear。输入235和0，OK。3）Preprocessor |Mate
16、rial Props | Material Models，点击Structural|Density，输入密度7.84e-6，OK。13.建立约束面Preprocessor | Loads | Analysis Type | New Analysi ,，选择Static。Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply |Structural | Displacement | On Areas,选中左右两边下底面和两个个钻孔。14.建立压力面Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply |Structural | P
17、ressure | On Areas，选择大圆柱上平面，输入30Mpa，OK。15.结果图Solution|Solve|Current LS，OK。 4、模拟结果分析1. X方向应力：由图中可见，空心圆柱内表面的上下部分受X方向应力最大为96mpz，左右部分最小为-25.6mpa，肋板受X方向应力大小基本一致在-12mpa左右，底板受X方向应力也较小，有两块关于中间肋板对称的区域受X方向应力稍大。2. Y方向应力：由图中可见，空心圆柱内表面的左右部分受Y方向应力最大为46mpz，上下部分最小为-29.1mpa，肋板受Y方向应力大小不大，大部分为-12mpa，靠近中间肋板的接缝处为12mpa，底
18、板受Y方向应力均匀且不大，为5mpa左右。且受力关于中间肋板呈对称分布。3. Z方向应力：由图中可见，空心圆柱体的内表面后半部分受Z方向应力最大，为36.45mpa，空心圆柱上表面的小圆柱体接缝周围受Z方向应力最小，为-22.6mpa，其余部分受力均匀为3mpa左右。且受力关于中间肋板呈对称分布。4. 等效应力：由图中可见，最大等效应力为（安全系数取1.5），所以零件属于弹性状态，可安全使用。零件的最大受力处为空心圆柱体的内表面上下处，内表面的下半部分受肋板支撑的地方受力为最大。圆柱体的外表面受力情况则与内表面相反，为两侧较大，上下部分较小。肋板部分的与圆柱体相交处和边界部分，受力较大。底板几
19、乎不受力，只在交界处有轻微受力，且受力关于中间肋板呈对称分布。5. X方向位移：如图所示，零件X方向位移最大的部分为空心圆柱体内表面的左右处，且大小相同，方向相反。肋板和底板位移较小。6. Y方向位移：如图所示，空心圆柱体的前半部分下部Y方向位移为负，空心圆柱体的后半部分上部Y方向位移为正。肋板大部分有较小的负向Y方向位移，底板大部分有较小的正向Y方向位移。7. Z方向位移：由图中可见，零件的最大Z方向位移为空心圆柱体受横向肋板支撑部分的上表面外侧，且随距离此处的距离的增加零件的等效位移减小。零件的位移情况关于中间肋板呈对称分布，圆柱体综合位移最大，肋板次之，底板最小。8. 等效位移：由图中可见，零件的最大位移为空心圆柱体受横向肋板支撑部分的上表面外侧，且随距离此处的距离的增加零件的等效位移减小。空心圆柱体内表面的左右处受力也较大。零件的位移情况关于中间肋板呈对称分布，圆柱体综合位移最大，肋板次之，底板最小。5、分析结论由分析结果图可得出，该支座零件在载荷的作用下为弹性变形状态，安全度较高。且零件的受力和位移都中间肋板呈对称分布。而且受力和位移的最大值基本都分布在零件的大空心圆柱体上，所以此部分为零件的薄弱环节，可以考虑适当加强此部分以增加零件的使用寿命。接缝可以使用加上一定的圆角来减少应力集中的现象。
