3D有限元分析实例-车刀和飞轮.ppt

1、,3D零件的有限元分析问题,车床刀具,应力分析,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-3,应力分析 车床刀具,说明 下面求解一个车床刀具模型的 3-D应力分析。通过下列步骤在通用后处理器中查看结果：1) 画位侈2) 列反力3) 画von Mises 应力4) 动态显示von Mises应力施加不同的约束重新求解，并与第一次的结果进行比较。实体以cm为单位建模,注意:,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-4,2A. 应力分析 车床刀具,第一次求解载荷及材料特性:Psi:磅/英寸2,面高0.2英寸,January 20,

2、 2001 Inventory #001442 W2-5,2A. 应力分析 车床刀具,第二次求解时的荷载及材料特性：,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-6,2A. 应力分析 车床刀具,1. 按教师指定的工作目录，用“cutter”作为作业名，进入ANSYS。 2. 设置 GUI 优先选择 为“结构”: Main Menu Preferences 选择 “Structural”, 然后按OK,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-7,2A. 应力分析 车床刀具,3. 选择 “No defeaturing”，输入 “c

3、utter.igs” IGES 文件: Utility Menu File Import IGES 选择 “No defeaturing”,然后按 OK 选择“cutter.igs,然后按OK 或用命令: /AUX15 IOPTN,IGES,NODEFEAT IGESIN,cutter,igs,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-8,2A. 应力分析 车床刀具,4. 按一定比例转换模型，把厘米单位转换英寸： Main Menu Preprocessor modelingOperate Scale Volumes + 按Pick All 对RX, RY,和

4、 RZ输入 1/2.54 设置 IMOVE为“Moved”, 然后按 OK 或用命令: VLSCAL, ALL, , , 1/2.54, 1/2.54, 1/2.54, , 0, 1Utility Menu Plot Volumes 或用命令: VPLOT,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-9,2A. 应力分析 车床刀具,建立一个小的面,以在面上施加载荷.打开关键点显示开关,显示关键点,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-10,2A. 应力分析 车床刀具,January 20, 2001 Inventory #0

5、01442 W2-11,2A. 应力分析 车床刀具,6. 确定单元类型： Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 按Add . 选择 “Structural Solid” 和 “Tet 10node 92”, 然后按 OK 按Close 或用命令: ET,1,SOLID92,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-12,2A. 应力分析 车床刀具,7. 定义第一组材料的弹性模量为 10e6 (铝): Main Menu Preprocessor Material Props Material M

6、odels Structural - Linear - Elastic - Isotropic 输入 EX = 10e6 (铝的弹性模量，以psi为单位) 输入PRXY = .32 按OK Select Material Exit 或用命令: MP,EX,1,10e6 MP,PRXY,1,.32,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-13,2A. 应力分析 车床刀具,8.激活智能网格，用四面体单元划分实体： Main Menu Preprocessor MeshTool 激活“Smart Size” 设置 Smart Size为4 按Mesh 拾取Pick

7、 All 按Close 或用命令: SMRT,4 MSHAPE,1,3D MSHKEY,0 VMESH,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-14,2A. 应力分析 车床刀具,9. 在面上施加对称约束，约束附加区域： Utility Menu Plot Areas Main Menu Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement -Symmetry B.C.- On Areas + 拾取面 18, 19, 25, 和 26, 然后按 OK 或用命令: DA,18,SYMM DA,19,SYMM DA,25

8、,SYMM DA,26,SYMM,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-15,2A. 应力分析 车床刀具,10. 在顶端施加压力: Main Menu Solution -Loads- Apply -Structural- Pressure On Areas + 拾取面 1, 然后按OK VALUE = 10000 按OK 或用命令: SFA,1,1,PRES,10000,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-16,2A. 应力分析 车床刀具,11. 保存数据库并求解: Click the “SAVE_DB” butt

9、on in the Toolbar (or select: Utility Menu File Save as Jobname.db) Main Menu Solution -Solve- Current LS 观察 “/STATUS Command” 窗口，然后关闭它 按OK 按Close - 求解完成后关闭黄色信息窗口 或用命令: /SOLU SOLVE,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-17,2A. 应力分析 车床刀具,12.观察结果： 12a. 画出位侈： Main Menu General Postproc Plot Results -Con

10、tour Plot- Nodal Solu . 选择 “DOF solution” 和 “Translation USUM”, 选择 “Def + undef edge”,然后按 OK 或用命令: /POST1 PLNSOL,U,SUM,2,1,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-18,2A. 应力分析 车床刀具,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-19,2A. 应力分析 车床刀具,12b. 列出反力: Main Menu General Postproc List Results Reaction Solu .

11、选择 “All items”,然后按 OK 或用命令: PRRSOL,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-20,2A. 应力分析 车床刀具,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-21,2A. 应力分析 车床刀具,12c. 画出von Mises 应力: Main Menu General Postproc Plot Results -Contour Plot- Nodal Solu . 选择“Stress” 和 “von Mises SEQV”, 然后按 OK 或用命令: PLNSOL,S,EQV,January 2

12、0, 2001 Inventory #001442 W2-22,2A. 应力分析 车床刀具,12d. 对模型进行“捕捉”并将其最小化： Utility Menu Plot Cntrls Capture Image 在以后的比较中把窗口最小化,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-23,2A. 应力分析 车床刀具,12e. 动画显示 von Mises 应力： Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Results . 选择 “Stress” 和 “von Mises SEQV”, 然后按 OK 或用命令: PLNSO

13、L,S,EQV ANCNTR,10,0.5,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-24,2A. 应力分析 车床刀具,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-25,2A. 应力分析 车床刀具,13. 关闭动画显示，删除面对称约束： 按Close Utility Menu Plot Areas Main Menu Solution -Loads- Delete -Structural- Displacement On Areas + 拾取面 18, 19, 25, 和26, 然后按 OK 按OK 或用命令: DADELE,1

14、8,ALL DADELE,19,ALL DADELE,25,ALL DADELE,26,ALL 14.对面18, 19,和26施加 全部自由度 约束 : Main Menu Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Areas + 拾取面18, 19, 和 26,然后按OK 选择 “All DOF” ,然后按OK 或用命令: DA,18,ALL DA,19,ALL DA,26,ALL,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-26,2A. 应力分析 车床刀具,改变标题: Utility Menu F

15、ile Change Title 键入标题: Lathe Cutter - with ALL DOF constraint on areas at hole 按OK 16. 保存数据库并求解: 在工具条上拾取 “SAVE_DB” (或选择: Utility Menu File Save as Jobname.db) Main Menu Solution -Solve- Current LS 按OK 按Close 或用命令: SAVE /SOLU SOLVE 17. 观察结果: Main Menu General Postproc Plot Results -Contour Plot- Noda

16、l Solu . 选择 “Stress” 和 “von Mises SEQV” 按OK 或用命令: PLNSOL,S,EQV,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-27,2A. 应力分析 车床刀具,打开前面分析最小化的结果以比较结果,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-28,2A. 应力分析 车床刀具,17. 存储并退出ANSYS: 在工具条上拾取“QUIT” (或选择: Utility Menu File Exit.) 选择 “Save Everything” 按OK 或用命令: FINISH /EXIT,ALL,

17、轮,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-30,轮,说明 用自由及映射网格对轮模型进行混合的网格划分. 说明 在图示模型上施加荷载并用PCG求解器求解. 模型已用SOLID45、 SOLID95、 SOLID92块体单元划分了网格 ， SOLID95用于棱锥处 , SOLID92 用于tets. 杨氏模量为 30e6 psi，泊松比为0.32,密度为 0.00073 lbf-s2/in4.,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-31,轮,荷载,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-

18、32,网格划分 轮,1. 按教师指定的工作目录，以 “wheel-3d”为作业名，进入ANSYS.或清除 ANSYS 数据库，改换作业名为 “wheelb-3d”: Utility Menu File Clear & Start New . Utility Menu File Change Jobname . 2. 恢复 “wheelb.db1” 数据库文件: Utility Menu File Resume from 选择 “wheelb.db1” 数据库文件, 然后选择 OK 或用命令: RESUME,wheelb,db1 3. 进入前处理器，用工作平面切分体 : Main Menu Pr

19、eprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane + 拾取Pick All Utility Menu Plot Volumes 或用命令: /PREP7 VSBW,1 VPLOT,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-33,网格划分 轮,4. 平移工作平面到19号关键点: Utility Menu WorkPlane Offset WP to Keypoints + 选择如图所示的19号关键点, 然后选择 OK 或用命令: KWPAVE,19,January 20, 2001

20、Inventory #001442 W2-34,网格划分 轮,5. 以工作平面切分体: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Divide Volu by WrkPlane + 拾取Pick All Utility Menu Plot Volumes 或用命令: VSBW,4 VPLOT,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-35,网格划分 轮,6. 关闭工作平面，设置总体单元尺寸为 0.25: Utility Menu WorkPlane Display Working Plane Ma

21、in Menu Preprocessor MeshTool 设置大小控制为Global，按 Set 设置SIZE = 0.25 按OK 或用命令: WPSTYLE ESIZE,0.25 7. 用SOLID45单元，对四个外部的体进行映射网格划分 (TYPE 1): Main Menu Preprocessor MeshTool 在Shape下选择 “Hex” 和 “Mapped” : 按Mesh 拾取四个外部的体 (体号 1, 2, 3, 和 5) 按OK 或用命令: MSHAPE,0,3D MSHKEY,1 VMESH,1,3,1 VMESH,5,January 20, 2001 Inven

22、tory #001442 W2-36,8D. 网格划分 轮,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-37,8D. 网格划分 轮,8. 用SOLID95单元，对内部的体进行自由网格划分 (TYPE 2): Main Menu Preprocessor MeshTool 单击单元属性（Element Attributes）下的 Set : TYPE = “2 SOLID95”, 然后选择 OK 设置大小控制为Global，按 Set 设置SIZE = 0.2 按OK 在Shape 下选择 “Tet”和“Free” : 按Mesh 拾取内部的体 (体号 6) 按O

23、K 或用命令: TYPE,2 ESIZE,0.2 MSHAPE,1,3D MSHKEY,0 VMESH,6,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-38,8D. 网格划分 轮,9. 将 SOLID95单元转变为 SOLID92单元: Main Menu Preprocessor -Meshing - Modify Mesh Change Tets . 按OK 或用命令: TCHG,95,92 10. 选择并画出 SOLID95 四面体单元: Utility Menu Select Entities . 选择 “Elements”, “By Attribute

24、s”, “Elem type num” 设置 Min,Max,Inc = 2 按OK Utility Menu Plot Elements 或用命令: ESEL,S,TYPE,2 EPLOT,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-39,网格划分 轮,11. 选择 “全部实体”并保存数据库 : Utility Menu Select Everything Utility Menu Plot Elements Utility Menu File Save as 输入数据库文件名“wheelb-3d-mesh.db”, 然后选择 OK 或用命令: ALLSEL,

25、ALL EPLOT SAVE,wheelb-3d-mesh,db 11. 退出ANSYS: 在工具条中选择 “QUIT” 选择 “Quit - No Save!” 按OK 或用命令: FINISH /EXIT,NOSAVE,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-40,加载和求解 轮,荷载,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-41,加载和求解 轮,1. 指定的工作目录，用 “wheelb-omega” 作为作业名，进入ANSYS。 2. 恢复数据库文件“wheelb-omega.db1” : Utility Menu

26、File Resume from 选择 “wheelb-omega.db1” 文件, 按 OK 或用命令: RESUME,wheelb-omega,db1 3. 选择名为 “areas_1”的面: Utility Menu Select Comp/Assembly Select Comp/Assembly . 按OK Utility Menu Plot Areas 或用命令: CMSEL,S,AREAS_1 APLOT 4. 在选择的面上施加对称边界条件: Main Menu Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement -Symmetry

27、B.C.- On Areas + 拾取Pick All 或用命令: /SOLU DA,ALL,SYMM,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-42,加载和求解 轮,5. 选择全部实体并画面: Utility Menu Select Everything Utility Menu Plot Areas 或用命令: ALLSEL,ALL,ALL APLOT 6. 为防止刚性位移，约束节点33 Y方向位移: Main Menu Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Nodes + 在ANSYS输入

28、窗口输入结点号 “33” 并按 Enter 按OK 设置 Lab2 = “UY”, 按 OK 或用命令: D,33,UY 7. 施加绕Y轴的转动速度 525 rad/sec : Main Menu Solution -Loads- Apply -Structural- Other Angular Velocity . 设置 OMEGY = 525 按OK 或用命令: OMEGA,0,525,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-43,加载和求解 轮,8. 选择 PCG 迭代求解器: Main Menu Solution -Analysis Type- So

29、ln Control . 打开 “Soln Options” 选项 选择“Pre-Condition CG”求解器, 按 OK 或用命令: EQSLV,PCG,1.0E-8 9. 存储数据库文件并求解: 在工具条上拾取 “SAVE_DB” (或选择: Utility Menu File Save as Jobname.db) Main Menu Solution -Solve- Current LS 按OK 或用命令: SAVE SOLVE,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-44,11C. 加载和求解 轮,10. 求解完成后，进入通用后处理器，画von

30、 Mises应力 (SEQV): Main Menu General Postproc Plot Results -Contour Plot- Nodal Solu 选择 “Stress”和 “von Mises SEQV”, 按 OK 或用命令: /POST1 PLNSOL,S,EQV,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-45,定义局部坐标系 Local,11,1,0,0,0,0,-90,0,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-46,加载和求解 轮,11. 沿局部坐标系11（柱坐标系）的Z轴扩展结果 Utilit

31、y Menu WorkPlane Change Active CS to Specified Coord Sys 设置KCN = 11 按OK Utility Menu PlotCtrls Style Symmetry Expansion User-Specified Expansion . 设置NREPEAT = 16 设置TYPE = “Local Polar” 设置PATTERN = “Alternate Symm” 设置DY = 22.5 按OK 或用命令: CSYS,11 /EXPAND,16,LPOLAR,HALF,22.5 /REPLOT,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-47,加载和求解 轮,12. 关闭扩展选项: Utility Menu PlotCtrls Style Symmetry Expansion No Expansion Utility Menu Plot Replot 或用命令: /EXPAND /REPLOT 13. 存储并退出ANSYS: 在工具条上拾取“SAVE_DB” 在工具条上拾取“QUIT”,January 20, 2001 Inventory #001442 W2-48,