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1、实验课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用实验项目名称Ansys建模及求解实验成绩实验者张翅腾飞专业班级材科xs1101组别同组者实验日期2014年5月7日第一部分：实验分析与设计（可加页）一、实验内容描述（问题域描述）1、实验目的：创建实体的方法，工作平向的平 接、搭接，模型体素的合并，基本网格划分，基本力2、实验内容：轴承座的实体建模、网格划分、轴承座轴瓦 7移及旋4 口载、求 加载、5 可卜作用;（5000 psi.专，布尔运算（相减、粘 解及后处理。代解及后处理力）四个安装孔径* 41向约束（对称）沉孔上（1000二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确, 算法描述）1
2、 .有限元方法的用途结构分析用于确定材料结构的应变、应力及反作用力等有限元方法 方法，离散化是有限元方法的基础。然而，这种思想自古彳 世纪前后古希腊埃利亚学派哲学家）曾说过：空间是有限白 在必有大小。亚里士多德（Aristotle古布腊大哲写元素组成。古代人们在计算圆的周长或面积时就米用一 多边形和外切多边形从两个不同的方向近似描述圆的周1 加 时近似值将从这两个方向逼近真解。2 .有限元法求解的步骤（原理上求解）（1）将结构划分成单元结合体一一离散化（2）建立单元上各种量之间的关系一一单元特性 （3）将单元特性进行集成，获得结构的整体特性不 （4）解代数方程组求节点位移一一求解单元应力E 3
3、.本次实验采用Ansys软件来进行轴承座的实体建模、 体实验步骤如下：（1）创建基座模型的推力psi.）定，试验2强处理连2 马之。齐 勺和无限工 之家，和J离散化1口平衡方用网格划笠轴承座底部约束（UY=0）龙骤等，用硬件逻辑或者卖介质问题的一种普遍若（Zeno公元前5可分的。故，事物要存卜学家）也讲过：连续体由可分的的逼近方法：即采用内接当多边形的边数逐步增呈一一整体分析、加载、求解及后处理，具a、生成长方体操作：Main Menu : Preprocessor-Create-Block-By Dimensions , 输入 x1=0,x2=3,y1=0,y2=1,z1=0,z2=3;b、
4、平移并旋转工作平面操作：Utility Menu-WorkPlane-Offset WP by Increments ,X,Y,Z Offsets 输入 2.25,1.25,.75 点击 Apply ,XY, YZ, ZX Angles 输入 0, 90 点击 OK c、创建圆柱体操作：Main Menu : Preprocessor-Create-Cylinder- Solid Cylinder,Radius 输入 0.75/2, Depth 输入1.5，点击 OK d、拷贝生成另一个圆柱体操作：Main Menu : Preprocessor-Copy-Volume拾取圆柱体，点击Appl
5、y, DZ 输入1.5然后点击OK e、从长方体中减去两个圆柱体：Main Menu : Preprocessor-Operate-Subtract Volumes首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，点击OKf、使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致操作：Utility Menu-WorkPlane-Align WP with- Global Cartesian;获得如下图所示图形：(2)创建支撑部分：a、Utility Menu: WorkPlane - Display Working Plane (toggle on),b、Main Menu: Preprocesso
6、r - -Modeling-Create - -Volumes-Block - By 2 corners & Z,c、在创建实体块的参数表中输入下列数值：WP X = 0WP Y = 1Width = 1.5Height = 1.75Depth = 0.75然后点击OKd、Toolbar: SAVE_DB ,防止误操作导致文件丢失；第2步走之后获得如下图形：(3)偏移工作平面到轴瓦支架的前表面：a、Utility Menu: WorkPlane - Offset WP to - Keypoints +1 .在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点2 . OKb、 Toolbar: SAVE_DB获
7、得如下图形：Cylinder(4)创建轴瓦支架的上部：a、Main Menu: Preprocessor - Modeling-Create - Volumes-Cylinder - Partial +1) .在创建圆柱的参数表中输入下列参数：WP X = 0WP Y = 0Rad-1 = 0Theta-1 = 0Rad-2 = 1.5Theta-2 = 90Depth = -0.752) . OK3) Toolbar: SAVE_DB获得如下图形：（5）在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备：a、Main Menu: Preprocessor - Modeling-Create -
8、 Volume-Cylinder - Solid Cylinder +1 .）输入下列参数：WP X = 0WP Y = 0Radius = 1Depth = -0.18752 .）拾取 Apply3 .）输入下列参数：WP X = 0WP Y = 0Radius = 0.85Depth = -24 .）拾取OK如下图所示：(6)从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔：a、Main Menu: Preprocessor - Modeling-Operate - Subtract - Volumes +1 .拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体，单击 Apply ;2 .拾取大圆柱作为“
9、减”去的对象，单击 Apply ;3 .拾取步1中的两个体，单击 Apply4 .拾取小圆柱体，单击 OKb、 Toolbar: SAVE_DB获得如下图形：c、合并重合的关键点：Main Menu - Preprocessor - Numbering Ctrls - Merge Items,将 Label 设置为 Keypoints ”,单击OK(7)创建一个关键点a、在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点：Main Menu Preprocessor -Modeling- Create Keypoints KP between KPs +b、拾取如图的两个关键点，单击OKc、RATI
10、= 0.5, 单击OK步骤示意图如下所示：(8)创建一个三角面并形成三棱柱：a、Main Menu - Preprocessor - -Modeling- Create - -Areas- Arbitrary - Through KPs +1 .拾取轴承孔座与整个基座的交点。2 .拾取轴承孔上下两个体的交点3 .拾取基座上上步建立的关键点，单击OK完成了三角形侧面的建模。4 .沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。(1) - Main Menu- Preprocessor - -Modeling- Operate - Extrude - -Areas- AlongNormal +(2)拾取三角面
11、,单击OK5. 输入DIST = -0.15 ，厚度的方向是向轴承孔中心,单击OKb、 Toolbar: SAVE_DB如下图所示：(9)关闭 working plane display :Utility Menu: WorkPlane - Display Working Plane (toggle off)(10)沿坐标平面镜射生成整个模型：a、Main Menu: Preprocessor - Modeling-Reflect - Volumes +1. 拾取All2. 拾取 “Y-Z plane ,单击 OKb、 Toolbar: SAVE_DB如下图所示：(11)粘接所有体：a、Mai
12、n Menu: Preprocessor - Modeling-Operate - Booleans-Glue - Volumes + 拾取AllToolbar: SAVE_DB如下图所示：(12)定义单元类型1为10-节点四面体实体结构单元(SOLID92):a、Main Menu: Preprocessor - Element Type - Add/Edit/Delete .1. Add2. 选择 Structural-Solid,并下拉菜单选择“Tet 10Node 92 ”单击 OK3. Close(13)定义材料特性：a、Main Menu: Preprocessor - Mater
13、ial Props -Constant Isotropic1. OK (将材料号设定为1)2. 在 “Young s Modulus EX ” 下输入：30e6 单击 OKb、 Toolbar: SAVE_DB(14)用网格划分器 MeshTool将几何模型划分单元：a、Main Menu: Preprocessor - MeshTool.1 .将智能网格划分器(Smart Sizing )设定为“on”2 .将滑动码设置为“8” (可选：如果你的机器速度很快，可将其设置为“7”或更小值来获得更密的网格)3 .确认 MeshTool 的各项为：Volumes, Tet, Free4 . MES
14、H5 . Pick All说明：如果在网格划分过程中出现任何信息，拾取OK 或Close”。划分网格时网格密度可由滑动码控制，滑动码的调节范围从0-10 ,当数值较大时网格稀疏，反之，网格加密。6 .关闭 MeshToolb、 Toolbar: SAVE_DB(15)约束四个安装孔：a、Main Menu: Solution - Loads-Apply - Structural-Displacement -Symmetry B.C.-On Areas +1 . 绘出 Areas (Utility Menu: Plot- Areas)2 .拾取四个安装孔的8个柱面(每个圆柱面包括两个面)说明：在
15、拾取时，按住鼠标的左键便有实体增亮显示，拖动鼠标时显示的实体随之改变，此 时松开左键即选中此实体。单击OK(16)整个基座的底部施加位移约束 (UY=0)Main Menu: Solution - Loads-Apply - Structural-Displacement - on Lines +1 .拾取基座底面的所有外边界线，picking menu 中的 “count” 应等于6 ,单击OK2 .选择UY作为约束自由度，单击 OK3 17)在轴承孔圆周上施加推力载荷：a、Main Menu: Solution - Loads-Apply - Structural-Pressure - O
16、n Areas +1 .拾取轴承孔上宽度为.15 ”的所有面2.OK3 .输入面上的压力值“ 1000 ”，单击 Apply4 . Utility Menu: PlotCtrls - Symbols5 .用箭头显示压力值，(Show pres and convect as ),单击 OK6 18)在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷，这个载荷是由于受重载的轴承受到支撑作用而产生的。a、While still in - LoadsApply - Structural-Pressure - On Areas +1. 拾取宽度为.1875 ”的下面两个圆柱面2. OK3. 输入压力值50004. OK
17、b、 Toolbar: SAVE_DB(19)求解：a、Main Menu: Solution - Soke-Current LS1 .浏览status window中出现的信息，然后关闭此窗口。2 .OK (开始求解).关闭由于单元形状检查而出现的警告信息。3.求解结束后，关闭信息窗口。(20)绘等效应力(von Mises)图；a、Main Menu: General Postproc - Plot Results - Contour Plot-Nodal Solu1 .选择 stress2 .选择 von Mises3.OK(21)应力动画：a、Utility Menu: PlotCtr
18、ls - Animate - Deformed Results .1 .选择 stress2 .选择 von Mises3.OKb、播放变形动画，拾取MediaPlayer的 键。(22) Exit.Toolbar: QUIT1.Save Everything2.OK第二部分：实验调试与结果分析(可加页)三、调试过程(包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等)1、实验数据记录(1)下图所示为等效应力图：FlLh匕1 1*1.6111 1. ff-M-JcPllIM- P KT M-IB-LF1zJ至回JM1刷里登1匈凰配B rrefereBCRk 田 T:rcpr*E
19、5 5or 田 S*Lxtin 曰1GenerkL FoislrrocB B*tKtf4l ia, 0=*、I1-CXSM) pe-n sart 6 m 5 - Q d|rrreLLLIIE 国后 llr回回re臣EJ 电回向回用西画wS：NKOI1H103 ldoaC1851- XK2 WC C9- WC 56SIOO - XW (I AOBS I-BMU t- aru f-flJIS“mr bitii(3 3*MS 71；彳3 Q)rr *Wt |W J4l(| |”$ (j) e 八a。TJ B *IV1 3“11 EJiwF* tnTH33” “=:曰“J 八UDT*r 5” It)
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23、IMB ;3s 91w 口 g E ，CIT? JXcsbks E3 GfbJ上Id? $-r SAE可HT1-Ites s i -s Ka4与3匕耳队 pxl二%K-5 一fl，I3zu !73 七7川二工习：二三 ww-31，slgrv02、实验过程中遇到的问题：(1)第六步中应该先减去小圆再减去大圆，不能同时操作。(2)第八步中创建一个三角面并形成三棱柱，要注意三棱柱厚度的方向，应当朝内。(3)第十七十八步应当注意力的方向以及施力的位置。四、实验结果及分析(包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等)1、结果描述：a、应力施加后物体的最大位移Dmax=0.001895mmb、应力最大的位置位于轴承孔的下部分，最大应力为Smx=15813MPac、应力最小的位置位于基座的上顶角处，最小应力为Smn=67.352MPa