阶梯轴ANSYS静态分析与模态分析

1、阶梯轴ANSYS静态分析与模态分析卜面来做轴的静态分析:1定义工作文件名和工作标题（过程略）2显示工作平面（过程略）3利用矩形面素生成面1) 生成矩形面： Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions , 在对话框的“ X-coordinates ”和“Y-coordinates ”后面输入栏中分别输入下 列数据：X1=0, X2=260, Y1=0, Y2=70,单击 “Aplay" X1=260, X2=380, Y1=0, Y2=75, 单击 “ Aplay" ；XI=380,X2=

2、420,Y1=0 ,Y2=100 ,单击“ Aplay " ；X1=420 ,X2=660 ,Y1=0 ,Y2=80 ,单击“Aplay"； X1=660, X2=800, Y1=0, Y2=75,单击 “ ok” ；生成的结果如图AREASTYPE NOHAIMSYSAPR 16 201420:49:463110104687 张旭2）矩形面相加操作：Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Area§ 出现一个拾 取框，单击“ Pick All ”，则完成相加操作，生成的结果如图AREASANSY!TYPE N

3、UMIS iOH 20:51:53311010667 张旭4由面绕轴线生成体1）面绕轴线操作：Main Menu>Preprocessor>Operate> Extrude>About Axis , 出现一个拾取框，单击“ Pick All ”又出现第二个拾取轴心线两端点的拾取 框，用鼠标在图形上分别拾取编号为“1、18”的关键点，然后单击“ OK,又弹出一个对话框单击“ OK .2）保存到 文件中：Main Menu> File>Save As, 弹出一个对话框，在 “Save Database to ”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“shaft.D

4、B”,单击“ OK .5生成A-A键槽1）移动工作平面：在 “ Offset WP by Increments ” 中的 “X, Y, Z Offset ” 下面的输入栏中输入“85, 0, 40"（A-A键槽左侧圆弧中心），并按“Enter” 键确认。2）生成一个圆Main Menu>Preprocessor>Create> Cylinder>Solid Cylinder, 弹出一 个对话框，在其输入栏中分别输入“ Radius=25, Deoth=50"，单击“OK。3） 生成一个块： Main Menu>Preprocessor>C

5、reate> Block>By Dimensions , 弹出一个话框，在其输入栏中输入的数据如图所示，单击OEVOLUMESANSYS2014TYPE31101046874）移动工作平面：在“ Offset WP”中的“X, Y, Z Offset ”下面的输入栏中 输入“130, 0, 0”，并按“Enter”键确认。5）生成第二个圆柱体：Main Menu>Preprocessor>Create> Cylinder>Solid Cylinder ,弹出一个 对话框，在其输入栏中分别输入“ Radius=25, Deoth=50"，单击“OK。

6、生 成的实体如图所示。6) 进行减操作： Main Menu>Preprocessor>Operate>Substract>Vumes,弹出 第一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“ V1, V2”的体素，单 击“OK"，又弹出第二个拾取框，这时用鼠标在图形分别拾取编号为“V5, V6, V7”的体素，单击“ OK”7)体相加操作：Main Menu>Preprocessor>Operate>Add>Wlumes,弹出一个 拾取框，单击“ Pick All”ANSYSAREASTYPE HUMAPR IB 2014 21:13:29

7、31101046B7 张旭6生成B-B键槽1）移动工作平面到关键点上：UtilityMenu>Workplane>OffsetWPto>Krypoints,出 现一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“ 17”的关键点（轴肩根部表 面点）,单击“OK”。2）移动工作平面：在“ Offset WP”中的“X, Y, Z Offset”下面的输入栏中输 入 “65, 0,-30”,并按 “Enter” 键确认。3）生成一个圆柱体：Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder>Solid Cylinder, 弹出一个对话框，

8、在其输入栏中分别输入“Radius=25,Deoth=50"，单击“OK”。4）生成一个块：Main Menu>Preprocessor>Create> Block>By Dimensions 弹出一 个对话框，在其输入栏中输入的数据如图所示。5）移动工作平面：在“ Offset WP”中的“X, Y, Z Offset”下面的输入栏中输 入“130, 0, 0”并按“Enter”键确认。6）生成二个圆柱体： Main Menu>Preprocessor>Create> Cylinder>Solid Cylinder; 弹出对话框，在其

9、输入栏中分别输入“ Radius=25, Deoth=50"，单击“OK”。 生成的实体如图所示。ANSYSVOLUMESTYPE MUM3110101687 zhangxu7）进行减操作：Main Menu>Preprocessor>Operate>Substract>Volumes ,弹出第 一个拾取框，用鼠标在图形屏幕上拾取编号为“ V1,”的体素，单击“ OK,又 弹出第二个拾取框，这时用鼠标在图形分别拾取编号为 “V2, V3, V4”的体素， 单击“OK。APB LB 2014 21：51：1STYPE31101016B7 Ehangxu8）保存数

10、据结果：Main Menu> File>Save As,弹出一个对话框，在 “ Save Database to下面的输入栏中输入用户自定义的文件名 “Shaftl.DB"，单击 “ OK”。9）闭工作平面显示：Utility Menu>Workplane>Display Working Plane。7生成有限元模型1）选择单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,弹出一个如图所示的对话框，单击“ Add”又弹出一个对话框，在选择框 中分别选择“ Structural S

11、olid”和“Tel 10node 92',单击“OK”又单击图 3-17上的“Close”。则完成单元类型的选择.2）设置材料属性：执行 Main Menu>Preprocessor>Meterial Props>Meterial Models 命令，选择 Structurallinerelasticisotropic,在 EX 和 PRXY 中输入 2e11 和 0.3。再选择 Desity,输入 7800.3）设定单元的尺寸大小：Main Menu>Preprocessor>Size Cntrls>-Global- Size ,弹出一个如图所示

12、的对话框，在“Element edge length”后面的输入栏中输入 “10”，单击“OK”。4）采用自由网格划分方式生成网格：Main Menu>Preprocessor>Mesh>-V olumes- Free,出现一个拾取框，单击“ Pick All”，生成的网格如图所示。5）保存有限元模型数据到文件：Main Menu> File>Save As,弹出一个对话框，在"SaveDatabase to”下面的输入栏中输入用户自定义的文件名“ Shaft1.DB"，单击“ OK”8施加载荷约束及求解阶梯轴所承受的应力一般由两个部分组成：

13、弯矩和扭矩。通常情况下，我们认为 阶梯轴为传动轴，所以我们在实际分析中只考虑阶梯轴承受扭矩的问题。 而阶梯轴的扭矩按实际情况一般分布在键槽的一个侧面，而且往往是成对出现的，所以我们五阶阶梯轴进行载荷加载时，主要考虑加载在键槽一侧的均布应力的情况且 成对出现。1）选取菜单 Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply | Structural | Displacement | On nodes将会弹出拾取对话框，选择键轴最两边点，单击对话 框中的“OK”按钮，选择ALL DOF。完成施加约束操作。2）选取 Main Menu |

14、Solution | Define Loads | Apply | Structural Pressure |On Areas 将会弹出拾取对话框，选择两个键槽相反的侧面，单击“ OK”按钮，弹出另一 对话框，在Load PRES value项输入“50”单击“OK”完成施加载荷操作。3）选取菜单路径 Main Menu | Solution |Solve|Current LS弹 Solve Current Load Step 对话框，单击“ OK”开始求解，求解结束后，关闭相应对话框。4）选取菜单路径 Main Menu General Postproc|Plot Results|Conto

15、ur Plot|Nodal Solu 将 弹 出 Contour Nodal Solution Data 对 话 框， 选 择 Nodal Solution|DOF Solution|Displacement vector sum# 得到如位移图。可以看出轴在传动过程中由于两个键槽传递相反方向的力矩，键槽凸向了相反 方向。5）选取菜单路径 Main Menu General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu 将 弹 出 Contour Nodal Solution Data 对 话 框， 选 择 Nodal Solution|Stres

16、s|von Mises Stres脩得到如下应力图从图中可以看出，键槽的底部的应力最大6）选取菜单路径 Main Menu General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu 将弹 出 Contour Nodal Solution Data 对话框，选择 Nodal Solution|Elastic Strain|von Mises Elastic Strain等得到弹性形变图ANSYSNOCAL SOLUTION188,399DHX的SMXAPR IB 201423:41:1512S.721l7.5O710.82916.614>,

17、36589 1 孙 399STEP-l 5UB =1 TIME=1 SE® *,117E-06.3653942.151S3.93621,25863.04可3110104687 zhaugxu模态分析调出保存的Shaftl.BD文件1指定分析类型和分析选项1）选择菜单 Main Menu>Solution>Analysis Type>New Anlysis ,出现对话框.2）选择Modal项单击OK./ New AnalysisANTYPE Type of analysisC Static J-J<* ModalC Harmonic TransientC Spe

18、ctrum Eigen BucklingC Substructuring/CMSOK ICancel IHelp I3)选择菜单 Main Menu>Solution>Anlysis Type>Anlysis Option,设置如下:A Modal Airily si sM0DOPT Mode extraction method n a 14 in muai Him in na a 11 n(* Block LanczosC PCG LanczosC ReducedC Un&ymmetricC DampedC QR DampedC SupernodeNo. of mo

19、dels to extract5(must be specified for all methods except the Reduced method) MXPANDExpand mode shapes屏 Yes乒Ves忖MODE No. of modes to expandEkalc Calculate elem results?LUMPM Use lumped mass approx?厂 NoPSTRES Ind prestress effects?厂 NoCancel4）施加约束条件，选择两个圆端面2将模态扩展并求解1 ） 选择菜单 Main Menu>Solution>L

20、oad Step Opts>ExpansionPass>Single Expand>Expand Modes 弹出对话框2）在 No. of modes to expand中输入 53）选择菜单 Main Menu>Solution>Solve>Current LS,开始求解4）求解完成，关闭窗口3进行结果后处理1）选择菜单 Main Menu>General Postproc>Result Summary观察弹出的信息然后 关闭S ET. LI GT C m1rFile* INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *

21、SETTIME/FREQLOAD STEPSUBSTEPCUMULATIUE11.595811122.105212232.192413342.944614453.6875i552）选择菜单 Main Menu>General Postproc>Read Results>First Set3）执行 Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot>Nodal Solu,在弹出 的对话框中,分别选择 “ DOF Solution” 下面的 “ Displacement vecter sum ,"

22、;Stress" 下面的 “von Mises stress 不口 “Elastic Strain” 下面的 “von Mises Elastic Strain", 分别得到在第一阶频率下的相对位移图，相对应力图和相对应变图如下STEP-1 SUB =1 FREQ=1.596USUM (AVG)RSYS-0 DMX =.735E-05SMX =.735E-05APR 19 2014 21:31:300.163E-05.327E-05.490E-05.653E-05.816E-06.245E-05.408E-05.571E-05.735E-05NODAL SOLUTIONST

23、EP«1SUB =1 FREQ=1.596SEQV (AVG)DMX -.735E-05SMN =3.237SMX =43403110104687 zhangxuANSYSAPR 19 201421:32:013.237966.9911931485.114144928943858241333764340201421 BE-10488E-08974E-0G31101046B721BE-10219E-O7NODAL SOLUTION146E-07,170E-074）依次执行1） -3）得到各阶的相对位移图，相对应力图和相对应变图二阶3110104-687 zhangxuNOQAL SOL

24、UTIONSUB =2FREQ-2.105U5UH (AW!R5YS-0DMX =U91E-05SMX =a491E-05ANSYSAfR 19 2014,109E-Q5218E-05.327E-05.436E-05545E-06.164E-05-273E-05-3S2E-05«491E-05ANSY!40.硅 5171633905065674QBlfl.091255342285503757B311010468? ihAngxu1KODAL SOLUTIONFREQ=2,105SEGfV (AW5)CMX -+491£-05SMN =40-6255IEP=1SOB .2AP

25、R 19 201421£33：IQNOD&L SOLUTION5IEP=1 SUB .2 FREQ=2.105 EPELEQV (AWS) DMX -+491£-05SMN =.268E-09 SMX =.3a0E-07ANSYSAPR 19 201421i33:37.865E一期4 170E-Q7.254E-07+338E-07.44CE-0S.12SE-07.212E-07.296E-07.36OE-D73110104687 zhangxu三阶1 NODAL SOLUTIONSTEP=1 SUB =3 FREQ=2.192APR 19 201421:34:08U

26、SUM(AVG).170E-05.283E-05.396E-05RSYS-0 DMX -.509E-05 SMX =.509E-05.566E-063110134687 zhangxu.509E-05NODAL SOLUTIONANSYSSTEP-1 SUB -3 FREQ-2.192APR 19 2014 21:34:29SEQV(AVG)DMX -.509E-05SMN =15.373SMX =628215.3731408711.642800419355862104349748896282NODAL SQLUTIOW,279E-07,105E-09.707E-0B,140E-07.210E-07.105E-07.245E-07.314E-07STEP-1SUB =3EREQ=2.152EPELEQV (A峋DHX -.5D9E-05SMN =105E-O9SMX =.314E-07APR 19 201421:4O:1C3110104687 zhangxu四阶NODAL SOLUTIONSTEP=1St® =4 FKEQ-2.94S U50M (KVB R5YS-0 DHX =WE-05 SMX =,441E-05ANSYSAPR 19 2014r- 0 9BTE-M.197E