ANSYS大作业扳手有限元分析

1、弹性力学与有限元法扳手有限元分析摘要运用ANSYS软件中参数化语言设计与蒙特卡罗法相结合的随机有限元法，以扳手为研究对象,选择扳手的多种设计参数和作用载荷为随机变量,在假定的统计分布情况下进行扳手的强度可靠性分析。运用增量求解的非线性有限元分析方法，采用扩展的拉格朗日算法和库仑摩擦模型计算扳手中的摩擦接触问题，得到了扳手应力应变精确的数值解，通过分析发现该产品应力应变不均布，存在应力集中区域，而其余不少区域应力和应变较小，材料富余。应用UGNX对扳手进行三维建模，基于ANSYS有限元分析平台下显示静力学模块(StaticStruetural)建立扳手静力学模型，对扳手进行应力分析和变形量分析。

2、经分析计算，找出设计结构齿根断裂破坏原因，从而对原结构进行改进。1关键词：扳手；有限元法；ANSYS；引言扳手是一种常用的安装与拆卸工具，是利用杠杆原理拧转螺栓、螺钉、螺母和其他螺纹紧持螺栓或螺母的开口或套孔固件的手工工具。扳手通常用碳素或合金材料的结构钢制造。蒙特卡罗法亦称统计模拟方法，是Metropolis在第二次世界大战期间提出的用于研究与原子弹有关的中子输运过程的一种方法。该方法目前已经广泛应用于多种学科对随机过程的统计模拟，如计量过程中不确定度的评定和分析、高等数学中数值积分和规划问题的求解、实验探测器的模拟以及数值分析、工程结构的可靠性及灵敏度分析等。2采用蒙特卡罗法对大量的随机过

3、程进行建模以及仿真模拟分析，可以使复杂的随机问题得到解决。特别是计算机的出现，通过计算机软件使大量繁琐运算通过计算机得以完成，大大提高了蒙特卡罗方法的应用范围和工作效率。31扳手模型建立在UGNX中建立扳手模型，UGNX版本太高，ANSYS不能直接识别其文件，需要另存为Step格式。图1在UGNX中绘制的扳手模型2在ANSYSWorkbench中建立工程文件2.1 打开StaticStructural在Geometry中导入Step文件，打开Model选项。图2导入ANSYS中的扳手模型211静力学理论计算建立平衡微分方程和剪应力互等定理:+X=0QtQgdxAssignment选择Struc

4、turalSteel。表1扳手材料属性参数11名称弹性模量/GPa泊松比密度/kgm-3扳手2100.37.85x1033.4对模型进行约束和加载3.4.1对模型进行约束Supports-Displacement，选定扳手与螺母接触的两个面，限制移动，X,Y,Z都设置位移0.0mm。*4Mk处TiIn乍li2/Q19sJ1_|DisplMtrnffttr*mpOA+*WI0i,i0iHi-im1500图5设置位移约束，固定扳手一端3.4.2对扳手进行力口载给扳手另一端施加载荷，Pressure,lO.OMPa。Timf；1.sANSYSR17.0.Rr.IMB15X)0R17.0图6施加载荷3

5、.5显示运行的结果3.5.1 TotalDeformationA:AtkflrqiciyiialTfflalD?hprrrtflionTypw-jTialDrloirrtdiiiXiUr-t7EETime:12019/12/61940偏加i.9513汕7即2-M3BI加I虽的趣巧g0J7B75g简Mq吉jTirri20图7TotalDeformation,ShowElementsA;SUtkirwiyraiTot鼻IDieforrTifitionTRpft;TigftfilDsborrnfitionUnit:mmTime:12D19/12,192DiD04.1M9Mix33013-35132-

6、97262.39361；1150-95752WT时0Min图8TotalDeformation,ShowUndeformedWireFrame3.5.2 EquivalentStressANSYSfilT.OA:StAlklrutunlFqukdlentStFEi-sType：Ecp.iMflbiit凶空忙厲五刃站轄*UnH:;MP-bTme!12Q1I：.196J14&3Mac1291.54642322Bdq酪耳Mkn.M5J&2020J0A-i图9EquivalentStress,ShowElementsA:斜斛址StFiKlunUE即L白l0FitSwssT卜口职Fquri.-*lfer

7、rtanEtressUnit:MPaTime;12019/12/B1957MS-1Max1130ulS45.7&4&4.32922B1Z915图10EquivalentStress,ShowUndeformedWireFrame3.5.3SafetyFactorA:SlJlicStinuidufBlg曲FaiaorType-!：SafetyFetorTim*:13D19/12/82MB仍MaxiaOJ個百MinL-a询imm)20J0图11SafetyFactor,NoWireFrame4结论灵敏度分析结果表明，在各参数对强度可靠性的影响中，载荷LOAD对扳手的应力影响最大，具有决定性的影响；

8、手柄长度LENGTH影响其次；手柄宽度影响最小。参考文献1 任振锟，宋文学，彭琰举，赵浩甲扭矩扳手的有限元仿真与优化J.机械制造，2019,57(02):16-20.2 王浩，王雪峰，陈林，包佳伟.多功能攻丝扳手的设计J.时代农机，2018,45(09):229-230.3 贾钟书，李民，刘建新,杜慧勇，徐斌组合体应变的有限元分析与扭力扳手校核J.中国农机化学报,2016,37(05):62-65.4 赵排航，王克印，黄海英,陈玉昆智能扭力扳手机械结构设计与优化J.煤矿机械，2015,36(11):179-181.5 杨金平，于忠海.基于ANSYS/FE-SAFE的液压扳手连杆疲劳寿命仿真分析J.机械设计与制造工程,2015,44(02):35-37.6 王利明.特定构件有限元网格划分自动化系统D山东大学,2017.7 杜平安.有限元网格划分的基本原则J.机械设计与制造，2000(1)：3436.8 王瑞，陈海霞，王广峰.ANSYS有限元网格划分浅析J.天津工业大学学报，2002,21(4):811.9 刘海