基于ANSYS的静力与动力学分析 课件 第8章 圆轴扭转分析

第8章

圆轴扭转分析第8章

圆轴扭转分析8.1计算实例8.2实例操作关键点8.1计算实例某产品需要一个传动轴，要求是采用45号钢加工，长度400mm，横截面形状有两个方案，分别是：采用中空钢管外径D1=90mm，内径D2=85mm；采用实心圆柱直径D=50mm，如果该传动轴工作时所受最大扭矩为Mn=1.5KN▪m，请从两种结构承受最大剪应力来证明中空钢管不仅所用钢材少，而且力学性能也更优。理论分析结果：从理论计算结果可知，中空钢管

力学性能更优。

下面我们使用ANSYS软件证明这个结论。分析项目名称直径50mm实心轴外内(90/85mm)中空轴最大剪应力(MPa)61.151.2上下两端面相对转角(rad)1.22×10-25.7×10-3两种结构横截面积(mm2)1963687最大变形(mm)0.305×10-30.257×10-3返回本章8.2实例操作关键点1.轴对称回转体零件的网格划分2.周向自由度的约束3.节点上施加力矩4.查看传动轴剪应力返回本章1.轴对称回转体零件的网格划分轴对称回转体零件，不满足体单元映射网格划分条件，通常采用先在截面的面单元进行映射网格划分，然后再沿轴线旋转生成规则体单元。以该实例为分析对象，其网格划分过程为：1.定义一个面单元plane183，一个体单元solid186；2.画出截面形状，进行网格划分

下一张1.轴对称回转体零件的网格划分3.旋转成体：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS，定义两个关键点来确定旋转轴线。MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>ElemExtOpts，，选择“2SOLID186”单元，在“VAL1”文本框内输入5，选定“ACLEAER”为“Yes”。MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>AboutAxis，先拾取截面，再拾取刚创建的两个关键点5、6，旋转成体有限元模型。返回本节2.周向自由度的约束由于传动轴只承受扭矩，由材料力学知识可知，此时，传动轴只能沿周向发生变形，而径向尺寸是不变的！针对这种情况，就需要我们在分析前约束模型所有节点的径向自由度；由前文可知，节点坐标系才能用于定义每个节点的自由度和节点载荷方向。每个节点都有自己的坐标系，在默认情况下，它总是平行于全局笛卡尔坐标系，而与创建节点时的活跃坐标系无关。当在节点上施加与局部柱坐标系方向相同的约束和载荷时，需要将默认节点直角坐标系旋转局部柱坐标系上。下一张2.周向自由度的约束具体步骤如下：1.创建局部柱坐标系，系统会自动将其设置为活跃坐标系；2.MainMenu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>RotateNodeCS>ToActiveCS，拾取节点，旋转选节点坐标系到当前活跃坐标系。MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes，在“Lab2”中选择UX，约束所选节点的X方向（即径向）自由度。返回本节3.节点上施加力矩作用在轴两端的力矩可以这样来处理：约束轴一个端面的所有自由度，把力矩换算成力加载在位于轴另一端面与外圆柱面相交的圆上的所有节点之上。因为每个节点上的力臂等于外圆柱面的半径，且力的方向为柱坐标系的圆周方向，故力的大小可通过下式计算得到：式中M代表力矩，R外圆柱面的半径，N为节点数。如以本题为例：F=1500/(40×0.045)=833.33N。返回本节4.查看传动轴剪应力要想查看传动轴所受剪应力，就必须把传动轴剖开，因为只有内部才有剪应力，其操作步骤为：1.选取部分模型：UtilityMenu>Select>Entities，如图所示，选取Z坐标值从0到0.2的所有节点；再次选择附着在节点上的所有单元。2.查看剪应力UtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>ElemSolutio