机械类毕业设计-基于ANSYS在数控机床上的热特性有限元分析、机床主运动机械变速传动系统结构设计.docx

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1、从分析和校核扩展到优化设计，并和计算机辅助设计技术相结合。可以预计，随着现代力学、计算数学和计算机技术等学科的发展，有限元法作为一个具有巩固理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，必将在国民经济建设和科学技术发展中发挥更大的作用，其自身亦将得到进一步的发展和完善。2.3有限元法分类有限元法可分为两大类，即线弹性有限元法和非线性有限元法。其中线弹性有限元法是非线性有限元法的基础，二者不但在分析方法和研究步骤上有类似之处，而且后者常常要引用前者的某些结果。（一）线弹性有限元法线弹性有限元法以理想弹性体为研究对象，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义

2、胡克定律：应变与位移也是线性关系。线弹性有限元问题归结为求解线性方程组问题，所以只需较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法,也有助于降低有限元分析的时间。线弹性有限元一般包括线弹性静力分析与线弹性动力分析两个主要内容。学习这些内容需具各材料力学、弹性力学、结构力学、数值方法、矩2.3有限元法分类有限元法可分为两大类，即线弹性有限元法和非线性有限元法。其中线弹性有限元法是非线性有限元法的基础，二者不但在分析方法和研究步骤上有类似之处，而且后者常常要引用前者的某些结果。（一）线弹性有限元法线弹性有限元法以理想弹性体为研究对象，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力

3、与应变呈线性关系，满足广义胡克定律：应变与位移也是线性关系。线弹性有限元问题归结为求解线性方程组问题，所以只需较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法,也有助于降低有限元分析的时间。线弹性有限元一般包括线弹性静力分析与线弹性动力分析两个主要内容。学习这些内容需具各材料力学、弹性力学、结构力学、数值方法、矩性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。2.3有限元法分类有限元法可分为两大类，即线弹性有限元法和非线性有限元法。其中线弹性有限元法是非线性有限元法的基础，二者不但在分析

4、方法和研究步骤上有类似之处，而且后者常常要引用前者的某些结果。（一）线弹性有限元法线弹性有限元法以理想弹性体为研究对象，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律：应变与位移也是线性关系。线弹性有限元问题归结为求解线性方程组问题，所以只需较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法,也有助于降低有限元分析的时间。线弹性有限元一般包括线弹性静力分析与线弹性动力分析两个主要内容。学习这些内容需具各材料力学、弹性力学、结构力学、数值方法、矩3）后处理模块：后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、

5、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。（二）前处理模块PREP7 （实体建模和网格划分）1-实体建模。ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自底向上与自顶向下。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。用户自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱.无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算（三）求解模块SOL

6、UTION前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。在该阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。ANSYS软件提供的分析类型如下：（1）结构静力分析；（2）结构动力学分析；（3）结构非线性分析；（4）动力学分析；（5）热分析；（6）电磁场分析；（7）流体动力学分析；（8）声场分析；（9）压电分析。（四）后处理模块POST1和POST26ANSYS软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速

7、度及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。1 .通用后处理模块POSTlo这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上的变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色，代表了不同的值（如应力值）。浓淡图则用不同的颜色代表不同的数值区（如应力范围），清晰地反映了计算结果的区域分布情况。2 .时间历程响应后处理模块POST26。这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其他量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。另外，前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分

8、析结果。在该阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后开始有限元求解。ANSYS软件提供的分析类型如下：（1）结构静力分析；（2）结构动力学分析；（3）结构非线性分析；（4）动力学分析；（5）热分析；（6）电磁场分析；（7）流体动力学分析；（8）声场分析；（9）压电分析。（四）后处理模块POST1和POST26ANSYS软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。1 .通

9、用后处理模块POSTlo这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上的变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色，代表了不同的值（如应力值）。浓淡图则用不同的颜色代表不同的数值区（如应力范围），清晰地反映了计算结果的区域分布情况。2 .时间历程响应后处理模块POST26。这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其他量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。另外，前处理阶段完成建模以后，用户可以在求解阶段获得分析结果。在该阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据

10、和载荷步选项，然后开始有限元求解。ANSYS软件提供的分析类型如下：（1）结构静力分析；（2）结构动力学分析；（3）结构非线性分析；（4）动力学分析；（5）热分析；（6）电磁场分析；（7）流体动力学分析；（8）声场分析；（9）压电分析。（四）后处理模块POST1和POST26ANSYS软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。1 .通用后处理模块POSTlo这个模块对前面的分析结果能以图形形

11、式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上的变化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色，代表了不同的值（如应力值）。浓淡图则用不同的颜色代表不同的数值区（如应力范围），清晰地反映了计算结果的区域分布情况。2 .时间历程响应后处理模块POST26。这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其他量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。另外，隽3POST26还下求解； 用文本、尺寸标注、多边形、符号、饼图等图形显示以增强注解能力； 动画显示，包括变形动画、时间历程结果动画、Q切片动画和等值面动回； 通过

12、范围或类型对大部分图元（包括单元、线、面、体、边界条件、屏幕和轮廓和色彩及色彩索引）的色彩说明； 对单元、实体模型的图元、组元及等值面的透明显示； 管单元、肘形弯管单元、梁单元以及磁源的实际形状及横截面显示； 层单元的复合材料层和方向显示； 窗口背影的色彩选择； 显示说明可存于同一文件中，以便以后调用； 硬复制图形功能，包括Postscript, HPGL和TIFF格式。3.处理器ANSYS按功能作用可分为若干个处理器：包括一个前处理器、一个求解器、两个后处理器、几个辅助处理器如设计优化器等。ANSYS前处理器用于生成有限元模型，指定随后求解中所需的选择项；ANSYS求解器用于施加载荷及边界条

13、件，然后完成求解运算；ANSYS后处理器用于获取并检查求解结果，以对模型做出评价，进而进行其他感兴趣的计算。1.数据库ANSYS程序使用统一的集中式数据库来存储所有模型数据及求解结果。模型数据（包括实体模型和有限元模型、材料等）通过前处理器写人数据库；载荷和求解结果通过求解器写人数据库；后处理结果通过后处理器写人数据库。数据一旦通过某一处理器写人数据库中，如需要，即可为其他处理器所用。例如，通用后处理器不仅能读求解数据，而且能读模型数据，然后利用它们进行后处理计算。5 .文件格式文件可用于将数据从程序的一部分传输到另一部分、存储数据库以及存储程序输出。这些文件包括数据库文件、计算结果文件、图形

14、文件等。程序生成的文件或者是ASCII格式（该格式易于阅读或编辑），或者是二进制格式。在默认设置下，ANSYS程序生成外部格式（IEEE标准）的二进制文件，该格式允许在不同硬件系统中移置，例如，当某一 ANSYS用户在某一计算机系统中生成模型几何数据后，该数据可方便地传输给另一系统中的ANSYS用户o6 .程序的可用性ANSYS程序实现了异种异构平台的网络浮动，可运行于Windows 95或WindowsNT环境下的PC机、工作站及UNIX操作系统下的各种工作站，直至巨型计算机。4 ANSYS的有限元法举例4.1 实体建模4.1.1 简单的三维建模!进入前处理器!设置框参数变量/PREP7RA

15、DIUS=20THICK10LENGTH=50CYLIND,RADIUS,RADIUS+THICK,O,LENGTH,90,270 !生成空心圆柱图 1WPROTA,90!旋转工作坐标SPHERE,RADIUS,RADIUS+THICK, 180,270!生成球壳图 2WPOFFS,LENGTH!移动工作坐标SPHERE,RADIUS,RADIUS+THICK,90,180!生成球壳图 3FINISH!完成图1图2图34.1.2 直齿圆柱齿轮的实体建模/PREP7ET,1,SOLID92MP,EX,l,200E3MP,NUXY, 1,0.3MP,DENS,1,7.8E3K,1,5.428,76.307,0,K,2,5,534,77.803,0,!进入前处理器!指定体单元类型!指定弹性模量!输入泊松比!输入材料密度!生成关键点4 ANSYS的有限元法举例