有限元轮子受力分析.doc

. . 轮子受力分析1、问题描述如图4-92所示为轮子的2D平面图，该轮基本尺寸均为英寸，中间筋板上的孔有8个，圆周分布现要分析该轮仅承受Y轴旋转角速度的作用下，轮的受力与变形情况已知角速度为w=525rad/s，材料属性为弹性模量E=30×106psi，泊松比为0.3，密度为0.00073 lb/in32、建模思路由于轮子的对称性，只要分析其中的1/8即可这是一个3D问题，由于其复杂性，有必要采用自由网格划分和映射网格划分相结合，不能采用2D网格拖动生成3D网格首先要建立3D模型，然后进行分割，使其中的一部分模型能够采用映射网格方式划分，其余部分可以自由网格方式划分对划分网格部分的连接处进行网格转换，并施加对称约束和角速度对其求解分析，输出结果3、操作步骤（1）定义工作文件名和工作标题①定义工作文件名：执行Utility Menu > File > Change Jobname命令在对话框中输入“Wheel Anal”并选择[New log and error files]复选框，单击OK按钮②定义工作标题：Utility Menu > File > Change Title,在对话框中输入“The Stress calculating of Wheel by angular velocity”，单击OK按钮。

③重新显示：：Utility Menu > Plot > Replot④关闭三角坐标符号：Utility Menu > PlotCtrls > Windows Controls > Windows Options，在对话框中的“Location of triad”下拉列表框中选择“Not Shown”，单击OK按钮2）定义单元类型与材料属性①选择单元类型：Main Menu > Preprocessor > Element Type >Add/Edit/Delete，在[Element Type]对话框中单击Add...按钮，在之后的[Labrary of Element Type]对话框中选择“Sbuctural Solid”和“Brick 8node45”选项，单击Apply按钮，选择“Brick 20node95”，单击Ok按钮，然后单击Close按钮②设置材料属性：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models，在[Define Material Models Behavior]窗口中双击[Material Model > Available]列表中的“Structural﹨Linear﹨Elastic Y﹨Isotropic”选项，在弹出[Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1]对话框中输入“EX=3e11，PRXY=0.3”，单击OK按钮，双击打开Density，在对话框中的[DENS]文本框中输入“0.00073”，单击OK按钮，执行Material > Exit命令。

3）建立2D模型①生成3个矩形面：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >Areas >Rectangle > By >Dimensions，在对话框[Create Rectangle by Dimensions]中输入数据“X1=7.5,X2=8,Y1=0.5,Y2=3.75X”,单击Apply按钮，输入“5.5，7.5”与“1.5，2.25”，单击Apply按钮，输入“7.5，8.0”与“0.5，3.75”，单击OK按钮②面相加操作：Main Menu > Preprocessor > modeling > Operate > Booleans > Add > Areas，在拾取框中单击Pick All按钮③打开线编号：Utility Menu > PlotCtrls > Numbering，在[Plot Numbering Controls]对话框中选择[Line Number]复选框，单击OK按钮④显示线：Utility Menu > Plot > Line⑤Main Menu > Preprocessor > modeling > Create > Lines > Line Fillet，在拾取框中拾取编号为14、7的线，单击Apply按钮，在弹出的[Line Fillet]对话录中的[RAD]文本框中输入“0.25”，单击Apply按钮。

重复上述操作对线7与16、5与13、5与15执行倒角⑥打开关键点编号：Utility Menu > PlotCtrls > Numbering，在在[Plot Numbering Controls]对话框中选择[Keypoint Number]复选框，单击OK按钮⑦生成圆弧线：Main Menu > Preprocessor > modeling > Create > Lines > Arcs > By End KPs＆Rad，在拾取框中拾取编号为12、11的线，单击Apply按钮拾取圆弧的中心点（编号为10的点），单击Apply按钮，在弹出的[Arc by End KPs＆Radius]对话框中的[Radius of the arc]文本框中输入“0.4”，单击Apply按钮重复上述操作，对编号为9、10与11的关键点生成圆弧，单击OK按钮⑧由线生成面：Main Menu > Preprocessor > modeling > Create > Areas Arbitrary > By Lines，在拾取框中拾取编号为6、8、2的线，单击Apply按钮拾取编号20、19、21的线，单击Apply按钮。

重复上述过程，对线“22、24、23”、“17、18、12”、“11、25”、“9、26”进行生成面的操作，单击OK按钮⑨面相加：Main Menu > Preprocessor > modeling > Operate >Booleans >Add > Areas，在弹出的拾取框中单击Pick All⑩保存结果数据文件：Main Menu > File > Save As，在对话框中输入“Wheel_Anal_2D”，单击OK按钮4）通过拖动生成3D模型①定义两个关键点用来定义旋转轴：Main Menu > Preprocessor > Create > Keypoints > In Active CS ，在[Create key points in Active Coordinate System]中输入“NPT=50，X=0，Y=0，Z=0”单击Apply按钮，输入“NPT=51，X=0，Y=6，Z=0”，单击Ok按钮②2D拖动生成3D：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas >About Axis，在弹出的拾取框中单击Pick All，然后拾取编号为50、51的关键点，单击Ok按钮。

在[Sweep Areas About Axis]中的[Arclengh ih degree]文本框中输入圆弧角“22.5°”，在[NSEG]文本框中输入“1”，生成的实体由一块体积组成③关闭线编号显示：Utility Menu > PlotCtrls > Numbering，在[Plot Numbering Controls]对话框清除[Line Number]复选框，单击OK按钮④改变视图方向：Utility Menu > PlotCtrls > Pan，Zoom，Rotate，在工具栏[Pan-Zoom-Rotate]中单击Iso按钮5）生成圆柱孔①显示工作平面：Utility Menu > WorkPlane > Display Working Plane②移动工作平面：Utility Menu > WorkPlane > Offset WP to>Keypoints，在拾取框中拾取编号14、16的点，单击OK按钮③旋转工作平面：Utility Menu > WorkPlane > Offset by Increments，在Offset工具栏中的文本框“XY，YZ”和“ZX Angle”分别输入“0，-90，0”，单击OK按钮。

④生成一个实心圆柱体：执行Main Menu > Preprocessor > Create > Cylinder > By Dimension，在弹出的对话框中的[RADI]文本框中输入“0.45”，在[Z1][Z2]文本框中分别输入“1”“-2”，单击OK按钮⑤体相减操作：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate >Booleans > Subtract Volumes，在拾取框中拾取编号为V1的体，单击OK按钮然后拾取编号为V2的体，单击OK按钮⑥保存结果数据文件：Utility Menu > File > Save as，在弹出[Save as]对话框中[Save As]对话框输入文件名“Wheel Anal_3D”，单击Ok按钮6）划分有限元网格①移动工作平面与全局坐标一致：Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian②移动工作平面到关键点：Utility Menu > WorkPlane > Offset WP to>Keypoints，在拾取框中拾取编号为19的关键点，单击Ok按钮。

③旋转工作平面：分别在“Offset Wp”工具栏中的“XY”、“YZ”和“ZX Angle”文本框中输入“0”“-90”“0”后回车④用工作平面切分体：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Divide > Volu by Workplane，在拾取框中单击Pick All按钮⑤显示体：Utility Menu > Plot > Volumes⑥移动工作平面到关键点：Utility Menu > WorkPlane > Offset WP to>Keypoints，在拾取框中拾取编号为13的关键点，单击Ok按钮⑦用工作平面切分体：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Divide > Volu by Workplane，在拾取框中单击Pick All按钮⑧显示体：Utility Menu > Plot > Volumes⑨设置单元尺寸：Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool，在划分网格工具栏中单击Set按钮，在弹出的[Global Element Sizes]对话框中的[Size]文本框输入“0.25”，单击OK按钮。

⑩采用映射网格生成单元：选择划分网格工具栏中的“Hex”“mapped”单项选择按钮，单击Mesh按钮，在拾取框中拾取V1，V2，V3，V5，单击Ok按钮改变单元类型：单击划分网格工具栏中的第一个Set按钮，在弹出的[Meshing Attributes]对话框中的[Element Type Numbe]下拉列表框中选择“SOLID95”选项，单击OK按钮设置单元尺寸：单击划分网格工具栏中的第一个Set按钮，在对话框中的[Size]文本框中输入“0.2”，单击Ok按钮采用自由网格划分单元，选择划分网格工具栏。