基于ANSYS的带轮有限元分析
基于ANSYS的带轮有限元分析
专业班级 车辆091 学生姓名 李肖
指导教师 钟相强
摘要： 本文是在ANSYS环境下，根据参考资料中提供的带轮结构和尺寸数据，建立带轮的结构模型，并对其进行网格划分，求解其在不加任何载荷的情况下的自由模态，查看带轮的各阶振型，了解分析过程。
关键词：ANSYS建模 带轮 自由模态
引言
ANSYS软件是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于航空航天、土木工程、机械制造、车辆工程、电子、造船、能源、等一般工业及科学研究。ANSYS 软件主要包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块三部分，本次我将对带轮做模态分析。
带轮属于盘毂类零件，一般相对尺寸比较大，制造工艺上一般以铸造、锻造为主。一般尺寸较大的设计为用铸造的方法，材料一般都是铸铁（铸造性能较好），很少用铸钢（钢的铸造性能不佳）；一般尺寸较小的，可以设计为锻造，材料为钢。带轮主要用于远距离传送动力的场合，例如小型柴油机动力的输出，农用车，拖拉机，汽车，矿山机械，机械加工设备，纺织机械，包装机械，车床，锻床，一些小马力摩托车动力的传动，农业机械动力的传送，空压机，减速器，减速机，发电机，轧花机等等。
带轮模型在ANSYS中的建立过程：
一、定义单元类型
Solid 10nodes 92;
二、定义材料属性
“EX=210E3，PRXY=0.26,DENS=7900e-9”;
三、创建几何模型：
1、建立中心圆柱，d1=48,h1=60;
2、建立带轮圆柱槽d2=68,h2=40;
3、建立两边的侧轮环，轮环内径为136，外径为156，厚度为10；
4、在中心圆柱上进行体相减成孔，孔径为30；
5、在轮槽圆柱上进行体相减成孔，孔径为20；
带轮在ANSYS环境中建模完成，如下图所示
四、对带轮模型进行网格划分
菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh tool,弹出Mesh tool对话框，在Mesh tool工具条中勾选smart size,选择mesh类型为Volume单击Mesh按钮，选择整个模型，OK!
划分好的网格如图所示：
五、选择分析类型
在“New Analysis”对话框中选择“Model”,单击OK按钮；
六、设定拓展模态结束
菜单路径，在“Model Analysis”中设定“No.of modes to extract=10,NMODE=10”单击OK，打开“Block lanczos Method”对话框单击OK;
七、分析带轮的自由模态，不需要施加任何载荷。
八、求解
Main menu>preprocessor>solution>solve>current ls ,审核状态文件中的信息，确认后单击OK，程序开始进行计算
九、一般后处理器
1、查看结果摘要
***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 0.0000 1 1 1
2 0.0000 1 2 2
3 0.0000 1 3 3
4 0.0000 1 4 4
5 0.19025E-04 1 5 5
6 0.76735E-04 1 6 6
7 165.80 1 7 7
8 171.69 1 8 8
9 238.60 1 9 9
10 238.69 1 10 10
由上述结果可以看出前六阶的频率基本上为0，这是因为自由模态分析的前六阶位刚体模态，后面也只观察后四阶的结果。
2、查看各阶振型
（1）、读取子载荷
（2）、查看振型图
菜单路径 main menu>general postproc>plot results>contour plot>nodal solu,在弹出的“countour plot”对话框选择displacement vector sum,即可读取载荷步的第7、8、9、10阶振型如下图所示：
第7阶振型：
第8阶振型
第9阶振型
第10阶振型
带轮的自由模态分析结束！
十、学习小结：
ANDYS软件是一款大型通用有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。ANSYS程序功能强大，涉及范围广，而且易学易用，在最近的操作过程中，我觉得个人已经掌握了ANSYS的基本操作要领，同时在应用本软件进行带轮的模态分析过程中，我遇到一些疑问，但是在自己的刻苦钻研与不断摸索下，问题已得到解决，要真正的掌握ANSYS软件需要不断地进行实际操作，理论联合实际才能学得扎实！
参考文献：
1、张力主编 有限元法及ANSYS程序应用基础 北京：科学出版社 2008年
2、冯辉主编 举一反三———UG中文版 机械设计实战训练 人民邮电出版社
3、张朝辉主编 ANSYS结构分析工程应用实例解析，北京：机械工业出版社
基于ANSYS的带轮有限元分析
班级 车辆091
姓名 李肖
学号 300104115
课程名称 有限元法及ANSYS程序应用基础
指导教师 钟相强
基于ANSYS的带轮有限元分析.doc
