燕山大学
专 业 综 合 训 练 说 明 书
题目： 轮子的受力分析 学院（系）： 车辆与能源学院 年级专业： 热能工程09-1 学 号： 090113020020 学生姓名： 邓福璐 指导教师： 于敏之 张静 教师职称： 副教授 讲师
燕山大学专业综合训练任务书
院（系）：车辆学院 基层教学单位： 热能与动力工程系 学 号 设计题目 设 计 技 术 参 数 角速度为：w=525rad/s 材料属性为：杨氏模量E=30*10e6 泊松比为0.3 密度为0.000731bf-s/in24 090113020020 学生姓名 邓福璐 专业（班级） 热能09 轮子的受力分析 设 计 要 求 1、掌握Ansys建模方法，建立轮子受力分析仿真模型； 2、正确设定边界条件和收敛目标； 3、完成网格划分； 4、进行仿真计算； 5、提取结果进行分析； 6、编写设计与计算说明书。 工 作 量 1、撰写5000字左右设计分析说明书一份； 2、设计体会一份。 工 作 计 划 1、ANSYS软件学习，第1-5天； 2、收集实际分析资料，确定实际题目，设计仿真模型第6-10天； 3、边界条件设定、网格划分、仿真计算，第10-13天； 4、结果提取与分析，第14-17天； 5、编写设计与计算说明书与心得体会，第18-20天。 参 考 资 料 1、ANSYS工程应用实例解析 龚曙光 机械工业出版社 指导教师签字 基层教学单位主任签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
2012年11月 19日
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轮子的受力分析
一． 问题描述
如图为轮子的三位示意图，基本尺寸已知，现分析轮子仅承受y轴旋转角速
度的作用下轮的受力及变形情况。
已知：轮子角速度为：w=525rad/s
材料属性为：杨氏模量E=30*10e6
泊松比为0.3
密度为0.000731bf-s2/in4
由上面给出带轮的三维结构图可以知道该带轮的几何形状是严格轴对称的，是相对对称轴的旋转体。则根据该轮的对称性，在分析时只要分析其中
1的一部分即可，有轮子的结构特点，选择分析的有限元模型如图： VOLUMESTYPE NUMDEC 11 201210:41:16YZX 这是一个三维问题，结构复杂，要采用自有网格划分和映射网格划分相
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结合的分析模式，不能直接由2D网格直接拖拉生成3D网格，其具体步骤和过程如下：
1. 先建立三维几何模型；
2. 根据三维模型特点，对三维模型进行分割，是其中一部分模型能够采用映射网格方式划分，其余部分可用自由网格划分。 3. 对划分网格可连接处进行网格转换。 4. 施加对称约束和角速度 5. 求解分析 6. 结果显示
二． 建模及网格划分
该分析为结构静力分析，求解轮子在载荷的作用下所受到的应力。建模方法为自底向上的建模，即先定义最低级的图元关键点，然后有关键点定义较高级别的面和体，得到轮子的二维和三维模型。由于该结构为不规则零件，不满足映射网格的划分条件，因此该模型划分网格方法结合自由网格和映射网格划分并且在过渡处要用金字塔单元过渡，即混合网格划分法。 本次模拟用到的网格划分方法介绍： 1、 自由网格划分
自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一，它在面上(平面、曲面)可以自动生成三角形或四边形网格，在体上自动生成四面体网格。通常情况下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技术(SMARTSIZE命令)来自动控制网格的大小和疏密分布，也可进行人工设置网格的大小(AESIZE、LESIZE、 KESIZE、ESIZE等系列命令)并控制疏密分布以及选择分网算法等(MOPT命令)。对于复杂几何模型而言，这种分网方法省时省力，但缺点是单元数量通常会很大，计算效率降低。 2、 映射网格划分
映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法，其原始概念是：
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对于面，只能是四边形面，网格划分数需在对边上保持一致，形成的单元全部为四边形;对于体，只能是六面体，对应线和面的网格划分数保持一致;形成的单元全部为六面体。在ANSYS中，这些条件有了很大的放宽，包括：面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。对于四边以上的多边形，必须用LCCAT命令将某些边联成一条边，以使得对于网格划分而言，仍然是三角形或四边形;或者用AMAP命令定义3到4个顶点(程序自动将两个顶点之间的所有线段联成一条)来进行映射划分。面上对边的网格划分数可以不同，但有一些限制条件。面上可以形成全三角形的映射网格。体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。对于六面以上的多面体，必须用ACCAT命令将某些面联成一个面，以使得对于网格划分而言，仍然是四、五或六面体。对于三维复杂几何模型而言，通常的做法是利用ANSYS布尔运算功能，将其切割成一系列四、五或六面体，然后对这些切割好的体进行映射网格划分。 3、混合网格划分
混合网格划分即在几何模型上，根据各部位的特点，分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式，以形成综合效果尽量好的有限元模型。混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。通常，为了提高计算精度和减少计算时间，应首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网格，这种网格既可以是线性的(无中节点)、也可以是二次的(有中节点)，如果无合适的区域，应尽量通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域(尤其是对所关心的区域或部位);其次，对实在无法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域，采用带中节点的六面体单元进行自由分网(自动退化成适合于自由划分形式的单元)，此时，在该区域与已进行扫略或映射网格划分的区域的交界面上，会自动形成金字塔过渡单元(无中节点的六面体单元没有金字塔退化形式)。 三． 操作步骤
1．设置单元类型及材料属性
在单元类型设置项“Structural Solid”中选择单元类型为“Brick 8node 45”和“Brick 20node 95” 在材料属性项中设置轮子的杨氏模量为E=30*10e6，泊松比为0.3，密度为0.000731bf-s2/in4。 2．建立2D模型