中南林业科技大学机械零件有限元分析实验报告专业：机械设计制造及其自动化年级： 2013级班级：机械一班姓名：杨政学号：20131461I一、实验目的通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS 系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。
体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。
二、实验内容实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。
实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为1.0×108Pa，空心球体的内径为0.3m，外径为0.5m，空心球体材料的属性：弹性模量2.1×1011，泊松比0.3。
R1=0.3R2=0.5承受内压：1.0×108 Pa受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）1、进入ANSYS→change the working directory into yours→input jobname: Sphere2、选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK→Close (the Element Type window)3、定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK4、生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入四个点的坐标：input：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK 生成球体截面ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global SphericalANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In Active Coord→依次连接1,2,3,4 点生成4 条线→OKPreprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines→依次拾取四条线→OKANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian5、网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set→拾取两条直边:OK→input NDIV: 10 →Apply→拾取两条曲边:OK →input NDIV: 20 → OK →(back to the mesh tool window) Mesh: Areas，Shape: Quad，Mapped →Mesh →Pick All(in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)6、模型施加约束给水平直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement→On Lines →拾取水平边：Lab2: UY → OK给竖直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement Symmetry B.C.→On Lines→拾取竖直边→OK 给内弧施加径向的分布载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure →On Lines →拾取小圆弧；OK →input V ALUE:1e8→OK7、分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →close8、结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window)Contour Plot→Nodal Solu…→select: DOF solution, 分别选X-Component of displacement + Deformed Shape with undeformed model;Y-Component of displacement + Deformed Shape with undeformed model;Displacement vector sum + Deformed Shape with undeformed model.Contour Plot→Nodal Solu…Stress 下分别选X-Component of stress + Deformed Shape with undeformed model;Y-Component of stress + Deformed Shape with undeformed model;Z-Component of stress + Deformed Shape with undeformed model;Vonmises stress + Deformed Shape with undeformed model.查看各后处理结果的数据并回答最后面的问答题。
实验二、轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理实验目的：学习创建实体模型的方法，工作平面的平移及旋转，布尔运算（相减、粘接、搭接等），基本网格划分，基本加载、求解及后处理。
问题描述：下图为一轴承座，具体尺寸见课本 128 页。
已知轴承座的材料属性为：弹性模量为 3×107psi ，泊松比为 0.3。
轴承座承受的载荷如下图所示，试分析轴承座的变形及内部应力分布状态。
圆孔下半部分的内表面承受向下作用力(3500＋学号后两位×5) psi.具体步骤： 1、创建基座模型生成长方体Main Menu ：Preprocessor>>Modeling>Create>Volumes>Block>By Dimensions 输入 x1=0，x2=3，y1=0，y2=1，z1=0，z2=3平移并旋转工作平面Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments X,Y,Z Offsets 输入 2.25，1.25，0.75 点击 Apply XY ，YZ ，ZX Angles 输入 0，－90，0。
点击 OK 。
创建圆柱体Main Menu ：Preprocessor>Modeling>Create> Volumes>Cylinder> Solid Cylinder Radius 输入 0.375，Depth 输入－1.5，点击 OK 。
轴承座底部四条边线的约束 (UY=0)沉孔底面上的推力 (800 ＋学号后两位×5) psi. 四个安装孔径向约束 ( 对称位移约束 )拷贝生成另一个圆柱体Main Menu：Preprocessor>Modeling >Copy>Volume 拾取圆柱体，点击Apply， DZ 输入1.5，然后点击OK。
从长方体中减去两个圆柱体Main Menu：Preprocessor>Modeling >Operate>Booleans>Subtract> Volumes，首先拾取被减的长方体，点击Apply，然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。
使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致Utility Menu>WorkPlane>Align WP with> Global Cartesian2、创建支撑部分Utility Menu: WorkPlane -> Display Working Plane (toggle on)Main Menu: Preprocessor -> Modeling->Create -> -Volumes->-Block -> By 2 corners & Z 在创建实体块的参数表中输入下列数值:WP X = 0WP Y = 1Width = 1.5Height = 1.75Depth = 0.75OKToolbar: SAVE_DB3、偏移工作平面到轴瓦支架的前表面Utility Menu: WorkPlane -> Offset WP to -> Keypoints +1. 在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点2. OKToolbar: SAVE_DB4、创建轴瓦支架的上部Main Menu: Preprocessor -> Modeling->Create -> Volumes->Cylinder -> Partial Cylinder +1). 在创建圆柱的参数表中输入下列参数:WP X = 0WP Y = 0Rad-1 = 0Theta-1 = 0Rad-2 = 1.5Theta-2 = 90Depth = -0.752). OKToolbar: SAVE_DB5、在轴承孔的位置创建圆柱体，为布尔操作生成轴孔做准备Main Menu: Preprocessor -> Modeling->Create -> Volume->Cylinder -> Solid Cylinder + 1)输入下列参数:WP X = 0WP Y = 0Radius = 1Depth = -0.18752)拾取 Apply3)输入下列参数:WP X = 0WP Y = 0Radius = 0.85Depth = -24.)OK6、从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔Main Menu: Preprocessor -> Modeling ->Operate -> Booleans ->Subtract -> Volumes +1.拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。