基于ANSYS有限元技术的结构分析_滕小磊.pdf
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1、Application 创新应用160 电子技术 第 52 卷 第 6 期(总第 559 期)2023 年 6 月现在世界各地的研究机构和大学也开发了一批规模较小但使用灵活的有限元分析软件,包括德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS,以及美国的ANSYS。有限元软件的运行基于有限元法,有限元法最早是从结构化矩阵分析中结构力学位移法的拓展,同时也是ANSYS软件的工作原理方法。通过将复杂的结构看成由有限个单元仅在节点处连接的整体,然后逐个分析每个单元的特性,建立相关物理量之间的联系,然后依据单元之间的联系将各单元组装成整体,从而获得整体性方程,即先“化整为零”,再“集零为整”,最后
2、应用方程相应的解法,即可完成整个问题的分析。这种方法类似高数中的微积分,通过分割整体结构成有限多的单位个体并在其上设定有限数量的节点,从而将连续区域中的无限自由度问题转化为离散区域中的有限元自由度问题1。0 引言ANSYS软件是一大型通用有限元分析软件且包容了结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体,它承载着当今世界最新的计算方法与计算机技术,处于世界有限元技术发展潮流的顶端,它凭借其功能的强大、质量的可靠,赢得了全球工业界的广泛赞赏。在航空航天、石油化工、铁路运输、机械制造、生物医学等领域得到了广泛应用,在各领域的科学研究与工程应用的发展上起到了巨大的推动作用。而今,在机械工业方面,传统的凭借
3、经验和公式的设计方法已经不能适应当今的高质量生产要求,基于ANSYS的强大功能进行结构分析与优化设计,可为机械结构的设计提供巨大的帮助。1 ANSYS的工作原理1960年代开始,国际上就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析算法,从那时到作者简介:滕小磊,扬州大学机械工程学院,硕士研究生;研究方向:结构分析与设计。吴志学,扬州大学机械工程学院,教授,博士;研究方向:结构分析与设计。收稿日期:2022-09-20;修回日期:2023-06-12。摘要:阐述ANSYS有限元技术的工作原理,ANSYS软件进行结构分析时的基本流程。同时还详细分类各种有限元网格的划分方式,即自由网格划分、映射
4、网格划分和扫掠网格划分。这三种网格划分方式都有各自所适应的条件及各自优缺点。接着,探讨结构分析与有限元技术的结合应用,通过有限元技术的辅助,结构分析过程会更加有效率且精度更高。基于对一拨叉零件的分析,在原有零件的基础上,为了减少钻孔对毛坯件的应力破坏,造成过大的位移,决定在原件上加上加强筋,以此稳定整体的拨叉零件的加工工艺质量。最后进行相应总结与展望。关键词:有限元技术,ANSYS软件,结构分析。中图分类号:TP391.7文章编号:1000-0755(2023)06-0160-04文献引用格式:滕小磊,吴志学,夏卫明.基于ANSYS有限元技术的结构分析J.电子技术,2023,52(06):16
5、0-163.基于ANSYS有限元技术的结构分析滕小磊,吴志学,夏卫明(扬州大学 机械工程学院,江苏 225127)Abstract This paper expounds the working principle of ANSYS finite element technology,and the basic flow of ANSYS software for structural analysis.At the same time,various finite element meshes are classified in detail,namely free meshes,mappi
6、ng meshes and swept meshes.These three meshing methods have their own conditions and their own advantages and disadvantages.Then,we discuss the problems of application of structural analysis and finite element technology.With the assistance of finite element technology,the structural analysis proces
7、s will be more efficient and more accurate.Finally,the fork parts are analyzed,on the basis of the original parts,in order to reduce the stress damage of drilling on the blank parts,resulting in excessive displacement,we decide to add a reinforcement on the original,in order to stabilize the overall
8、 processing quality of the fork parts.Finally,we think and summarize by combining with the future development.Index Terms finite element technologys,ANSYS,structure analysis.Analysis of Structure Based on ANSYS Finite Element TechnologyTENG Xiaolei,WU Zhixue,XIA Weiming(School of Mechanical Engineer
9、ing,Yangzhou University,Jiangsu 225127,China.)Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 6 期(总第 559 期)2023 年 6 月 1612 ANSYS的结构分析流程 2.1 基本分析步骤以ANSYS经典操作界面为例,在分析结构体之前,先在Preferences窗口完成结构分析环境设置。然后在Preprocessor-Element Type中选择元素类型设置。ANSYS平台给我们提供了多种单元选择,主要分梁单元、薄壁单元(壳单元)和实体单元三大类,常用的有如8node183的平面单元和20node186的三维单元。单元定义之
10、后,还需要设定材料的属性,在Preprocessor-Material Props中选择定义材料的线性、弹性、各向同性等属性。接着,在GUI的主菜单中选择Preprocessor-Modeling进行建模,建模有两种方式,分别是从点到线、到面、到体的自下而上式建模以及相反过程的自上而下式建模。建模完成之后,通过Preprocessor-Meshing在工作区域中拾取需要划分的网格进行有限元切分,再通过Loads窗口提供的条件进行载荷的赋值,最后由Solution菜单中的Current LS命令开始求解完成整体分析。ANSYS进行结构分析的具体流程如图1所示。2.2 有限元网格的划分Meshin
11、g模块为一个独立的工作平台,为ANSYS不同的求解器提供对应的网格文件。创建完成的实体模型必须经过网格划分才能求解,这也是有限元分析重要的一个环节,网格划分情况的好坏直接关系到计算所需的时间及能达到的精度。一般来说,网格的数量越多计算精度就越大,但因此耗费的时间也就越多。在划分时要注意细节,几何细节与物理分析息息相关,不必要的细节会大大增加分析的需求。同时,在重点区域和复杂应力范围内要细化局部网格的划分。网格的形状一般分为四面体和六面体网格,四面体网格划分快捷、修改方便,六面体网格结构流畅、节约计算成本。一般情况下首选六面体,可以合理利用切分操作,产生较为规则的几何体,这样有利于六面体网格的生
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