轴承支架的ANSYS分析

轴承支架的ANSYS分析
题目：
试应用ANSYS有限元软件分析图1所示支座（铸造）内部的应力、应变和变形分布，并校核强度。

已知，底板上有四个直径为14mm的圆孔（距离端面均为30mm），其圆面受到全约束，已知材料的弹性模量E=210Gpa，泊松比μ=0.3，许用应力[σ]=160MPa，右端φ60的孔端面（A-B）受到水平向左的分布力作用，分布力的合力大小为15kN。

图1 零件尺寸图
有限元分析操作过程：
GUI:Utility Menu→File→Change Title，弹出新菜单，如下图所示，命名为file_dazuoye
GUI :MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Keypoints→In Active CS,打开创建关键点对话框。

在【Keypoint number】文本框中输入1，在【Location in active CS】文本框中分别输入0,0,0,单击apply按钮。

同理建立另外三个关键点，编号为2至4，分别为（140,0,0）、（140,140,0）、（0,140,0）
GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Arbitrary→Through Kps，弹出拾取线对话框，依次拾取刚刚建立的4条个关键点，需要安顺时针或者逆时针顺序。

点击OK 按钮。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle，弹出拾取线对话框，按照下图所示进行设置输入。

点击OK。

同理在底部建立另外三个孔，半径均为7mm，输入坐标分别为（110,30）、（30,110），（110,110），最终建立图形如下所示。

GUI:MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area By Area，弹出拾取面对话框，先拾取大面，点击OK，再次弹出拾取面对话框，再拾取四个小面，点击OK，进行面切割，切割完图形如下所示。

GUI :MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Normal弹出拾取面对话框，先拾取面，点击OK，再次弹出拾取面对话框，按照如下设置。

点击OK。

完成面拉伸
GUI :MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Keypoints→In Active CS,打开创建关键点对话框。

在【Keypoint number】文本框中输入100，在【Location in active CS】文本框中分别输入0,70,0,单击apply按钮。

同意的方法建立另外三个关键点，编号为101至103，分别为（140,70,0）、（20,70,180）、（120,70,180）
GUI MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Arbitrary→Through Kps，弹出拾取线对话框，依次拾取刚刚建立的4条个关键点，点击OK按钮。

GUI:MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Keypoints→In Active CS,打开创建关键点对话框。

在【Keypoint number】文本框中输入55，在【Location in active CS】文本框中分别输入70,70,180,单击apply按钮。

GUI:Utility Menu→Workplane→Offset WP to→Keypoints+，弹出对话框，输入55，点击OK
GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle，弹出拾取线对话框，按照下图所示进行设置输入。

点击OK。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area By Line，弹出拾取面对话框，先拾取大面，点击OK，再次弹出拾取线对话框，再拾取新建面的四边，点击OK，进行面切割，切割完图形如下所示。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle，弹出拾取线对话框，输入半径为20。

点击OK。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area By Area，弹出拾取面对话框，先拾取大圆面，点击OK，再次弹出拾取面对话框，再拾取新建圆面，点击OK，进行面切割，切割完图形如下所示。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Delete→Area Only，删除刚刚切割完的多余的面。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Normal弹出拾取面对话框，先拾取大面，点击OK，再次弹出拾取面对话框，按照如下设置。

点击OK。

完成面拉伸，分别拉伸10和-10
GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle，弹出拾取线对话框，输入半径为50。

点击OK。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area By Line，弹出拾取面对话框，先拾取新建面，点击OK，再次弹出拾取线对话框，再拾取直径为60mm的圆的四边，点击OK，进行面切割，切割完图形如下所示。

选择菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Delete→Area Only，删除刚刚切割完的多余的面。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Normal弹出拾取面对话框，先拾取切割完的直径100mm的面，点击OK，再次弹出拾取面对话框，按照如下设置。

点击OK。

完成面拉伸，分别拉伸50和-50
GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Normal弹出拾取面对话框，先拾取切割完的直径60mm的面，点击OK，再次弹出拾取面对话框，按照如下设置。

点击OK。

完成面拉伸，分别拉伸40和-40
GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Keypoints→In Active CS,打开创建关键点对话框。

在【Keypoint number】文本框中输入200，在【Location in active CS】文本框中分
别输入70,0,0,单击apply按钮。

同意的方法建立另外三个关键点，编号为201至203，分别为（70,140,0）、（70,30,180）、（70,110,180）
GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Arbitrary→Through Kps，弹出
拾取线对话框，依次拾取刚刚建立的4条个关键点，点击OK按钮。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area By Area，弹出拾取体对话框，先拾取新建体，点击OK，再次弹出拾取面对话框，再拾取直径为60mm的圆的四边，点击OK，进行面切割，切割完图形如下所示。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Delete→Area Only，删除刚刚切割完的多余的面。

选择菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Normal弹出拾取面对话框，先拾取切割完的直径60mm的面，点击OK，再次弹出拾取面对话框，按照如下设置。

点击OK。

完成面拉伸，分别拉伸10和-10
GUI：MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes弹出拾取体对话框，选择Pick ALL，点击OK
GUI：Utility Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出【Element Types】对话框，单机Add按钮，选择单元类型为solid186
Solid186为20节点高阶单元，单元形状如下所示，每个节点具有三个自由度，分别为空间坐标系下的三个平动自由度。

GUI：Utility Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出【Deflne Material Model Behavior】对话框，在右边【Material Models Available】框中依次双击Structural→linear →Elastic→Isotropic，弹出窗口【Linear Isotropic Properities for Material】对话框，设置下列选【PRXY】项输入0.3。

单机OK按钮，返回【Deflne Material Model Behavior】【EX】项输入2.1e5；
项：
对话框，选择该框中的Material→Exit。

静强度分析不涉及到加速度场的，则不需要定义密度，只需要定义弹性模量和泊松比即可，所以本文材料定义已经完成，如上所示。

GUI：MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，打开【MeshTool】网格工具。

勾选Smart Size，并调整为1。

选择Mesh域中的Volumes，单机Mesh按钮，打开体选择对话框，单击Pick All 按钮。

最终网格总数为21930
GUI：MainMenu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→DiSplacement→On Nodes，拾取基座底面四个圆柱面内孔的所有计算，单击OK按钮，选择All DOF作为约束自由度，单击OK按钮。

GUI：MainMenu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Force→On Nodes，拾取右端φ60的孔端面上所有节点，施加15000/236=63.559N的载荷，点击OK按钮。

因为在ANSYS中无法建Force直接加载在面上，所以可以把Force均布在面的每个节点上，保证每个节点加载的大小相等，则合力即表示施加在这些节点围成的面上。

GUI：MainMenu→Solution→Solve→CurrentIS，进行求解。

GUI：MainMenu→General Postproc→Plot Reault→Contour Plot→Nodal Solu,打开【Contour Nodal Solution Data】对话框。

如图所示：进行云图显示。

GUI：MainMenu→General Postproc→Plot Reaults→Contour Plot→Nodal Solu，打开【Contour Nodal Solution Data】对话框。

在【Item to be contoured】域列表中选择Stress 选项，再列表框中选择von Mises Stress选项；单击OK按钮。

等效应力
GUI：MainMenu→General Postproc→Plot Reaults→Contour Plot→Nodal Solu，打开【Contour
Nodal Solution Data】对话框。

在【Item to be contoured】域列表中选择Elastic Strain选项，再列表框中选择von Mises Elastic Strain选项；,单击OK按钮。

结论
结构最大等效应力为150.382MPa，结构许用应力160MPa>150.382MPa，则结构满足强度要求,最大等效应力发生在底部约束的孔位置处。