有限元轮子受力分析

轮子受力分析

1、问题描述

如图4-92所示为轮子的2D平面图，该轮基本尺寸均为英寸，中间筋板上的孔有8个，圆周分布。现要分析该轮仅承受Y轴旋转角速度的作用下，轮的受力及变形情况。已知角速度为w=525rad/s，材料属性为弹性模量E=30×106psi，泊松比为0.3，密度为0.00073 lb/in3。

2、建模思路

由于轮子的对称性，只要分析其中的1/8即可。这是一个3D问题，由于其复杂性，有必要采用自由网格划分和映射网格划分相结合，不能采用2D网格拖动生成3D网格。首先要建立3D模型，然后进行分割，使其中的一部分模型能够采用映射网格方式划分，其余部分可以自由网格方式划分。对划分网格部分的连接处进行网格转换，并施加对称约束和角速度。对其求解分析，输出结果。3、操作步骤

（1）定义工作文件名和工作标题

①定义工作文件名：执行Utility Menu > File > Change Jobname命令在对话框中输入“Wheel Anal”并选择【New log and error files】复选框，单击OK按钮。

②定义工作标题：Utility Menu > File > Change Title,在对话框中输入

“The Stress calculating of Wheel by angular velocity”，单击OK按钮。

③重新显示：：Utility Menu > Plot > Replot。

④关闭三角坐标符号：Utility Menu > PlotCtrls > Windows Controls > Windows Options，在对话框中的“Location of triad”下拉列表框中选择“Not Shown”，单击OK按钮。

（2）定义单元类型及材料属性

①选择单元类型：Main Menu > Preprocessor > Element Type >Add/Edit/Delete，在【Element Type】对话框中单击Add...按钮，在之后的【Labrary of Element Type】对话框中选择“Sbuctural Solid”和“Brick 8node45”选项，单击Apply按钮，选择“Brick 20node95”，单击Ok按钮，然后单击Close按钮。

②设置材料属性：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models，在【Define Material Models Behavior】窗口中双击【Material Model > Available】列表中的“Structural﹨Linear﹨Elastic Y﹨Isotropic”选项，在弹出【Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1】对话框中输入“EX=3e11，PRXY=0.3”，单击OK按钮，双击打开Density，在对话框中的【DENS】文本框中输入“0.00073”，单击OK按钮，执行Material > Exit 命令。

（3）建立2D模型

①生成3个矩形面：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >Areas >Rectangle > By >Dimensions，在对话框【Create Rectangle by Dimensions】中输入数据“X1=7.5,X2=8,Y1=0.5,Y2=3.75X”,单击Apply按钮，输入“5.5，7.5”及“1.5，2.25”，单击Apply按钮，输入“7.5，8.0”

及“0.5，3.75”，单击OK按钮。

②面相加操作：Main Menu > Preprocessor > modeling > Operate > Booleans > Add > Areas，在拾取框中单击Pick All按钮。

③打开线编号：Utility Menu > PlotCtrls > Numbering，在【Plot Numbering Controls】对话框中选择【Line Number】复选框，单击OK按钮。

④显示线：Utility Menu > Plot > Line。

⑤Main Menu > Preprocessor > modeling > Create > Lines > Line Fillet，在拾取框中拾取编号为14、7的线，单击Apply按钮，在弹出的【Line Fillet】对话录中的【RAD】文本框中输入“0.25”，单击Apply按钮。重复上述操作对线7与16、5与13、5与15执行倒角。

⑥打开关键点编号：Utility Menu > PlotCtrls > Numbering，在在【Plot Numbering Controls】对话框中选择【Keypoint Number】复选框，单击OK按钮。

⑦生成圆弧线：Main Menu > Preprocessor > modeling > Create > Lines > Arcs > By End KPs＆Rad，在拾取框中拾取编号为12、11的线，单击Apply按钮。拾取圆弧的中心点（编号为10的点），单击Apply按钮，在弹出的【Arc by End KPs＆Radius】对话框中的【Radius of the arc】文本框中输入“0.4”，单击Apply按钮。重复上述操作，对编号为9、10及11的关键点生成圆弧，单击OK按钮。

⑧由线生成面：Main Menu > Preprocessor > modeling > Create > Areas Arbitrary > By Lines，在拾取框中拾取编号为6、8、2的线，单击Apply按钮。拾取编号20、19、21的线，单击Apply按钮。重复上述过程，对线“22、24、23”、“17、18、12”、“11、25”、“9、26”进行生成面的操作，单击OK按