轮子受力分析

教程9：轮子的受力分析

问题阐述

下面所示为轮子的2D平面图，其中列出了该轮的基本尺寸（单位为毫米）。现要分析该轮仅承受绕Y轴旋转角速度的作用下，轮的受力及变形情况。

所给条件

已知角速度为525rad/s，材料的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7.5g/mm3。根据该轮的对称性，在分析时只要分析其中的一部分即可，即取模型的十六分之一。

交互式的求解过程

1．定义单元类型和材料特性

1.1 定义单元类型

1．Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete

2．按下Element Type窗口内的Add按钮。

3．在单元类型库中，选择左侧列表中的SOLID单元家族，及右侧列表中Brick 8node 45类型。

4．按下Apply按钮完成选择。

5．在单元类型库中，选择左侧列表中的SOLID单元家族，及右侧列表中Brick 20node 95类型。

6．按下OK按钮完成选择。

7．按下Close按钮关闭Element Type窗口。

1.2 定义材料特性

1．Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models。

2．在材料定义窗口内选择：Structural→Linear→Elastic→Isotropic。

3．在EX后的文本框内输入数值2e5作为弹性模量。在PRXY 后的文本框内输入数值0.3作为泊松比。

4．按下OK按钮完成定义。

5．在材料定义窗口内选择：Structural→Density，在出现的对话框中输入DENS=7.5e-9作为密度。

6．按下OK按钮完成定义。

2. 建立2D模型

2.1 生成矩形面

1．Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimension。

2．在出现的对话框中分别输入：X1=25.4，X2=38.1，Y1=0，Y2=127。

3．按下该窗口内的Apply按钮。

4．再次输入：X1=82.55，X2=95.25，Y1=12.7，Y2=95.25。

5．按下该窗口内的Apply按钮。

6．再次输入：X1=25.4，X2=95.25，Y1=38.1，Y2=57.15。

7．按下OK按钮。

2.2 面叠分操作

1.Main Menu：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans

-Overlap→Area。

2.在出现的拾取框中，单击Pick All。

2.3 显示线

1.Utility Menu：PlotCtrls→Numbering。

2.在出现的对话框中，设置Line Number为On。

3.按下OK按钮。

4.Utility Menu：Plot→Line。

2.4 倒角

1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Line-Line Fillet

2.在出现拾取框后，拾取线号“L16，L28”。

3.按下Apply按钮。

5.在出现的对话框中，输入RAD=

6.35。

6.按下Apply按钮。

7.又分别拾取线号“L14，L27”、“L28，L23”和“L27，L19”，

重复上述操作，最后按下OK按钮。

8.Utility Menu：Plot→Line。

2.5 生成一个由倒角线围成的面

1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Areas-Arbitrary

→By Lines。

2.在出现拾取框后，拾取线号“L4，L6，L2”。

3.按下Apply按钮。

4.在出现拾取框后，拾取线号“L9，L8，L11”。

5.按下Apply按钮。

6.在出现拾取框后，拾取线号“L32，L33，L34”。

7.按下Apply按钮。

8.在出现拾取框后，拾取线号“L29，L30，L31”。

9.按下OK按钮。

2.6 生成弧线的中心点

1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Keypoints→In

Active CS。

2.在出现的对话框中，输入X=88.9，Y=18.923。

3.按下Apply按钮。

4.在出现的对话框中，输入X=88.9，Y=89.027。

5.按下OK按钮。

2.7 生成圆弧线

1.Utility Menu：PlotCtrls→Numbering。在出现的对话框中，设

置KP Keyopt Number为On。

2.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Line→Arcs→

By End KPs & Rad。

3.在出现拾取框后，拾取关键点“5，6”。

4.按下Apply按钮。

5.再拾取圆弧线的中心点，即拾取关键点25。或者在输入框中

输入线号25。

6.按下Apply按钮。

7.在出现的对话框中，输入RAD=8.89。

8.按下Apply按钮。

9.又依次拾取关键点“7，8”和圆弧线的中心点即关键点26。

也可在输入框中直接输入26。

10.最后按下OK按钮。

2.8 生成由圆弧线围成的面

1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Create→Areas-Arbitray

→By Line。

2.在出现拾取框后，拾取线号“L7，L36”。

3.按下Apply按钮。

4.又拾取线号“L5，L35”。

5.按下OK按钮。

2.9 面相加

1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Operate→Booleans-Add

→Area。

2.在出现的拾取框中，单击Pick All。

2.10 线相加

1.Main Menu：Preprocessor→Modeling-Operate→Booleans-Add