ANSYS有限元分析课程论文

题目：

如图所示是一飞轮的截面图。飞轮材料的弹性模量210GPa，泊松比0.27，密度7800kg/m3。飞轮的角速度为62.8rad/s，飞轮边缘受到压力作用，压力p为1MPa，飞轮轴孔固定。试对

飞轮进行静力分析并绘制飞轮在柱坐标系下径向、环向的应力和变形云图。

主要步骤：

1. 用户自定义文件夹，以为文件名xiti开始一个新的分析。

2. 定义单元类型

（1）选择Main Menu>Preprocessor> Element Type>Add/Edit/Delete>Add >select：select Solid Quad 8node 82 >OK (back to Element Types window)

（2）设置Solid Quad 8node 82 的Options选项，Options… >selelt K3: Axisymmetric>Close (the Element Type window)，如图1所示。

图1 单元属性设置对话框

3. 定义材料性能参数

（1）定义材料的弹性模量和泊松比

Main Menu: Preprocessor >Material Props >Material Models >Structural >Linear >Elastic >Isotropic >input EX:2.10e5, PRXY:0.27 > OK

（2）定义材料的密度

Main Menu: Preprocessor >Material Props >Material Models>Favorite>Linear Static>Density >input DENS:0.0078 > OK

4.建立几何模型、划分网格

（1）生成特征点

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS>依次输入点的坐标：input:1(50,0),2(55,0),3(55,16), 4(75,16), 5(75,5),6(80,5),7(80,40),8(75,40),

9(75,24),10(55,24),11(55,50),12(50,50)

（2）连接各特征点

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines> Lines>Straight Line>依次连接各特征点：1(50,0),2(55,0),3(55,16), 4(75,16), 5(75,5),6(80,5),7(80,40),8(75,40),

9(75,24),10(55,24),11(55,50),12(50,50)

（3）生成过度圆弧

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Line Fillet>选择需要产生过度圆弧的两边，输入过度圆弧的半径>OK 如图2所示。

图2 飞轮截面形状

（4）生成飞轮截面

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By lines>依次选择各条线>OK 如图3所示。

图3 飞轮截面模型

5. 网格划分

Main Menu>Preprocessor >Meshing >Mesh Tool > （Size Controls) Global: Set >input SIZE:1 >OK

Mesh Tool >Mesh : select Areas> Shape:Quad>Free > Mesh > Pick All >Close( the Mesh Tool

window) 如图4所示。

图4 飞轮网格划分模型

6.模型约束加载

（1）对飞轮边施加位移约束

Main Menu>Solution >Define Loads >Apply >Structural >Displacement > On Lines >拾取左边> OK > select Lab2:ALL DOF > OK

（2）对飞轮边施加载荷

Main Menu>Solution >Define Loads >Apply >Structural >Pressure> On Lines >选择图示的三条边>如下图5输入>OK

图5 飞轮边施加载荷

（3）施加角速度

ANSYS Main Menu: Solution >Define Loads >Apply >Structural >Inertia > Angular veloc >Globel弹出施加角速度的对话框，如图6输入

图6 施加角速度

7.分析计算

Main Menu>Solution >Solve >Current LS >OK(to close the solve Current Load Step window) >OK

8.后处理

（1）改变观察结果输出坐标系

Main Menu: General Postproc >Options for Output >出现结果坐标系设置对话对话框，设置为柱坐标系，如图7所示。

图7 改变观察坐标系

（2）三维扩展

Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>2D Axis-Symmertric弹出轴对称扩展设置对话框，选择Full expansion单击OK

9. 结果显示

（1）径向应力云图

Main Menu>General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu >select: DOF solution, X-Component of displacement >OK

图8 平面径向应力云图

图9 三维径向应力云图

（2）环向向应力云图

Main Menu:>General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu >select: DOF