有限元应力分析
有限元分析实验报告
有限元分析实验报告有限元分析实验报告引言有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，它可以通过将复杂的结构划分为许多小的有限元单元，通过计算每个单元的力学特性，来模拟和预测结构的行为。
本实验旨在通过有限元分析方法，对某一结构进行力学性能的分析和评估。
实验目的本实验的目的是通过有限元分析，对某一结构进行应力和变形的分析，了解该结构的强度和稳定性，为结构设计和优化提供参考。
实验原理有限元分析是一种基于弹性力学原理的数值计算方法。
它将结构划分为许多小的有限元单元，每个单元都有自己的力学特性和节点，通过计算每个单元的应力和变形，再将其组合起来得到整个结构的力学行为。
实验步骤1. 建立有限元模型：根据实际结构的几何形状和材料特性，使用有限元软件建立结构的有限元模型。
2. 网格划分：将结构划分为许多小的有限元单元，每个单元都有自己的节点和单元材料特性。
3. 材料参数设置：根据实际材料的力学特性，设置每个单元的材料参数，如弹性模量、泊松比等。
4. 载荷和边界条件设置：根据实际工况，设置结构的载荷和边界条件，如受力方向、大小等。
5. 求解有限元方程：根据有限元方法，求解结构的位移和应力。
6. 结果分析：根据求解结果，分析结构的应力分布、变形情况等。
实验结果与分析通过有限元分析，我们得到了结构的应力和变形情况。
根据分析结果，可以得出以下结论：1. 结构的应力分布：通过色彩图和云图等方式，我们可以清楚地看到结构中各个部位的应力分布情况。
通过对应力分布的分析，我们可以了解结构的强度分布情况，判断结构是否存在应力集中的问题。
2. 结构的变形情况：通过对结构的位移分析，我们可以了解结构在受力下的变形情况。
通过对变形情况的分析，可以判断结构的刚度和稳定性，并为结构的设计和优化提供参考。
实验结论通过有限元分析，我们对某一结构的应力和变形进行了分析和评估。
通过对应力分布和变形情况的分析，我们可以判断结构的强度和稳定性，并为结构的设计和优化提供参考。
结构有限元分析 (2)
结构有限元分析1. 简介结构有限元分析是工程领域中一种常用的数值分析方法，用于解决结构载荷下的应力、变形和振动问题。
通过将复杂的结构分成有限个简单的单元，通过求解每个单元的应力和位移，再将它们组合得到整个结构的应力和位移场。
有限元方法广泛应用于各种工程领域，如土木工程、机械工程和航空航天工程等。
2. 有限元分析的基本原理有限元分析的基本原理是建立结构的有限元模型，然后通过求解有限元模型的力学方程，得到结构的应力和位移场。
有限元模型通常由节点和单元构成。
节点是结构中的关键点，单元是连接节点的构造单元，常用的单元包括三角形单元、四边形单元和六面体单元等。
通过对单元的弯曲、伸长等变形进行逼近，可以得到结构的位移场。
然后，根据位移场和材料的力学性质，可以计算结构的应力场。
3. 有限元分析的步骤有限元分析通常包括以下步骤：步骤1：离散化将结构分成有限个单元，并为每个单元选择合适的单元类型。
步骤2：建立单元刚度矩阵根据每个单元的几何形状、材料性质和节点位移，建立单元的刚度矩阵。
步骤3：建立全局刚度矩阵将所有单元的刚度矩阵组装成全局刚度矩阵。
步骤4：应用边界条件根据结构的边界条件，将边界节点的位移固定或施加给定的载荷。
步骤5：求解线性方程组根据边界条件将全局刚度矩阵和载荷向量进行约束，然后通过求解线性方程组得到结构的位移。
步骤6：计算应力和应变根据得到的位移场和材料的力学性质，计算结构的应力和应变场。
4. 有限元分析的应用领域有限元分析是一种非常灵活和广泛应用的方法，可以用于解决各种结构工程中的力学问题，包括：•结构静力学分析：用于计算结构的应力和变形。
•结构动力学分析：用于计算结构的振动频率和模态形状。
•结构优化设计：通过调整结构的几何形状、材料和边界条件，实现结构的最佳设计。
•结构疲劳分析：用于评估结构在长期应力加载下的疲劳寿命。
有限元分析在工程实践中得到了广泛应用，可以帮助工程师在设计和优化结构时做出准确的决策。
有限元分析中应力集中的处理方法
有限元分析中应力集中的处理方法理论上可以证明，如果插值函数使用了“协调和完整的位移函数”，则当网格尺寸逐渐减小而单元数量增加时，解就会单调收敛。
而且，当单元数目增加时，得到的刚度会降低，并收敛于真实刚度；这就意味着，当单元增加时，得到的位移增加，而收敛于精确位移解。
其图形如下：这里所说的“协调和完整位移函数”，是指：1.近似函数式一般是多项式。
2.近似函数在单元内要保持连续。
3.近似函数应提供单元间的连续性，包括离散单元每一个节点所有自由度都应该是连续的，二维单元和三维单元沿着公共边界线和公共面必须是连续的。
既能够保证单元内的连续，又能够保证单元间的连续的形函数称为协调函数。
4.近似函数应考虑刚体位移和单元内的常应变状态。
即有常数项保证刚体运动（无应变的运动），而有一次项保证有常应变状态发生。
这是形函数的完整性问题。
例如，对于一维单元而言，若取形函数则同时满足上面四个条件，称为协调且完整的位移函数。
一般来说，我们所用的单元使用的位移函数都满足上述四个条件，所以从理论上来说，只要网格加密，就可以收敛于真实解。
为了验证上述理论的真实性，我们选用了一个材料力学中的例子来做仿真。
该例子如下使用材料力学的理论进行求解，简要过程如下使用ANSYS进行分析，使用BEAM188单元，首先创建如图所示的几何模型然后分别对各段直线加密网格划分，得到的结果如下上表中，第一列是划分的单元数，第二列是最大的压应力，第三列是最大的拉应力。
可以看到，随着单元数目的增加，最大拉伸，压缩应力的绝对值都在增加。
从材料力学得到的精确解，最大的压应力是-46.2MPa, 最大的拉应力是28. 8MPa。
这样，当单元数增加到64个时，压应力的误差是（46.2-45.7）/46.2 = 1.1%; 拉应力的精度是（28.8-28.6)/28.8=0.7%.此时精度已经相当高了。
可以明显的看出，随着单元数目的增加，应力解的确是在逐渐逼近真实解。
了解材料力学中的应力分析方法
了解材料力学中的应力分析方法材料力学是研究材料行为及其力学特性的学科，应力分析方法是其中的重要内容之一。
在材料力学中，应力是描述物体内部受力情况的力学参数，而应力分析方法则是利用各种数学和物理手段来确定物体内部应力分布的过程。
本文将介绍几种常见的应力分析方法，并探讨其适用范围和基本原理。
1. 等效应力法等效应力法是最常用的应力分析方法之一，其基本原理是将复杂的三维应力状态简化为等效应力的一维问题。
等效应力通常使用了一些特定的理论假设，如弹性体材料的等效应力假设和受力高度假设。
通过计算等效应力，可以得出物体是否会发生破裂或变形的结论，从而指导工程实践。
2. 应力分量法应力分量法是应力分析的另一种常见方法，它将应力状态表示为各个坐标轴方向上的应力分量。
常见的应力分量包括正应力、切应力和主应力等。
通过计算和分析这些应力分量，可以更直观地理解和描述物体的内部应力状态，准确判断材料的强度和破坏机制。
3. 应变能法应变能法是一种基于能量原理的应力分析方法。
它假定物体的变形过程是一种能量的转化过程，通过计算和分析物体在外力作用下的应变能量和应力能量的变化情况，可以得出物体的内部应力分布。
应变能法在分析复杂的弹性和塑性变形问题时具有一定的优势，被广泛应用于材料力学和结构力学领域。
4. 有限元法有限元法是一种基于数值计算的应力分析方法，它通过将物体划分为无数个小区域，将连续的应力分析问题转化为离散的微分方程组。
通过求解这个方程组，可以得到物体各个小区域的应力状态，进而得出整体的应力分布情况。
有限元法具有计算精度高、适用范围广的优点，是现代材料力学研究中最常用的方法之一。
综上所述，材料力学中的应力分析方法有很多种，每种方法都有其独特的优点和适用范围。
在实际工程中，应根据具体情况选择合适的方法，结合实际问题进行应力分析，为材料设计和工程实践提供科学的依据。
通过深入了解和掌握应力分析方法，可以更好地解决材料力学中的问题，推动科学技术的进步和发展。
solidworks有限元应力 连接关系讲解 -回复
solidworks有限元应力连接关系讲解-回复SolidWorks有限元应力连接关系讲解引言：SolidWorks是一款流行的三维计算机辅助设计软件，广泛用于机械设计和工程分析领域。
其中，有限元分析是SolidWorks的重要功能之一，可帮助工程师和设计师在设计过程中评估机械元件的应力和变形。
本文将以有限元应力连接关系为主题，详细介绍SolidWorks中的相关概念、步骤和实施过程。
一、有限元分析简介：有限元分析是一种数值分析方法，用于将复杂的连续体结构分解为简单的有限元素，并利用有限元体系对结构进行模拟和分析。
通过将结构划分为离散的有限元素，可以计算每个有限元上的应力和变形，并从整体上了解结构的行为。
有限元分析在机械工程、土木工程、航空航天等领域中得到广泛应用。
在SolidWorks中，有限元分析可以通过选择适当的连接关系来实现。
二、SolidWorks中的有限元连接关系：SolidWorks中有多种连接关系可用于有限元分析，包括固定、弹簧、配合、壳单元、接触等。
这些连接关系可以模拟各种在实际情况中常见的连接方式，以便更准确地进行应力和变形分析。
1. 固定连接关系：固定连接关系用于约束结构中一个或多个点的自由度，以模拟某些零件的固定或约束状态。
在有限元分析中，固定连接关系适用于固定或约束不需要进行应力和变形分析的部分。
2. 弹簧连接关系：弹簧连接关系用于模拟零件之间的弹性连接，可在有限元分析中模拟零件的连接条件。
在连接点上定义弹簧连接关系后，可以对弹簧的刚度和长度进行调整，以满足实际情况下的连接需求。
3. 配合连接关系：配合连接关系用于模拟零件之间的配合情况，可在有限元分析中模拟零件的拟合度。
配合连接关系可以定义为铰接、插销、齿轮等各种拟合条件，以便更准确地模拟实际工况。
4. 壳单元连接关系：壳单元连接关系用于将不同零件之间的壳单元进行连接，以便在有限元分析中更好地模拟构件的应力和变形。
壳单元连接关系可以使用接触区域、刚性连接或可拖拽等方式实现。
基于有限元法的复合材料结构的应力分析
基于有限元法的复合材料结构的应力分析复合材料是一种由两种或两种以上不同性质的材料组成的复合材料，具有优异的力学性能和轻质化的特点。
在现代工程设计中，复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
为了确保复合材料结构的可靠性和安全性，需要进行应力分析。
本文将介绍基于有限元法的复合材料结构的应力分析方法。
有限元法是一种数值分析方法，通过将结构离散为有限数量的单元，将结构的连续性问题转化为离散的代数方程组，从而求解结构的应力、位移等物理量。
在复合材料结构的应力分析中，有限元法是一种非常有效的工具。
首先，需要建立复合材料结构的有限元模型。
复合材料结构通常由多层纤维增强复合材料层和粘接剂层组成。
在有限元模型中，可以将复合材料层和粘接剂层分别建模为不同的单元类型。
对于复合材料层，可以采用壳单元或板单元进行建模，而对于粘接剂层，可以采用固体单元进行建模。
此外，还需要定义材料的力学性质，如弹性模量、剪切模量等。
其次，需要施加边界条件和加载条件。
边界条件是指结构的约束条件，用于限制结构的自由度。
加载条件是指施加在结构上的外部载荷。
在复合材料结构的应力分析中，边界条件和加载条件的选择对结果的准确性有重要影响。
需要根据实际情况选择合适的边界条件和加载条件。
然后，进行有限元分析。
有限元分析是通过求解离散的代数方程组来计算结构的应力和位移。
在复合材料结构的有限元分析中，通常采用迭代求解的方法，通过迭代计算得到结构的应力和位移。
在求解过程中，需要选择合适的求解方法和收敛准则，以确保结果的准确性和稳定性。
最后，对分析结果进行后处理。
分析结果包括结构的应力、位移等物理量。
可以通过可视化的方式将结果呈现出来，如应力云图、位移云图等。
此外，还可以通过对结果进行进一步的分析和评估，如应力分布的均匀性、结构的强度等。
综上所述，基于有限元法的复合材料结构的应力分析是一种有效的工具。
通过建立有限元模型、施加边界条件和加载条件、进行有限元分析以及对分析结果进行后处理，可以得到复合材料结构的应力分布情况，为工程设计提供有力支持。
Romax培训——有限元箱体应力分析
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详细建模步骤（3 详细建模步骤（3） 与轴承中心点连接
选中“Display 选中“Display all connected nodes”点击Estimate all，系统 nodes”点击Estimate all，系统 将自动按照默认参数选择箱体邻近轴承外圈范围内的节点 与轴承中心点连接。五个轴承连接上，一个需要手动连接。
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详细建模步骤（5 详细建模步骤（5） 箱体应力变形计算显示
约几分钟的计算之后可以完成静态分析 计算时间取决于用户计算机的计算能力以及有限元 模型的复杂程度 可查看变形云图、应力云图等 也可以把分析结果保存起来
恒润科技公司
该界面表明缩聚成功，无错误也无警告 点“关闭”即可
恒润科技公司4） 检查箱体缩聚后的刚度矩阵
缩聚计算结束后，点击proprity－>stiffness data－>test 缩聚计算结束后，点击proprity－ data－ stiffness data。 data。
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详细建模步骤（3 详细建模步骤（3） 与轴承中心点连接
点击主菜单 Connect with nodes，将轴承中心点与箱 nodes，将轴承中心点与箱 体有限元模型连接，下图提示有六个轴承中心点没 有连接。点击“关闭”
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详细建模步骤（2 详细建模步骤（2） 新建齿轮箱箱体数据
有限元应力正值是拉应力
有限元应力正值是拉应力
有限元应力是工程领域中常用的一种分析方法，它可以用来计算和预测物体在受力作用下的应力分布。
在这种方法中，物体被离散成许多小的有限元，然后通过求解这些有限元之间的相互作用，得到整体应力分布。
而在有限元应力中，正值的拉应力是一种常见的现象。
拉应力是指物体在受到拉力作用时，单位面积上的应力。
当物体受到拉力时，其内部的分子间距离会增加，从而导致物体产生拉应力。
这种拉应力常见于拉伸材料或受拉的结构中，如拉伸试验中的试样，弹簧等。
拉应力的正值意味着物体在受力作用下会发生拉伸。
对于拉伸材料，拉应力正值越大，材料就越容易发生破坏。
因此，在工程设计和材料选择中，我们需要根据实际情况来确定合适的拉应力值，以确保材料的安全性和可靠性。
在实际工程中，我们可以使用有限元方法来计算和分析拉应力的分布。
通过将物体离散成许多小的有限元，然后求解这些有限元之间的力学相互作用，我们可以得到物体在受力情况下的应力分布。
通过对这些应力分布的分析，我们可以判断材料在不同受力条件下的强度和稳定性。
除了理论计算，实验测试也是评估拉应力的重要方法之一。
通过在实验室中对材料进行拉伸试验，我们可以直接测量和观察材料在受
力作用下的应力变化。
这些实验数据可以与有限元模拟结果进行对比，从而验证有限元模拟的准确性和可靠性。
有限元应力正值是拉应力是工程领域中常见的现象。
通过有限元方法和实验测试，我们可以对物体在受力作用下的拉应力进行计算和分析，从而评估材料的强度和稳定性。
这对于工程设计和材料选择具有重要意义，可以保证工程结构的安全性和可靠性。
有限元分析中的应力
有限元分析中的应力在有限元分析中，应力是对物体内部的力学状态的描述。
它描述了物体在受力作用下产生的应变情况。
应力可以分为正应力和剪应力两个方向。
正应力是物体内部的力在其中一截面上的投影，即单位面积上的力。
根据胡克定律，正应力与应变成正比。
正应力可以分为拉应力和压应力两种情况。
当物体受到拉力作用后，该截面上的应力为正值，被称为拉应力。
当物体受到压力作用后，该截面上的应力为负值，被称为压应力。
正应力的单位为帕斯卡(Pascal)，常用符号是σ。
剪应力是物体内部的力在其中一截面上的切向分力，即单位面积上的切力。
剪应力有时也被称为切应力。
剪应力在工程中非常重要，因为它反映了物体在受力作用下的剪切变形情况。
剪应力的单位也是帕斯卡(Pascal)，常用符号是τ。
在有限元分析中，通过计算每个单元上的位移，然后通过应力-应变关系求解每个单元上的应力。
应力的计算可以通过以下公式得到：σ=E*ε其中，σ是应力，E是材料的弹性模量，ε是应变。
有限元分析还可以计算相应的应力激活互换载荷。
这意味着，在一些特殊的情况下，我们可以通过改变结构的加载条件来获得相同的应力分布情况。
这对于优化设计非常重要，因为我们可以根据需要来改变材料和几何形状，并通过有限元分析来确定最佳的结构配置。
总之，有限元分析是一种强大的工具，用于求解结构的应力分布情况。
通过计算每个单元上的位移，并应用应力-应变关系，我们可以得到结构的应力分布情况。
应力分析在结构设计和优化中起着至关重要的作用，帮助工程师确定合适的材料和几何形状，并最大程度地减少结构的应力集中。
ANSYS有限元应力分析模块清单
模块名称
筒体开孔内伸接管结构分析
模块编号
ANSYSMB-B-18
分析类型
弹性分析
疲劳分析
有□无□
输入参数
结构参数
(见图）
mm
D1、Tl、DPO、RTP、RRO、RRI、AERFA
材料参数
弹性模量MPa
YANGS
载荷参数
内压MPa
PREI
外压MPa
泊松比
MU
集中载荷
N
线胀系数
21
椭圆形封头开孔结构
分析
承受内压，开孔数量及位置任意、方向任意、接管与封头的焊接可倒角或不倒角；，可退化为球形封头开孔结构
22
碟形封头开孔结构
分析
承受内压，开孔数量及位置任意、方向任意、接管与封头的焊接可倒角或不倒角
ANSYS有限元应力分析模块清单
全
模
块
序号
模块名称
说明
结构类型
1
基本模块
如上基本模块所述
3
锥形封头中心接管
结构分析（1）
可承受内压、接管轴向载荷
不带折边
4
锥形封头中心接管
结构分析（2）
可承受内压、接管轴向载荷
带折边
5
裙座与壳体连接结构
分析
可承受内压、自重载荷，接管可倒或不倒角；裙座可为筒裙或锥裙
6
平密封面长颈对焊法兰结构分析
可计算预紧、操作两种载荷工况下的法兰应力分布状况
7
平密封面乙型平焊法兰结构分析
二维轴对称结构
6
一种锥体夹套结构
载荷包括内压、夹套内压
二维轴对称结构
7
膨胀节分析
有限元应力分析
6
3
6
8
6
4
二、有限元基本思想
有限元形函数的特点： 每个结点对应一个形函数。 本结点处为 1，其他结点处为 0 相邻单元界面上位移必须连续。
二、有限元基本思想
3、满足最小势能原理（或虚位移原理） 导出以结点位移为未知量的线性代数方程组。
。
单元内任意点处各形函数之和等于 1。
Π=∫
V
1 T ε D ε dV − ∫ uT f dV − ∫ uT T dS V Sσ 2
二、有限元基本思想
简例：一维曲线的折线离散化
二、有限元基本思想
1、离散化：将连续体离散为有限单元
结点、单元
当分段越来越小时，逼近真实曲线。
结点相互连结，位移相同。
2005年8月28日11
4结点 四边形 8结点 四边形 面单元 3结点 三角形 6结点 三角形 六面体 单元 实体 单元 五面体 单元 四面体 单元
∂Π =0 ∂a
Ka = P
高斯积分
结点位移矢量 刚度矩阵，单元刚度，刚度集成 载荷矩阵。集中力、分布力、体积力 加位移约束
2005年8月28日11
二、有限元基本思想
4、求解线性代数方程组得到结点位移。
充分发挥计算机的特长。 存储量小、计算速度快。
三、有限元建模
● 有限元软件功能越来越强大、越来越“傻瓜化” ● 有限元软件有三大部分： 前处理： 建立有限元模型。 简化、分元、边界条件、材料特性 图形界面下交互模，接 CAD软件，自动分元 有限元分析：求解位移、应力等结果 后处理：变形图、云纹图、动画演示 ● 用户的首要任务是： 输入正确的初始数据，即建立合理的计算模型， 才能得到正确的输出结果。
三、有限元建模
ANSYS有限元分析-应力分析
2A. 应力分析
车床刀具
说明
施加不同的约束重新求解， 施加不同的约束重新求解，并与第一次 的结果进行比较。 的结果进行比较。
1) 2) 3) 4)
画位侈 列反力 画von Mises 应力 动态显示von Mises应力 动态显示 应力
January 20, 2001 Inventory #001442 W2-1
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 INTRODUCTION TO ANSYS 5.7
基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析
基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析一、本文概述随着现代机械工业的飞速发展，齿轮作为机械设备中的关键传动元件，其性能的稳定性和可靠性对于设备的长期运行和维护至关重要。
直齿轮作为齿轮传动的一种基本形式，其接触应力的分布与大小直接影响着齿轮的工作性能和使用寿命。
因此，对直齿轮接触应力的深入研究与分析，对于提高齿轮的设计水平、优化制造工艺以及提升设备的整体性能具有重要意义。
本文旨在利用ANSYS有限元软件对直齿轮的接触应力进行分析。
简要介绍了直齿轮的基本结构和传动原理，阐述了接触应力分析的必要性和重要性。
详细阐述了ANSYS有限元软件在齿轮接触应力分析中的应用，包括建模、网格划分、材料属性设定、接触设置、求解及后处理等关键步骤。
通过实例分析，展示了ANSYS软件在直齿轮接触应力分析中的具体操作流程，并对分析结果进行了详细的解读。
总结了利用ANSYS进行直齿轮接触应力分析的优势和局限性，并对未来的研究方向进行了展望。
本文旨在为齿轮设计师和工程师提供一种有效的直齿轮接触应力分析方法，帮助他们更好地理解直齿轮的应力分布特性，优化齿轮设计，提高齿轮的工作性能和可靠性。
本文也为相关领域的学者和研究人员提供了一种有益的参考和借鉴。
二、直齿轮接触应力的理论基础在直齿轮传动过程中，接触应力是决定齿轮使用寿命和性能的关键因素之一。
因此，对其进行准确的接触应力分析至关重要。
接触应力的分析主要基于弹性力学、材料力学和摩擦学的基本理论。
弹性力学是研究弹性体在外力作用下变形和应力分布规律的学科。
在直齿轮接触问题中，通常假设齿轮材料为线性弹性材料，满足胡克定律。
齿轮在啮合过程中，由于接触力的作用，齿面会产生弹性变形，进而产生接触应力。
材料力学是研究材料在受力作用下的应力、应变和强度等性能表现的学科。
对于直齿轮，材料的选择对齿轮的接触应力分布和承载能力有重要影响。
通常，齿轮材料需要具备较高的弹性模量、屈服强度和疲劳强度等。
ug有限元应力-单元和应力-单元-节点
ug有限元应力-单元和应力-单元-节点有限元应力分析是工程领域中一种常用的数值计算方法，可用于评估结构的应力和变形情况。
在ug有限元软件中，应力的计算主要基于单元和单元节点。
本文将详细介绍ug有限元应力-单元和应力-单元-节点的相关概念和计算方法。
在ug有限元分析中，将结构划分为若干个小的几何单元，用于离散化结构。
每个单元代表结构中的一个局部区域，可以是一维、二维或三维的。
根据结构的几何形状和应力分布特点，可以选择不同类型的单元。
常见的单元类型有线性单元、二次单元、六面体单元等。
在有限元分析中，应力是描述结构单位面积内各个方向力的分布情况。
根据虚功原理和位移-应力关系，可以通过计算单元节点上的位移和形状函数来得到应力的近似值。
具体计算方法可以采用基于应力-应变关系的理论，如背单元法、纯形法等。
3.单元节点单元节点是单元中的特定点，用于描述单元内部的状态和连接单元之间的关系。
在ug有限元软件中，可以通过设置单元节点的位移和边界条件来模拟结构的加载和约束条件。
通过计算单元节点上的位移和形状函数，可以得到单元内部的应力分布情况。
4.应力-单元-节点计算方法在ug有限元应力分析中，通过在结构上离散化生成单元，并根据输入的加载条件和边界条件，计算得到单元节点上的位移和形状函数。
进一步利用位移和形状函数，可以得到单元内部的应力分布情况。
通过对所有单元的应力进行合并和平均处理，可以得到整个结构的应力情况。
综上所述，ug有限元应力-单元和应力-单元-节点是一种常用的结构应力分析方法。
通过划分单元和计算单元节点上的位移和形状函数，可以得到结构的应力分布情况。
在ug有限元软件中，可以选择不同类型的单元和应力计算方法，以满足工程需求。
该方法在工程领域具有广泛的应用价值，可以帮助工程师评估和优化结构的强度和稳定性。
基于ANSYS的盘式制动器的有限元分析(应力)
基于ANSYS的盘式制动器的有限元分析（应力）采用其他三维模型进行盘式制动器的三维模型建立，如下图，通过ANSYS如三维模型的几何接口将模型导入至ANSYS中。
制动盘和摩擦片的材料参数论文中，如下图所示采用solid185单元类型，并采用六面体网格划分，有限元网格模型如下所示，其中网格总数为49261，节点总数为44499。
制动盘和摩擦片之间采用摩擦接触，摩擦系数为0.38根据力矩平衡方程求解制动器的制动力矩约为826N·m，继而求出单片摩擦片上均布压力约为4.9MPa，切向摩擦力约为5520N将均布压力施加在2片摩擦片上，并在垂直于制动盘的摩擦片表面施加法向载荷，用来表示切向摩擦力对制动盘的作用，加载情况如下图所示。
在上述工况载荷下，制动器的位移云图，和应力云图如下图所示。
其中最大等效应力为46.74MPa，发生在制动盘上。
制动盘和摩擦片单独的应力云图如下，综上可知，在压应力和摩擦应力共同作用下，等下应力最大位置出现在制动盘受压区域，在远离该区域作用区域，结构应力很小，几乎没有。
同时还可以从制动盘单独的应力云图上可以看出，应力场在制动盘转动的方向出现一条明显的应力尾迹，在10MPa左右。
盘式制动器的有限元分析（温度）采用瞬态热分析进行制动器的温度分析，摩擦热通过热流密度进行加载，计算公式如下所示。
单元类型采用solid70，因为将摩擦热等效为热流密度输入，所以只需要建立制动器模型即可。
采用六面体进行网格划分，网格总数为47511，节点总数为39759。
为制动半径为转速为压力为摩擦系数其中：r w p time t v v p pv r p q *w 00μμμμ⎪⎭⎫ ⎝⎛-===制动盘初始温度设置为20°，热流密度通过函数加载，在摩擦片与制动盘接触区域进行加载，制动盘与空气之间的换热通过对流换热系数来表示。
同时设置环境温度为20°紧急制动工况下制动初速度为100 km／h，制动时间3 s，制动0.48s和3s时的温度云图如下所示从上述云图可以看出，整个制动过程中，制动盘外径的温度最高，随着时间推移，最大温度向中心移动，高温区域增大，呈现最大温度环带。
ANSYS有限元应力分析模块清单
18
筒体开孔内伸接管结构分析
承受内压，接管方向任意，接管为内伸结构，接管与筒体焊接可倒角或不倒角；
19
锥体开孔平齐接管结构分析
承受内压，接管方向任意，接管为平齐结构，接管与筒体焊接可倒角或不倒角；
20
锥体开孔内伸接管结构分析
承受内压，接管方向任意，接管为内伸结构，接管与筒体焊接可倒角或不倒角；
二维轴对称结构
6
一种锥体夹套结构
载荷包括内压、夹套内压
二维轴对称结构
7
膨胀节分析
单层或多层，可承受内压和轴向载荷
二维轴对称结构
8
气瓶分析
用于汽车用钢瓶
三维结构
9
筒体开方孔结构
（径向）（1）
方孔接管为平齐结构，可倒角或不倒角；载荷为内压
三维结构
10
筒体开方孔结构
（切向）（2）
方孔接管为平齐结构，可倒角或不倒角；载荷为内压
ANSYS有限元应力分析模块清单
基
本
模
块
序号
模块名称
说明
结构类型
1
椭圆封头中心平齐接管结构分析
可承受内压、外压、接管轴向载荷，接管与封头焊接可倒角或不倒角；可退化成球形封头中间接管
二维轴对称
结构
2
椭圆封头中心内伸接管结构分析
可承受内压、外压、接管轴向载荷，接管与封头焊接可倒角或不倒角；可退化成球形封头中间接管
ANSYS有限元分析模块说明
模块名称
筒体开孔内伸接管结构分析
模块编号
ANSYSMB-B-18
分析类型
弹性分析
疲劳分析
有□无□
输入参数
结构参数
(见பைடு நூலகம்）
应力分析中的弹性理论和有限元分析
应力分析中的弹性理论和有限元分析在工程领域中，应力分析是一项非常重要的技术，它可以帮助工程师预测材料在受到力的作用下的变形情况和材料的强度。
应力分析有两种常用的方法：弹性理论和有限元分析。
弹性理论是基于胡克定律和泊松比等基本假设，通过数学模型来描述材料在受力作用下的弹性变形情况。
该理论可以有效地预测材料在受力后的变形和应力分布情况。
弹性理论适用于线性弹性材料，即材料满足拉伸和压缩变形曲线呈线性关系。
由于弹性理论的假设较为理想化，故只适用于一些简单的结构。
而有限元分析则运用数值方法，将结构离散化为一个个小单元，把问题简化成一系列未知的连续函数，然后通过数学方法求解。
有限元分析的适用性非常广泛，因为它可以处理复杂的结构和非线性材料。
它可以计算复杂工程结构在受力后的变形和应力分布情况，并提供有关材料在受力作用下的强度和刚度信息。
虽然弹性理论和有限元分析都能计算材料在受力后的应力分布，但它们的适用范围不同。
弹性理论只适用于线性弹性材料和一些较简单的工程结构。
而有限元分析可以适用于不同的材料和工程结构，并能够模拟最复杂的现实情况。
此外，有限元分析还可以通过改变模型形状、边界条件和材料参数进行多种参数分析，进一步优化设计方案。
当然，有限元分析也有其缺点。
由于计算机容量和计算资源限制，有限元分析在计算大型复杂结构和长时间的计算中，计算速度较慢。
而且，有限元分析需要许多预处理统计工作，计算结果的准确性取决于这些工作的质量。
总的说来，弹性理论和有限元分析都是应力分析的重要方法。
虽然相比之下，有限元分析的适用范围更广，但它也要求更多的计算资源和时间，而且需要许多预处理工作。
在实际工程中，应力分析的选择取决于结构的设计，成本和计算资源等因素。
需要在不同的方法中进行权衡考虑，以求最优的分析结果。
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三、有限元建模
● 1/4圆弧一般分6－8个单元 ● 应力梯度大的地方网格要加密。 在主要的递减（或递增）区内至少有3－4个单元 ● 相邻疏密网格的尺寸比一般不大于 2
单层
双层
三、有限元建模
材料性质突变处应是单元的边线
三、有限元建模
● 热应力分析：温度场网格与应力分析网格对应 ● 兼顾计算量和计算精度的要求
∂Π =0 ∂a
Ka = P
高斯积分
结点位移矢量 刚度矩阵，单元刚度，刚度集成 载荷矩阵。集中力、分布力、体积力 加位移约束
2005年8月28日11
二、有限元基本思想
4、求解线性代数方程组得到结点位移。
充分发挥计算机的特长。 存储量小、计算速度快。
三、有限元建模
● 有限元软件功能越来越强大、越来越“傻瓜化” ● 有限元软件有三大部分： 前处理： 建立有限元模型。 简化、分元、边界条件、材料特性 图形界面下交互模，接 CAD软件，自动分元 有限元分析：求解位移、应力等结果 后处理：变形图、云纹图、动画演示 ● 用户的首要任务是： 输入正确的初始数据，即建立合理的计算模型， 才能得到正确的输出结果。
球顶开孔接管 左右对称 带小接管内压容器
x
若支管很小，可认为上下也对称
2005年8月28日11
三、有限元建模
2、单元类型的选择
● 杆元：受拉压，用于桁架。 梁元：受弯曲，用于梁弯曲问题。 杆梁元：受拉压弯扭，用于刚架等一般情况 ● 平面应力、平面应变、轴对称 多用四边元，少用三角元，尽量不用退化三角元 常用线性元。二次元精度好，网格约放大一倍， 总计算量稍偏大，适用于曲边情况 ● 板壳元只有薄膜应力和弯曲应力，不能算峰值应力 膜元、板元、壳元的区别
为后处理方便，利用材料编号不同来区别零、部件
● 论证网格尺寸合理性（对尚无经验的算例）： 加密一倍，计算结果之差在3－5％以下。
2005年8月28日11
三、有限元建模
● 半自动分元：人工划分大分区，区内自动分元， 也得到较规则的网格 全自动分元：选好疏密网格的位置。 省事，网格不规则，不便指定路径 ，计算量大
● 力边界条件 程序自动将表面力和体力分配到结点上 倾斜表面上的压力要在局部坐标中给出 体力出现在平衡方程中，不是力边界条件
分布力不要简化为集中力
2005年8月28日11
三、有限元建模
热分析时应采用金属温度，而不是介质温度 基本载荷工况（管程压力、壳程压力、管程温度、 壳程温度等）用单位载荷计算，乘上实际工况的 数值可以组合出多种组合载荷工况 最大压力或最大温差点不一定是危险工况
6
3
6
8Байду номын сангаас
6
4
二、有限元基本思想
有限元形函数的特点： 每个结点对应一个形函数。 本结点处为 1，其他结点处为 0 相邻单元界面上位移必须连续。
二、有限元基本思想
3、满足最小势能原理（或虚位移原理） 导出以结点位移为未知量的线性代数方程组。
。
单元内任意点处各形函数之和等于 1。
Π=∫
V
1 T ε D ε dV − ∫ uT f dV − ∫ uT T dS V Sσ 2
三、有限元建模
● 板壳元与实体元连接： 按直法线（平面）假设加约束方程
实体单元 梁单元
按直法线假设加约束方程
板壳元嵌入实体单元，并给较大刚度 加三结点刚性垂直元 若两边等厚，用约束方程
三、有限元建模
● 疏密单元的过渡
三、有限元建模
● 特殊单元的利用 偏置的梁、板、壳单元：例如，板壳的加筋 接触单元：例如，法兰－密封垫片－螺栓系统 垫片单元：可以考虑垫片的迟滞效应
镜面对称 位移分量
x
y
应力分量
对称性
周期性
v=0
对称性要求几何、载荷、约束条件都对称。 反对称性要求几何对称，而载荷、约束条件反对称
结构对称、载荷反对称
u=0
x
三、有限元建模
轴对称是对同一个轴而言的。
z
三、有限元建模
轴对称问题的工程实例。 轴对称问题 前后对称 内压筒体 裙座容器
y
非轴对称问题 塔器受风载 鞍座容器 内压三通 受管推力的容器
三、有限元建模
5、判断计算结果的正确性：
● 初步检查：输入数据的合理性 网格、边界条件、材料参数等 刚度矩阵奇异： 刚体运动、单元形状编号、材料性质未给 往往是由于分母上出现不该有的 0 而导致发散
2005年8月28日11
三、有限元建模
● 精细检查：计算结果的正确性 定性规律： 零值检查：位移、转角、应力该为零处是否为零 正负检查：该受压处是否受拉 分布规律检查：均匀区、衰减规律、应力集中 变形趋势，转折、突变位置 对称性检查
三、有限元建模
● 位移边界条件 约束必须足以限制刚体运动，否则欠定，无法计算 约束过渡会导致附加应力
对称轴 对称面
危险工况
轴对称问题不能限制径向位移 它靠环向应力与内压相平衡来限制径向变形
三、有限元建模
● 位移边界条件和力边界条件不能重叠 弹性力学：每点每个方向必须给定一个边界条件， 否则欠定 有限元：若不给条件，表示应力为零的自由表面 弹性力学：每点每个方向只能给定一个边界条件 若同时给位移和力边界条件则超定 有限元：若重叠，一般力边界条件失效
4
平面应力、平面应变、 轴对称、薄板弯曲 平面应力、平面应变、 薄板或壳弯曲 平面应力、平面应变、 轴对称、薄板弯曲； 平面应力、平面应变、 薄板或壳弯曲 实体结构，厚板 实体结构，厚板 尽可能使用六面体单元 实体结构，厚板 尽可能使用六面体单元
二、有限元基本思想
2、形函数：
以结点位移为基本未知量。 在单元建立位移的插值函数，形函数。 把分片的形函数连接起来，来逼近真实解。 线性单元、非线性单元。 线性单元中应力均匀分布 二次单元中应力线性分布
三角元过渡
变节点元过渡
螺栓单元：可以施加螺栓预紧力 层单元：用于纤维增强材料，如玻璃钢， 正交各向异性，每层铺设方向不同，最多100层
四边形元过渡
2005年8月28日11
三、有限元建模
3、单元网格的划分
● 四边形元的长宽比：一般在 1:1 到 1:3 之间。 板壳中均匀薄膜应力和弯曲应力区： 可以取 1:5 - 1:7，最多放大到 1:10。 ● 三角元的锐角大于 30º，最小 15º，不宜出现钝角 四边形单元的最小夹角一般不小于 45º。 ● 板壳厚度方向：4层线性单元或2层二次单元
谢谢
2005年8月
三、有限元建模
局部模型的边界应截取到衰减区以外： 薄壳边缘效应，边界距不连续界面应大于 3 Rt 中面加载，小孔，边界距孔边应大于孔直径的 2倍 容器接管开孔，轴向，从补强区外围算边界
2005年8月28日11
三、有限元建模
● 利用对称性、反对称性、周期性：
三、有限元建模
y
u=0 v=0
结构对称、载荷对称
二、有限元基本思想
简例：一维曲线的折线离散化
二、有限元基本思想
1、离散化：将连续体离散为有限单元
结点、单元
当分段越来越小时，逼近真实曲线。
结点相互连结，位移相同。
2005年8月28日11
4结点 四边形 8结点 四边形 面单元 3结点 三角形 6结点 三角形 六面体 单元 实体 单元 五面体 单元 四面体 单元
三、有限元建模
4、施加边界条件：
基本方程、求解方法程序已经解决 边界条件者由用户给定 （1）合理：适定，超定无解，欠定有无穷多解 （2）正确：正确反映求解问题
三、有限元建模
● 力边界条件 集中力下、载荷或温度突变处应设有节点 集中力作用结点处会出现虚假应力集中 加密网格，把集中力均摊到3个节点上
三、有限元建模
三、有限元建模
● 精细检查： 定量规律： 与解析解比较： 总体一次薄膜应力，板的弯曲应力… 与已有数值解比较： 找类似的解例 与实验结果比较：电测、光弹
三、有限元建模
5、判断计算结果的正确性：
● 查找错误： 数据输入 单位转换 载荷折算 设计简化模型：解剖分析 试算模型单元不能太少 非线性计算首先要保证线性结果正确
2005年8月28日11
一、引言
应力分析的三种方法
解析解：精确、规范基础，只有典型解例。 实验应力分析：真实，费用高。 数值(有限元)分析：灵活、高效、经济，防止出错 概念直观、容易掌握 方法统一、适用范围广 计算机求解线性代数方程组，效率很高
有限元应力分析
清华大学航天航空学院 陆明万
最佳组合
解析解+规范：初步设计 有限元分析：分析设计、方案优化 实验应力分析：最终校核
5、由形函数和已知结点位移计算应变和应力。
相邻单元间应力不连续。 绕结点平均。
三、有限元建模
1、结构的简化
简化能减少计算量，但必须合理。 ● 利用局部性： 局部应力变化梯度大，网格密，但影响范围小。 整体/局部两次算法： 先整体计算，忽略局部细节，不必加密网格； 再局部计算，加密网格，以整体结果为边界条件。 若整体有解析解，可以直接利用。 局部模型保持细节特征：凹死角有虚假峰值应力 过渡园角、焊缝填角不能忽略 动力学问题，局部细节对自振频率影响较小