扳手的載荷和約束條件的實(shí)現(xiàn)方法正文畢業(yè)論文(文件)
【正文】 能有研究的能力，對(duì)自己的研究就不會(huì)有所突破，那也就不叫設(shè)計(jì)，希望這次經(jīng)歷能讓我在以后的工作學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。雖然我的設(shè)計(jì)不是很成熟，還有不足之處，但是我付出了自己的勞動(dòng)，這是我引以自豪的地方，我相信只有經(jīng)歷過的人才會(huì)明白其中的酸甜苦辣。在這三個(gè)多月的設(shè)計(jì)過程中，我查詢了大量的資料，對(duì)四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的回顧和總結(jié)，在老師和同學(xué)們的熱心幫助下，終于順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，收獲頗豐，同時(shí)也受益匪淺。在分析的過程中，也留下了一些遺憾。利用ANSYS軟件進(jìn)行省力扳手有限元結(jié)構(gòu)靜力分析，并對(duì)其靜強(qiáng)度進(jìn)行了校核，發(fā)現(xiàn)其扳手手柄根部應(yīng)力較為集中，基于這種情況，我們選擇對(duì)手柄根部應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行加厚的方式，以增大其受力強(qiáng)度，從而使省力扳手在其允許的應(yīng)力范圍內(nèi)正常工作。查看節(jié)點(diǎn)位移云圖：運(yùn)行 ANSYS Main Menu / General Postproc / Plot Results / Contour Plot / Nodal Solu命令，彈出Contour Nodal Solution Data對(duì)話框，依次選擇DOF Solution和Displacement vector sum 選項(xiàng)，并選擇Def+undef model，生成的變形圖查看節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖：運(yùn)行ANSYS Main Menu / General Postproc / Plot Results / Contour Plot / Nodal Solu命令，彈出Contour Nodal Solution Data對(duì)話框，依次選擇Stress和von Mises stress，并選擇Deformed shape only(只顯示變形后的)，生成節(jié)點(diǎn)應(yīng)力圖(1) 位移圖形分析(2) 應(yīng)力圖形分析扳手常見的破壞圖扳手常見的破壞圖局部放大圖基于省力扳手的日常使用情況，我們發(fā)現(xiàn)一般情況下，扳手的手柄根部所受應(yīng)力最大。（為數(shù)值上相等，方向相反）(a, b, c為三個(gè)行星輪)行星架太陽(yáng)輪，其中：與輸入力矩相平衡齒圈所受的力矩，其中為作用力與反作用力。行星齒輪所受到的作用力分析如下:太陽(yáng)輪內(nèi)齒輪行星輪作用于太陽(yáng)輪1 上的力矩作用于筒體（齒圈）上的力矩作用于行星架上的力矩設(shè)齒圈與太陽(yáng)輪齒數(shù)比為 ,則，式中 ,r1 ,r 0為太陽(yáng)輪和齒圈的半徑。 Smart Size Settings菜單 Mesh Tool菜單 Global Element Sizes菜單 網(wǎng)格化后省力扳手 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)局部放大圖本章主要介紹了省力扳手有限元模型建立的過程，完成扳手三維實(shí)體的建立，然后通過PROE—，定義單元類型，材料屬性，選擇合適的網(wǎng)格類型和尺寸，完成扳手有限元模型的建立。 Define Material Model Behavior菜單 Linear Isotropic Properties for Material Num…菜單（5）網(wǎng)絡(luò)劃分：點(diǎn)擊ANSYS Main Menu / Preferences / Meshing / Size / Cntrls / smart Size / Adv Opts，打開Advanced Smart Size Settings菜單，在小角粗化（Small Hole Coarsening）和小孔粗化（Small Angle Coarsening）點(diǎn)off 。單擊Utility Menu / File / Chang Tile，打開Chang Tile菜單，在Enter菜單中輸入“Bicycle frame finite element analysis”，修改標(biāo)題，然后點(diǎn)擊Utility Menu/Plot/Replot重繪圖形顯示界面。通常情況下映射網(wǎng)格具有規(guī)則形狀、排列有規(guī)律的單元。kg/m3 在對(duì)模型劃分網(wǎng)格之前，甚至在建立模型之前，確定是采用自由(free)網(wǎng)格還是采用映射(mapped)網(wǎng)格進(jìn)行分析是十分重要的。與材料屬性組對(duì)應(yīng)的材料屬性參考表稱為材料屬性表。根據(jù)應(yīng)用的不同，材料屬性可以是：178。套筒大多是由薄壁管組成的，為了減少計(jì)算難度和運(yùn)算效率，可以考慮采用殼（SHELL）單元，但由于扳手結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并且是由PROE系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化過來(lái)的，所以應(yīng)優(yōu)先選用三維實(shí)體單元，分析的結(jié)果將更加精確。c) 彈簧單元：用于彈簧，螺桿，或細(xì)長(zhǎng)桿件，或通過剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型。為了定義單元類型首先要建立一些單元屬性表，內(nèi)容即包括上述的基本常數(shù)的定義。建模完成后，將模型直接傳到ANSYS中。 PRO/Engineer installation information對(duì)話框（6）在ProEngineer installation path中輸入PROE的安裝路徑：C:\Program Files\pro eWildfire ，在Language used with Pro/Engineer:中使用默認(rèn)的“usascii”,。 ANS_ADMIN （3）選擇Configuration options選項(xiàng)，點(diǎn)擊OK，彈出Configuration options對(duì)話框。該功能允許由部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化PROE模型開始，用ANSYS程序?qū)ζ溥M(jìn)行優(yōu)化，并以一個(gè)優(yōu)化的模型結(jié)束，而且仍是以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化模型。其次IGES的80列文件格式使得文件過于冗長(zhǎng)。選擇Defeature model選項(xiàng)。具體的做法為： IGES文件轉(zhuǎn)換對(duì)話框（1）在PROE中建模完成后，點(diǎn)擊菜單中的“文件”/“保存副本”，彈出保存副本對(duì)話框。IGES是一種普遍接受的中間標(biāo)準(zhǔn)格式，用來(lái)在不同的CAD和CAE系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)共享。而PROE擁有強(qiáng)大的參數(shù)處理能力，充分利用PROE能夠快速準(zhǔn)確建模的優(yōu)點(diǎn)，可以很快的解決ANSYS建模能力不足的缺點(diǎn)。 ANSYS的分析步驟 ANSYS分析過程中包含三個(gè)主要的步驟，: ANSYS的分析流程(1)創(chuàng)建有限元模型：a)指定工作文件名和標(biāo)題名；b)創(chuàng)建或者讀入幾何模型；c)定義材料屬性；d)劃分網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)和單元）。求解時(shí)有多種求解器可供選擇。進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，ANSYS主要有自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分兩種方式。 ANSYS的基本特點(diǎn)可以概括為：強(qiáng)大的前處理能力、強(qiáng)大的加載求解能力和強(qiáng)大的后處理能力。在進(jìn)行分析之前，可用交互式圖形來(lái)驗(yàn)證模型的幾何形狀、材料及邊界條件。 ANSYS的發(fā)展和特點(diǎn)1970年，John Swanson博士在美國(guó)賓夕法亞洲的匹茲堡創(chuàng)建了ANSYS公司，并與1971年推出ANSYS的第一個(gè)版本2. 0。近些年已開始逐漸被引入到機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析計(jì)算和設(shè)計(jì)上來(lái)。該方法能夠在不同層面上得到闡釋或理解。而且當(dāng)邊界條件改變時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)變量模型不需要改變。由于其所涉及問題和算法基本上都是來(lái)源于工程實(shí)際，應(yīng)用于工程中，其解決工程實(shí)際問題的能力愈來(lái)愈強(qiáng)。目前，優(yōu)秀的繪圖系統(tǒng)軟件都配有有限元分析程序窗口。通過求解該剛度方程可以得出各個(gè)單元的位移，再利用單元分析得到的關(guān)系可以求出單元應(yīng)力及其應(yīng)變。離散化是有限元方法的基礎(chǔ)，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，決定單元的類型、數(shù)目、形狀、大小以及排列方式。利用離散而成的有限元集合體代替原來(lái)的彈性連續(xù)體，建立近似的力學(xué)模型，對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，通過對(duì)這些單元分別進(jìn)行分析，建立其位移與內(nèi)力之間的關(guān)系，以變分原理為工具，將微分方程化為代數(shù)方程，再將單元組裝成結(jié)構(gòu)，形成整體結(jié)構(gòu)的剛度方程。其基本思想是將一個(gè)連續(xù)的實(shí)際結(jié)構(gòu)(彈性連續(xù)體)劃分為一組有限個(gè)、且按一定方式相互連接在一起的單元的組合體進(jìn)行研究。由于有限元模型和三維實(shí)體模型不同，有限元模型中沒有實(shí)體中的點(diǎn)、線、面等特征，而只有節(jié)點(diǎn)和單元特征。例如在完成了一個(gè)零件的設(shè)計(jì)之后，可以使用family table，將零件的尺寸特征等設(shè)為變量，然后給這些變量賦值，就可以生成與原始零件基本相同，但尺寸和某些特征不同的新零件。(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的再利用（Database of reuse）
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