【正文】 故 得出以下結(jié)論： 表 三 種方案 彎扭工況下 的計算結(jié)果 方案 一 方案 二 方案 三 最大位移值 /mm 最大應(yīng)力值 /MPa 147 125 269 由表 1 可知 ， 方案三所對應(yīng)的 車架 的 應(yīng)力最大值為 269MPa， 大于所選材料 ——6061T6 鋁合金的 屈服極限 241MPa， 而且相對比較而言 ， 方案。 圖 方案三的 車架位移云圖 圖 方案三的 車架應(yīng)力云圖 51 車架靜力分析的對比及階段性結(jié)論 通過 ANSYS 軟件對三個車架進行兩種工況下的 有限元結(jié)構(gòu)靜力分析， 發(fā)現(xiàn)純彎曲工況下車架車架變形不顯著，應(yīng)力均不大，而發(fā)現(xiàn)在彎扭工況下車架局部變形明顯，而且車架的應(yīng)力值也較大。 圖 方案一施加約束、載荷截圖 44 圖 方案二施加約束、載荷截圖 圖 方案三施加約束、載荷截圖 45 ANSYS 車架的靜 力 分析 純彎曲工況下靜力分析截圖 圖 方案一的車架位移云圖 圖 方案一的車架應(yīng)力云圖 46 圖 方案二的車架位移云圖 圖 方案二的車架應(yīng)力云圖 47 圖 方案三的車架位移云圖 圖 方案三的車架應(yīng)力云圖 48 彎扭工況下靜力分析截圖 （ 1） 方案一 結(jié)構(gòu) 靜力分析 截圖 （圖 和圖 ） 圖 方案一的 車架位移云圖 圖 方案一的 車架應(yīng)力云圖 49 （ 2） 方案二 結(jié)構(gòu) 靜力分析 截圖 （圖 和圖 ）。 （ 1） 純彎曲工況下施加約束、載荷。在本設(shè)計中主要以純彎曲工況和 彎扭工況 來對節(jié) 油車車架進行分析、 比較。地面作用給節(jié)油車的支反力包括前橋支反力和后橋支反力，前橋支反力又包括左前橋支反力和右前橋支反力。 圖 導(dǎo) 入模型 截圖 圖 網(wǎng)格劃分截圖 方案三網(wǎng)格劃分前 后截圖。 方案一網(wǎng)格劃分 前 后截圖。偏好選項中選中 Structual ，前處理器中設(shè)置 彈性模量的值為 pa91068? ，泊松比為 。 圖 操作過程截圖 （ 7）點擊求解選擇項，并將劃條移到靠近速度一側(cè)，以提高求解速度。 38 圖 操作過程截圖 （ 5）打開求解器菜單選項，選擇 PCG 格式求解器。 37 圖 操作過程截圖 （ 3）點擊圖示選項。 操作步驟如 下： （ 1） 點擊 ANSYS 操作頁面左側(cè)菜單欄中的 solution。病態(tài)可以有單元的大長寬比造成，也可以由單元的接觸屬性，彈塑性屬性等造成。僅對靜力分析、完全法瞬態(tài)分析， LANCZOS 擴展的模態(tài)分析有效， PCG 求解器可以有效的帶有約束方程的矩陣求解。對于板殼、 3D 模型，較大 2D 模型， P方法分析十分有效，對于其他問題如帶有對稱矩陣，稀松矩陣、正定、不定的非線性求解中， PCG 求解方法也是十分值得推薦的。 圖 左下角開始菜單 （ 2） 點擊 configure ANSYS products. 圖 設(shè)置過程截圖 （ 3） 進入設(shè)置界面。 設(shè)置內(nèi)存與選求解器 正確設(shè)置內(nèi)存分配 。通過用戶界面操作導(dǎo)入 IGES的步驟是：選擇主菜單【 File】下的子菜單【 Import】的次級子菜單【 IGES...】 ,彈出導(dǎo)入 IGES 屬性設(shè)置對話框 ,在導(dǎo)入 IGES 屬性設(shè)置對話框中可以設(shè)置：是否導(dǎo)入所有數(shù)據(jù)，是否合并 圖元，是否創(chuàng)建實體，是否刪除小面。 ANSYS 導(dǎo)入IGES(*.igs)文件的方法有兩種：一種是通過 ANSYS 軟件的用戶界面操作導(dǎo)入；一種是通過輸入命令導(dǎo)入。零件使用相同的參照坐標(biāo)系，使接受系統(tǒng)中的重新裝 35 配更加容易。該選項支持所有層次。所有級別：輸出一個組件的 IGES 文件。應(yīng)將每一個零件分別放到一個層上 ,以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。平整 :將組件的所有幾何輸出到一個 IGES 文件。單擊【定制層 ...】按鈕設(shè)置各層的輸出特性。輸出的圖元類型有 :線框邊、曲面、實體、殼、基準(zhǔn)曲線和點 ,缺省輸出圖元是曲面 , 缺省是輸出所有面組 ,點擊【面組 ...】選擇特定面組輸出。 34 圖 Pro/E 的起始安裝路徑 運行 Pro/E，工具菜單后面出現(xiàn)了 打開某零件三維模型圖，點擊ANSYSGeom 按鈕 (如下圖 所示 )，則模型自動導(dǎo)入到 ANSYS 中，此時 軟件自動打開，點擊 Plot 下的 Volume，則模型導(dǎo)入成功。 WIN 32→ OK。所以需要將 Pro/E 三維實體模型通過專用的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到 ANSYS 中， Pro/E 與 ANSYS 之間的接口技術(shù)常用的有以下兩種： Pro/E 與 ANSYS 集成接口 ANSYS在默認(rèn)的情況下是不能直接對 Pro /E中的 prt(或 asm)文件進行直接轉(zhuǎn)換的 ,必須通過以下對 ANSYS 設(shè)置連接過程進行激活模塊 :鼠標(biāo)點擊“開始→程序→→ Utilities→ ANS_ADM IN” ,出現(xiàn)如下圖 的對話框 ,選擇 configuration options→ OK,接下來的對話框順序選取。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分析的圖形顯示 [8]。 流體動態(tài)分析 ANSYS 中的流體單元能進行流體動態(tài) 分析，分析類型可以為瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)。 壓電分析 壓電分析主要可以進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析、瞬態(tài)分析和諧波響應(yīng)分析等， 可用來研究壓電材料結(jié)構(gòu)在隨時間變化的電流和機械載荷響應(yīng)特性。 電磁場分析 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、此能量密度、渦流、電場分布、磁力分分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。熱傳遞的三種基本類型均可以進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。 ANSYS 中的穩(wěn)定性分析主要分為線性分析和非線性分析兩種。 ANSYS 程序可以求解靜態(tài)和瞬態(tài)非非線性問題。 ANSYS 可進行結(jié)構(gòu)動態(tài)分析的類型包括瞬時動力分析、模態(tài)分析、諧波 響應(yīng)分析及隨機振動響應(yīng)分析。 結(jié)構(gòu)動力分析 結(jié)構(gòu)動力分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)影響不顯著的問題。估計分析到 附加功能。 ANSYS 是一個通用的有限元分析軟件，它具有多種多樣的分析能力，從簡單的線性靜態(tài)分析到復(fù)雜的非線性動態(tài)分析。 ANSYS 軟件的最初版本與今天的版本相比有很大不同，最初版本僅僅提供了熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析功能； 20 世紀(jì) 70 年代末，圖形技術(shù)和交互操作方式應(yīng)用到了 ANSYS中，使得 ANSYS 的使用進入了一個全新的階段 。它包含了預(yù)處理、解決程序以及后處理 和優(yōu)化等模塊，將有限元分析、計算機圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問題必不可少的有力工具。目前， ANSYS 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工 、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防、軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等工業(yè)及科學(xué)研究。 ANSYS 有限元分析軟件的簡介 ANSYS 是一種應(yīng)用廣泛的通用有限元工程的分析軟件。 （ 6） 計算單元應(yīng)力 根據(jù)求得的位移可以求出結(jié)構(gòu)上所有感興趣部件上 的應(yīng)力。它包括兩方面內(nèi)容：一是由各單元助剛度短陣集合成整體結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣 [K]； 二是將作用于各單元的等效節(jié)點力集合成結(jié)構(gòu)總的載陣矩陣 {R}.這兩項就組成了整體結(jié)構(gòu)的總剛度方 程： [K ][△ ]={R } （ ） （ 5） 約束處理并求解總剛度方程 引進邊界約束條件，修正總剛度方程后，就可求得節(jié)點位移。因為有限單元法假設(shè)載荷是作用在節(jié)點上，并由節(jié)點傳遞的。然后應(yīng)用虛功原理或變分 法或其他方法建立各單元助剛度短陣，即單元節(jié)點力與節(jié)點位移之間的關(guān)系。從這里也可看到，選擇合適助位移函數(shù)是有限元分析的關(guān)鍵，它將決定有限元解答的性質(zhì)與近似程度，所以它的選樣應(yīng)遵循一定的準(zhǔn)則。多項式的項數(shù)及階數(shù)將取決于單元的自由度數(shù)和有關(guān)解的收斂性要求。 （ 2） 選擇單元位移模式 這是單元特性分 折助第一步。有限元離散過程中有一重要環(huán)節(jié)是單元類型的選擇。離散而成的有限單元集合體將替代原來的彈性連續(xù)體，所有的計算分析都搭在這個計算模型上進行。這些單元僅僅在節(jié)點處連接，單元之間荷也僅由節(jié)點傳遞。有限單元法分析過程可大概歸納 為以下幾點： （ 1） 彈性連續(xù)體的離散化 這是有限單元法的基礎(chǔ)。因此，只要研究并確定有限大小的單元力學(xué)特性，就可根據(jù)結(jié)構(gòu)分析的方法求解，使問題得到簡化 [8]。引入邊界約束條件后解此方程就求得節(jié)點位移，并計算出各單元應(yīng)力。 在此基礎(chǔ)上，對每一單元根據(jù)分塊近似的思想，假設(shè)一個簡單的函數(shù)來近似模擬其位移分量的分布規(guī)律，即選擇位移模式，再通過虛功原理 (或變分原理或基他方法 )求得每個單元的平衡方程，就是建立單元節(jié)點力與節(jié)點位移之間的關(guān)系。節(jié)點的位移分別是作為結(jié)構(gòu)的基本未知量。根據(jù)物體的幾何形狀特征、載荷特征、邊界約束特征等，單元有各種類型。為了能夠進行數(shù)值分析，有限單元法在處理這類問題時，首先應(yīng)用離散的思想，把問題簡化為具有有限個自由度的問題，然后借用結(jié)構(gòu)矩陣分 30 析的方法處理。因此，可以把彈性連續(xù)體看作由無限多個微元體所組成。分析每單元的力學(xué)特性后，再組集 起來就能建立整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程式，然后利用計算機求解。有限單元法分析問題的思路是從結(jié)構(gòu)矩陣分析推廣而來的。為了應(yīng)用電算的這個特點來求解線性方程組，有限元法廣泛采用矩陣算法，它在大量運算中顯示出巨大優(yōu)點。 從數(shù)學(xué)角度來看，有限元法是將一個偏微分方程化成一個代數(shù)方程組，利用計算機求解。它作為分析飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一個有效方法首先應(yīng)用于航空工業(yè)部門；隨后，迅速推廣到造船、建筑、機械等各個工業(yè)部門中國科學(xué)院馮庚教授早在六七十年代在設(shè)計水壩中就應(yīng)用了有限元法，獨立地發(fā)展了有特色的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。當(dāng)時，他們發(fā)表了很多關(guān)于有限無法的數(shù)學(xué)文獻，論證有限元法的基本原理是逼近淪，是偏微分方程及其變分形式和泛函分析相結(jié)合，并致力 于估計各種單元類型離散化的誤差、收斂速度和穩(wěn)定性。 1965年 O． C． Zienkiewicz 等發(fā)表了有限元法可以應(yīng)用于所有能按變分形式計算的場問題、這就使有限元法得到了更廣泛的應(yīng)用。有限元法的第一個黃金時期開始于 6 年代初，當(dāng)時，將一個連續(xù)體離散化為有限個單元組合體的這種有限元的概念開始在工程界流行， G． N． White比和 K． O． Friedrichs 采用了規(guī)則的三角形單元，從變分原理出發(fā)來求解微分方程式。有限元法分析的思想可以追溯到更早一些時候， 1943 年 R． Courant 首先提出離散化概念 —— 將一個原來是連續(xù)的整體剖分 (離散 )成為有限個分段連續(xù)單元的組合，并第一次嘗試應(yīng)用三角形單元的分片連續(xù)函數(shù)來求解扭轉(zhuǎn)問題?，F(xiàn)在，它已經(jīng)被公認(rèn)是一種有效的數(shù)值計算方法，被廣泛應(yīng)用于固體力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳 導(dǎo)以及電磁學(xué)等連續(xù)介質(zhì)或場問題這類工程技術(shù)領(lǐng)域。 20 世紀(jì) 50 年代開始，隨著電子計算機的應(yīng)用，有限元法作為一種數(shù)值分析工具，借助于高速電子計算機的配合，使得以前這類難以處理的工程技術(shù)問題都可能獲得一個近似的計算機解。這種方法首先在固體力學(xué)范疇，而后在工程技術(shù)各個領(lǐng)域令得到了廣泛的應(yīng)用。它運用離散的概念使整個問題由整體連續(xù)到分段連續(xù)；整體解析轉(zhuǎn)化為分段解析，從而使數(shù)值法與解析法互相結(jié)合，互相滲透，形成一種新的數(shù)值計算方法。 有限元 分析的 簡介 有限元法及優(yōu)化過程 簡介 有限元法簡介 有限元法是最近二三十年發(fā)展起來的一種有效的通用計算方法，是借助于高速數(shù)字電子計算機解決問題的近似計 算方法。