【正文】 用在熟悉的專用的CAD系統(tǒng)中建立幾何模型，然后通過ANSYS提供的接口導(dǎo)入到ANSYS中，進(jìn)行一些處理后得到適用的模型。建立幾何模型的目的是生成有限元模型，在建立幾何模型時要考慮到有限元模型的生成，生成有限元模型時如果出現(xiàn)問題或者單元形狀不能滿足要求還需要對幾何模型進(jìn)行修改或者簡化，因此這兩步通常要放在一起進(jìn)行考慮。一般來說對于規(guī)模較小的問題才適于采用直接生成法，常見的問題都需要先通過實(shí)體建模生成幾何模型，然后再對其劃分網(wǎng)格生成有限元模型。使用實(shí)體建模，首先生成能描述模型的幾何形狀的幾何模型，然后指示ANSYS程序按照指定的單元大小和形狀對幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和單元。： 本章小結(jié)本章主要講述了在省力扳手設(shè)計(jì)研發(fā)中引進(jìn)有限元分析的重要意義，以及本文的主要內(nèi)容和研究的思路、方法。(3)有限元計(jì)算及結(jié)果分析：確定約束和施加載荷后，利用有限元分析軟件對該省力扳手進(jìn)行靜應(yīng)力分析，對其強(qiáng)度進(jìn)行校核。網(wǎng)格的劃分對有限元分析的計(jì)算量和計(jì)算精度影響很大，一般情況下，網(wǎng)格劃分越細(xì)，計(jì)算精度越高，所需的計(jì)算機(jī)資源、計(jì)算時間也越多。本課題采用的研究方法：(1)物理模型的建立：，通過對省力扳手的實(shí)際測繪建立其三維空間的幾何模型。接著根據(jù)省力扳手的實(shí)際運(yùn)行情況，研究了扳手的載荷和約束條件的實(shí)現(xiàn)方法，分析了省力扳手的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，為省力扳手的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)做了嘗試。 研究的內(nèi)容和方法本文主要通過普通常用省力扳手為載體，然后導(dǎo)入有限元軟件中，建立有限元模型，加載、求解，對其進(jìn)行靜強(qiáng)度的分析，通過分析的結(jié)果對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，說明有限元分析在省力扳手生產(chǎn)中的重要性。由于在設(shè)計(jì)階段無法獲取結(jié)構(gòu)實(shí)際疲勞載荷譜，應(yīng)用有限元方法獲得模型的動應(yīng)力分布，并結(jié)合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)載荷譜對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)疲勞壽命仿真預(yù)測，并進(jìn)行樣機(jī)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證是在設(shè)計(jì)階段保證結(jié)構(gòu)耐久性的一條有效途徑。根據(jù)現(xiàn)代數(shù)學(xué)和力學(xué)理論，在設(shè)計(jì)階段采用有限元分析軟件的數(shù)值模擬進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以大大縮短產(chǎn)品研制周期，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品的可靠性。傳統(tǒng)的省力扳手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法采用試誤法，即初級成品經(jīng)測試不能滿足工程要求時，通過修改設(shè)計(jì)圖紙，再做試驗(yàn)的方法使產(chǎn)品趨于完善。省力扳手的可靠性不僅關(guān)系到各種機(jī)械的正常使用，更對機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。疲勞斷裂在宏觀上都表現(xiàn)為無明顯塑性變形的突然斷裂，往往造成災(zāi)難性事故。第一章 緒論 研究背景與意義大量統(tǒng)計(jì)資料表明，機(jī)械部件斷裂事故中50%90%是由疲勞引起的。引起疲勞失效的載荷峰值往往遠(yuǎn)小于根據(jù)靜強(qiáng)度分析估算出來的“安全”載荷。隨著我國機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度的不斷提高，各種大型機(jī)械也越來越多，疲勞失效事故更是層出不窮，疲勞斷裂對各機(jī)械行業(yè)的危害日益受到重視。在工程設(shè)計(jì)階段考核結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)強(qiáng)度，尤其是直觀地評定產(chǎn)品的疲勞壽命，對于預(yù)防疲勞斷裂事故的發(fā)生，指導(dǎo)設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造、檢修以及管理具有重要意義。這種方法成本很高，延長了產(chǎn)品研制周期，無法提出足夠的改進(jìn)信息，無法滿足現(xiàn)代工程對產(chǎn)品的要求。因此，采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，應(yīng)用大型有限元分析軟件，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求，對省力扳手長壽命試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬與分析不但克服了傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，而且可以確定結(jié)構(gòu)薄弱部位，提前預(yù)測試驗(yàn)結(jié)果。這種基于試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的零部件數(shù)值模擬技術(shù)是提高產(chǎn)品技術(shù)性能和品質(zhì)的有效途徑，是形成企業(yè)產(chǎn)品自主開發(fā)能力的必由之路。本文首先介紹了有限元的概念、原理、特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，然后以省力扳手使用時工況為具體的分析對象，討論了利用ANSYS建立省力扳手模型的基本方法，以及如何將幾何模型轉(zhuǎn)化為可供分析計(jì)算的有限元模型。根據(jù)有限元分析的結(jié)果，對該省力扳手進(jìn)行評估，為省力扳手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了較準(zhǔn)確可靠的理論依據(jù)。(2)形成有限元計(jì)算模型：，確定單元類型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在劃分時，應(yīng)在保證計(jì)算精度的同時，盡量減少網(wǎng)格數(shù)量。(4)計(jì)算分析：進(jìn)行正確的計(jì)算和結(jié)果分析，給出研究對象的改進(jìn)方案，并與原方案進(jìn)行比較分析，得出結(jié)論。第二章 省力扳手有限元分析模型的建立ANSYS中有兩種建立有限元模型的方法：實(shí)體建模和直接生成。對于直接生成法，需要手工定義每個節(jié)點(diǎn)的位置和單元的連接關(guān)系。 在實(shí)體建模建立模型時，建立幾何模型和生成有限元模型這兩個步驟通常是交織進(jìn)行的。ANSYS程序?yàn)橛脩籼峁┝讼铝猩蓭缀文Ｐ鸵约坝邢拊Ｐ偷姆椒ǎ?1)ANSYS中創(chuàng)建幾何模型；(2)導(dǎo)入在其它CAD系統(tǒng)創(chuàng)建的模型；(3)直接生成在通常情況下，對于非常復(fù)雜的不規(guī)則線、面或體，在ANSYS中建立其幾何模型將非常復(fù)雜。ANSYS支持的接口通常包括：IGES / CATIA/ Pro/E / UG /SAT/ PARA / IDEAS可以在專用的CAD系統(tǒng)建立模型后通過適當(dāng)?shù)慕涌?，將模型?dǎo)入到ANSYS當(dāng)中，建立有限元模型。 三維實(shí)體模型的建立 PROE簡介PROE是世界上最成功的CAD軟件之一，是美國PTC公司的產(chǎn)品。1988年。該軟件的總體設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)了MDA (Mechanical Design Automation)軟件的最新發(fā)展，所采用的新技術(shù)比其他的MDA軟件更加具有代表性。(1)全相關(guān)性（Full Associability）PROE各模型建立在一個真正統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，各模塊之間是全相關(guān)的，如該系統(tǒng)處理三維實(shí)體、二維工程圖、截面圖、總裝配以及在分析、仿真加工零件的工藝規(guī)程等各類數(shù)據(jù)時是嚴(yán)格一體化的，同時修改后的尺寸都會反映到從設(shè)計(jì)到加工的各個過程，以確保所有零件和各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)一致性。它可以在完成實(shí)體造型后再嚴(yán)格的投影關(guān)系產(chǎn)生三視圖和其他需要的三維視圖，因而生成的二維工程圖也是幾何上沒有錯誤的。該系統(tǒng)的PROE/Feature模塊提供了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、過渡、孔、槽、扭曲、圓角、倒角、抽殼、拔模斜度、自由變形、管道、變截面掃略等眾多的特征和特征構(gòu)造方法，這些都為用戶提供了設(shè)計(jì)非常復(fù)雜曲面或?qū)嶓w模型的強(qiáng)有力的工具，裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。另外，PROE還允許用戶自己定義特征UFD（Userdefined characteristics），用戶可以通過它建立自己的特征庫。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。工程數(shù)據(jù)庫的再利用可以讓設(shè)計(jì)者快速生成整個產(chǎn)品系列。 省力扳手三維模型分析省力扳手包括扳手柄；齒輪蝸桿座，設(shè)在扳手一端，其中央距齒輪腔，齒輪腔的上部形成有擋圈座腔、下部形成有軸頭腔，其一側(cè)分別設(shè)有螺孔、蝸桿軸孔；斜齒輪，位于齒輪腔內(nèi)，其上、下端距軸頭，中央開設(shè)有方軸孔，外壁周布有斜齒；擋圈，位于擋圈座腔內(nèi)，中間距軸頭腔，擋圈套固定在斜齒輪的軸頭上；軸座蓋，旋配于螺孔內(nèi)，中間距軸孔；蝸桿，與斜齒輪的斜齒嚙合，其一端具蝸桿軸、另一端具蝸桿頭，蝸桿軸置于軸座蓋的軸孔內(nèi)，蝸桿頭樞置于蝸桿軸孔內(nèi)。 省力扳手實(shí)體模型的建立與修改根據(jù)上面的建模步驟，用測繪工具完成對省力扳手的測繪，并根據(jù)實(shí)際扳手進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ谶M(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)時，必須考慮實(shí)際的情況和轉(zhuǎn)化為有限元模型后劃分網(wǎng)絡(luò)的要求，所以必須對模型做適當(dāng)?shù)男薷?，同時對一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，如倒圓角，小角過渡等。 簡化后的省力扳手模型 有限元分析理論簡介 有限元的基本概念和原理有限元是數(shù)學(xué)、力學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)，是現(xiàn)代科學(xué)和工程計(jì)算方面最令人鼓舞的重大成就之一。這些單元僅在節(jié)點(diǎn)處連接，單元之間的載荷也僅由節(jié)點(diǎn)傳遞。有限個的單元稱為有限單元，簡稱單元。離散后單元節(jié)點(diǎn)的設(shè)置、性質(zhì)和數(shù)目應(yīng)根據(jù)問題的性質(zhì)、描述變形形態(tài)的需要和計(jì)算精度而定(一般情況下，單元劃分越細(xì)則描述變形情況越精確，即越接近實(shí)際變形，但計(jì)算量也越大)。這樣做的結(jié)果造成用有限元分析計(jì)算所獲得的結(jié)果只能是近似的。這樣做的目的是：將結(jié)構(gòu)分割成足夠小的單元，使得簡單位移模型能足夠近似地表示精確解，同時又不能太小，否則計(jì)算量很大。根據(jù)離散化結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方式，將各個單元剛度矩陣進(jìn)行組集，得到反映整體結(jié)構(gòu)位移與載荷關(guān)系的總體剛度方程?？梢?，有限元分析的主要內(nèi)容是: