江蘇大學(xué)工程有限元分析》大作業(yè)1=基于ANSYSWorkbench的電機(jī)支架有

限元分析1=姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：班級(jí)：2011年6月25日基于ANSYSWorkbench的電機(jī)支架有限元分析問(wèn)題描述：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架，就是起支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。支架上帶有螺絲，可以調(diào)節(jié)電機(jī)皮帶的松緊。電機(jī)支架的設(shè)計(jì)中，人們總是希望在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡可能地減少電機(jī)支架的質(zhì)量，因此，對(duì)支架進(jìn)行靜力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化尤為重要。本文采用ANSYSWorkbench軟件對(duì)電機(jī)支架進(jìn)行靜力分析以及拓?fù)鋬?yōu)化分析。1.創(chuàng)建三維實(shí)體模型采用pro/e軟件建立電機(jī)支架的三維模型?？紤]到一些細(xì)小特征對(duì)整體性能影響很小，根據(jù)圣維南原理，對(duì)部分局部特征如螺紋、凸臺(tái)等進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。簡(jiǎn)化模型既有利于提高有限元分析的效率，又不會(huì)影響支架的剛度和強(qiáng)度。電機(jī)支架三維模型。如圖1.1所示。圖1電機(jī)支架三維模型2.創(chuàng)建有限元模型打開(kāi)ANSYSWorkbench的“Simulation”模塊，將支架模型以pro/e原文件格式導(dǎo)入ANSYSWorkbench中。由于ANSYSWorkbench系統(tǒng)中的坐標(biāo)系與三維模型設(shè)計(jì)過(guò)程中的坐標(biāo)系不同，如沒(méi)有特別說(shuō)明，均為ANSYSWorkbench中的坐標(biāo)系。按照設(shè)計(jì)要求，支架的材料為HT300,所以添加材料信息時(shí)，取彈性模量為（1.4x103）MPa,泊松比為0.24,密度為7200kg/m3,劃分網(wǎng)格時(shí)，精度選取為低精度，其余為默認(rèn)選項(xiàng)，以“GenerateMesh”形式劃分網(wǎng)格，得到電機(jī)支架的有限元模型如圖2所示。

0.0000.0350.070(m)0.0180.0530.0000.0350.070(m)0.0180.053圖2電機(jī)支架有限元模型3.添加約束和載荷并求解分析類型選擇靜力學(xué)，并進(jìn)行靜力學(xué)分析。電機(jī)支架是起固定作用的，所以其底面與沉頭孔上表面應(yīng)添加無(wú)摩擦約束，如圖3所示；其次，沉頭孔圓柱面應(yīng)添加圓柱約束，如圖4所示。對(duì)Z方向施加載荷，并進(jìn)行求解。Z方向變形圖，如圖5所示。圖3底面與沉頭孔上表面添加約束mGn)B:ShapeOptiaization(ASSTS)CylindricalSupportTimemGn)B:ShapeOptiaization(ASSTS)CylindricalSupportTime:1.s2011-6-2517:44:HCylinlit-icalSupport：0圖4沉頭孔圓柱面添加圓柱約束1.8618e-6l&x1.6549.-61.448e-61.2412e-61.0343e-68.2746e-76.2059e-71.8618e-6l&x1.6549.-61.448e-61.2412e-61.0343e-68.2746e-76.2059e-74.1373e-72.0686e-70lin0.0500.0250.100(m)0.075圖5Z方向應(yīng)變圖根據(jù)變形圖可知Z方向變形量，由靜剛度公式可知：K=P/Y，式中：K-靜剛度，P-作用力，Y-變形量。算出Z向靜剛度為2.685E+09。電機(jī)支架拓?fù)鋬?yōu)化及結(jié)果分析驗(yàn)證拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)際上是一種模型的幾何構(gòu)形的優(yōu)化，它的目標(biāo)是在給定約束和載荷的情況下，為了使某個(gè)目標(biāo)（總體剛度、自振頻率等）最小化或最大化而尋求實(shí)體材料的最佳使用方案。拓?fù)鋬?yōu)化分析有限元模型的建立與靜力學(xué)分析的相同，在加載求解步驟中，分析類型選擇“ShapeOptimization”，位移約束添加同靜力學(xué)分析，設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)為20%，進(jìn)行運(yùn)算求解，得到固定載荷的作用下的電機(jī)支架最小化模型，如圖6所示。其中，紅色的表示應(yīng)該去除的部分，灰色的表示應(yīng)該保留的部分。圖6圖6拓?fù)鋬?yōu)化分析結(jié)果根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)支架模型圖6所示的拓?fù)鋬?yōu)化模型為不規(guī)則形狀。實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮到應(yīng)力分布等問(wèn)題，不能將紅色區(qū)域全部切除，在pro/e軟件中按切除規(guī)則切除部分區(qū)域，得到電機(jī)支架修改后的模型，如圖7所示。圖7優(yōu)化后的電機(jī)支架圖7優(yōu)化后的電機(jī)支架優(yōu)化后支架靜力學(xué)分析按照ANSYSWorkbench中靜力學(xué)分析步驟，對(duì)優(yōu)化后的電機(jī)支架進(jìn)行了靜力學(xué)分析，分析得

到Z方向位移變形圖和應(yīng)力云圖，分別如圖8所示和圖9所示。根據(jù)變形結(jié)果，得到Z向靜剛度如表1，由表中結(jié)果可知，改進(jìn)后的支架靜剛度基本不變，滿足結(jié)構(gòu)要求。B:StaticStructural(AVSTS)TotalDeformationType：TotalDeformstionUnit:mTime:12011-6-2519:261.8361e~6BaxI1.6321e-61.428e-61.224e-61.02e-61.428e-61.224e-61.02e-68.1603e-76.1202e-72.0401e-7圖8優(yōu)化后Z方向位移變形圖B:StaticStructural(AVSTS)EquivalentStressType:Equivalent(von-Mises)StressUnit:Pa圖8優(yōu)化后Z方向位移變形圖B:StaticStructural(AVSTS)EquivalentStressType:Equivalent(von-Mises)StressUnit:PaTime：12011-6-2519:241486e6lax—4.0045e6—3.4325e6—2.8604e6—2.2884e6l.T163e61.1443e6■■5.7226e5209.96Bin0.0000.0350.0180.0530.070On)圖9優(yōu)化后應(yīng)力云圖

表1靜剛度分析結(jié)果電機(jī)支架靜剛度優(yōu)化前2.685E+09優(yōu)化后2.723E+09結(jié)論應(yīng)用ANS