有限元課程設(shè)計(jì)--- 壁式空調(diào)支撐架受力有限元分析

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課題名稱 機(jī)械結(jié)構(gòu)與有限元法 </p><p>　　壁式空調(diào)支撐架受力有限元分析</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　由于空調(diào)的大量使用，空調(diào)支撐架的結(jié)構(gòu)及性能也顯得越來越重要，基于此，我從理論力學(xué)的角度用有限元軟件分析

2、其受力情況，并對其應(yīng)力集中的地方進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，沒有應(yīng)力的地方，盡量節(jié)省材料。從結(jié)構(gòu)方面不斷改進(jìn)，從性能方面不斷提升，使之更美觀，更實(shí)用。</p><p><b>　　引言：</b></p><p>　　隨著氣候的無常的急劇變化，空調(diào)已經(jīng)成為人們的日常生活中的必備品，已經(jīng)走進(jìn)了絕大多數(shù)人家。然而，安裝空調(diào)已然進(jìn)入了我們的考慮范疇，從能源及成本的角度考慮如何能夠使用最少、

3、最輕的建材還能夠保證安全，已經(jīng)成為我們更應(yīng)該關(guān)注的問題。由此，我從受力方面對其簡單的模型進(jìn)行分析，并對分析結(jié)果中應(yīng)力較大處可以增加材料或肋板等措施來加強(qiáng)，使之能夠保證受力安全，對于分析結(jié)果中應(yīng)力較小甚至沒有應(yīng)力的地方，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使之更加節(jié)省材料。</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　考慮用來支撐空調(diào)的鋼支架（E=2.1e11，v=0.

4、3）。支架的尺寸根據(jù)空調(diào)的大小有所不同，可按照比例適當(dāng)選取，由于空調(diào)的整體重量幾乎全部都集中在兩個橫梁上，故其載荷可以視為固定線載荷。支架在墻壁上的固定方式為螺栓固定，故為雙點(diǎn)載荷約束。在給定的約束和負(fù)載下，分析其變形的形狀，同時確定支架上主應(yīng)力和von Mises應(yīng)力。</p><p><b>　　建模分析過程：</b></p><p><b>　　分析問

5、題：</b></p><p>　　給模型為平面受力有限元分析，有兩個螺栓固定將其固定在墻上，故為兩個節(jié)點(diǎn)約束，空調(diào)的整個重量幾乎都均布在整個支撐架上，故將其視為固定線載荷。</p><p><b>　　建立有限元模型</b></p><p><b>　?。?）添加標(biāo)題</b></p><p&

6、gt;　　啟動ANSYS，選擇File>Change Jobname…輸入ywb作為以后分析文件的前綴。</p><p>　　選擇結(jié)構(gòu)分析：GUI：Main Menu>Preferences>Structural</p><p><b>　?。?）選擇單元</b></p><p>　　GUI：Main Menu>Prep

7、rocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Add…</p><p>　　在對話框左側(cè)選擇Solid選項(xiàng)，在右側(cè)列表選擇Quad 8 node 82 選項(xiàng)，即為8節(jié)點(diǎn)</p><p>　　本研究課題所用單元類型為帶厚度平面應(yīng)力分析，因此分析類型設(shè)定為Plane strs w/thk類型：GUI：Preprocessor Menu>El

8、ement Type> Add/Edit/Delete >Options...</p><p>　　在K3項(xiàng)后面下拉菜單中選“Plane strs w/thk”。</p><p><b>　　定義常實(shí)數(shù)</b></p><p>　　GUI：Main Menu>Preprocessor>Real Constants>

9、Add/Edit/Delete>Add...</p><p>　　取單元厚度為0.03m，在彈出的對話框中THK后文本框中鍵入材料厚度值為0.03。</p><p><b>　　定義材料屬性</b></p><p>　　GUI：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material

10、Models> Structural> Linear> Elastic>Isotropic</p><p>　　在彈出的對話框中輸入材料參數(shù)：楊氏模量（EX）：2.lell</p><p>　　泊松比（PRXY）：0.3</p><p><b>　　創(chuàng)建實(shí)體模型</b></p><p><b

11、>　　①創(chuàng)建矩形1</b></p><p>　　GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By 2 corners,在彈出的對話框中輸入原點(diǎn)坐標(biāo)（0,0）和板寬50、板高40</p><p><b>　　圖1 </b></p>

12、<p>　?、谕瑯拥姆椒▌?chuàng)建矩形 2</p><p>　　原點(diǎn)坐標(biāo)（10,0）和板寬40、板高30。</p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　③兩塊方板做差集運(yùn)算</p><p>　　GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operat

13、e>Booleans>Subtract>Areas,選定大矩形，點(diǎn)“OK”；再選中小矩形，若選不中，可點(diǎn)擊右鍵，用去掉選擇法選取，點(diǎn)“OK”即可。</p><p>　　圖3 差集運(yùn)算后的截面</p><p>　　對支撐架的截面進(jìn)行網(wǎng)格劃分</p><p>　?、貵UI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>

14、MeshTool，彈出Mesh Tool（網(wǎng)格工具）。</p><p>　?、趩螕簟癓ines”域中的“Set”按鈕，打開線選擇對話框，要求選擇定義單元劃分?jǐn)?shù)的線。在圖上選擇最上面的線，單擊“Apply”按鈕，彈出“Element Sizes on Picked Lines”對話框。在這個對話框的“No.of element divisions”文本框中輸入10，即將這條邊分成10份。</p>&l

15、t;p>　?、弁?，處理其他邊。</p><p>　　④在“Mesh”域中選擇“Areas”選項(xiàng)，在“Shape”選項(xiàng)中選擇“Free”選項(xiàng)，單擊“Mesh”按鈕。出現(xiàn)“Mesh Areas”對話框，單擊“Pick All”，ANSYS將按照對線的控制進(jìn)行網(wǎng)格劃分。期間如出現(xiàn)警告信息，不用管它。</p><p>　?、萁孛鎰澐志W(wǎng)格后如圖所示</p><p>&

16、lt;b>　　圖4 劃分網(wǎng)格后</b></p><p><b>　　施加載荷并求解</b></p><p><b>　　施加載荷及約束</b></p><p>　　GUI：Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Structural>Dis

17、placement>On Nodes選擇左側(cè)邊上安裝螺栓的兩個點(diǎn)，單擊Pick對話框中的OK按鈕。</p><p><b>　　圖5 施加約束</b></p><p>　　彈出“Apply U，ROT on Nodes”對話框，選擇“All DOF”。</p><p><b>　　圖6</b></p>

18、<p><b>　　單擊“OK”按鈕。</b></p><p>　　GUI：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply> Structural>Pressure>On Lines</p><p>　　選擇上面的邊，單擊“OK”按鈕，在彈出Apply PRES on Lines 對話框中，鍵入

19、載荷值100（此載荷的大小可根據(jù)空調(diào)的重量作適當(dāng)?shù)母淖儯?lt;/p><p><b>　　圖7</b></p><p><b>　　單擊“OK”按鈕</b></p><p><b>　　圖8 施加載荷</b></p><p><b>　　求解</b><

20、/p><p>　?、貵UI：Main Menu>Solution>Solve>Current LS</p><p>　　圖9 求解當(dāng)前載荷步確認(rèn)對話框</p><p>　　單擊“OK”按鈕，彈出“Note”窗口。如圖10。</p><p>　　圖10 提示求解完成</p><p>　?、诓榭礌顟B(tài)窗口中的信

21、息，然后單擊“Close”。</p><p><b>　　圖11 命令流文件</b></p><p>　　4、后處理：查看分析結(jié)果</p><p>　　（1）進(jìn)入通用后處理讀取分析結(jié)果</p><p>　　GUI：Main Menu>General Postproc>Read Results>First

22、 Set</p><p><b>　　圖形顯示變形</b></p><p>　　①GUI：Main Menu>General Postproc>Plot result>Deformed Shape。</p><p>　　圖12 選擇顯示樣式</p><p>　　②在“Plot Deformed Shap

23、e”對話框中選擇“Def+undeformed”，單擊“OK”，得到下圖。</p><p><b>　　圖13 變形圖</b></p><p>　?。?） 顯示等效應(yīng)力等值線圖，操作如下</p><p>　　GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>

24、;Nodal Solu> Stress>von Mises stress</p><p>　　圖14 等值線顯示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)對話框</p><p><b>　　單擊“OK”按鈕。</b></p><p>　　圖15 von Mises等效應(yīng)力分布圖</p><p>　?。?）查看變形過程動畫</p>

25、<p>　　菜單PlotCtrls>Animate>Deformed Results>Stress>von Mises SEQV</p><p>　　單擊“OK”按鈕，自動生成avi動畫文件。</p><p>　　5、保存工程及所有文件，并退出ANSYS軟件。</p><p>　　結(jié)論：經(jīng)過對模型的建立及分析可知：在該結(jié)構(gòu)的拐角處

26、，相對應(yīng)力比較集中，且應(yīng)力最大，故我們應(yīng)該在此處設(shè)立一個三角輔助支撐架，將此處的應(yīng)力分散到整個三角架上；此外在兩個固定螺栓孔處也存在著應(yīng)力集中，故也應(yīng)該在此處設(shè)立加強(qiáng)肋板，增加對彎矩的承受力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　ANSYS 10.0機(jī)械設(shè)計(jì)高級應(yīng)用實(shí)例（第2版）王慶伍 左昉 胡仁喜 機(jī)械工業(yè)出版社</p>

27、<p>　　對有限元課程的意見及建議：</p><p>　　有限元分析課程為我們機(jī)械類學(xué)生大四的選修課程，但很多同學(xué)由于考研或者找工作等原因不愿意選擇上課，其實(shí)有限元法為機(jī)械行業(yè)中的必學(xué)必懂的基本技能，在以后的工作應(yīng)用中，尤其是產(chǎn)品的開發(fā)過程中，有限元分析發(fā)揮著無可比擬的作用，所以我認(rèn)為有限元課程相當(dāng)?shù)闹匾?，對我們將來的發(fā)展有很大的幫助。</p><p>　　但這門課程的應(yīng)用性