ansys課程設(shè)計--機構(gòu)運動分析

1、<p>　　ANSYS機構(gòu)運動分析</p><p>　　摘要：多連桿機構(gòu)是拉延類機械壓力機采用的主傳動機構(gòu)，通過參數(shù)優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)拉延過程中滑塊速度低而平穩(wěn)，快速回程的功能，提高拉延件的質(zhì)量和工作效率。針對壓力機傳動結(jié)構(gòu)中最常用的八連桿機構(gòu)，應(yīng)用ANSYS/APDL 開發(fā)多連桿機構(gòu)參數(shù)化建模分析和優(yōu)化程序，優(yōu)化前拉延過程中的速度波動很大，優(yōu)化后速度非常平穩(wěn)，滑塊行程及拉延速度皆滿足了設(shè)計預(yù)先提出的要求。&

2、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：參數(shù)化；優(yōu)化；</p><p>　　Multi-linkage mechanism is the main driving mode used in drawing machinery press,through 。parameter optimization it enables the slider low and stable rate in drawin

3、g process, quick backhaul in the phase</p><p>　　of does not work，improve the quality and efficiency of drawing parts. According to the eight bar linkage；mechanism which is most commonly used in the press tra

4、nsmission structure, develop multiparametric</p><p>　　modeling of linkage analysis and optimization program based on ANSYS/APDL, the process drawing speedchange greatly before optimization, after optimizatio

5、n speed very smoothly , the slider itinerary and pull out allthe speed to satisfy the design in advance of the request .</p><p>　　Keyword: Parametric; Optimization; </p><p><b>　　一．問題分析求解&

6、lt;/b></p><p>　　1、圖15-2所示為一曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄長度AB=120mm、連桿長度BC=300 mm、偏距e=50 mm，曲柄為原動件，轉(zhuǎn)速為w=100 r/min，E=2E11,,P=0.3求滑塊3的位移s3、速度v3、加速度a3隨時間變化情況。</p><p><b>　　二．操作過程</b></p><p>&

7、lt;b>　　2.1 定義參量</b></p><p>　　拾取菜單Utility Menu→Parameters→Scalar Parameters。在“Selection” 文本框中輸入PI=3.1415926， 單擊“Accept” 按鈕；再在“Selection” 文本框中輸入R=0.12、L=0.3、E=0.05、OMGA1=100、T=60/OMGA1、FI0=ASIN(E/(R+L

8、))、AX=0、AY=0、BX=R*COS(FI0)、BY=-R*SIN(FI0) 、CX=(R+L)*COS(FI0)、CY=-E，單擊“Accept”；最后，對話框的“Close”按鈕。</p><p><b>　　2.2創(chuàng)建單元類型</b></p><p>　　Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete

9、。單擊“Add”按鈕；選“Combination”，選“Revolute joint 7”， 單擊“Apply” 按鈕；選“Structural Beam”，選“3D elastic 4”, 單擊“Ok” 按鈕；單擊對話框的“Close”按鈕。</p><p>　　2.3定義材料特定義材料特性性</p><p>　　拾取菜單Main Menu→Preprocessor→Material P

10、rops→Material Models。在右側(cè)列表中依次雙擊“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，所示的對話框，在“EX”文本框中輸入2e11（彈性模量），在“PRXY” 文本框中輸入0.3（泊松比），單擊“Ok” 按鈕；再雙擊右側(cè)列表中“Structural”下“Density”，彈出圖對話框，在“DENS”文本框中入1e-14（密度。近似為0，即不考慮各桿的慣性力），單擊“Ok”

11、按鈕。</p><p><b>　　2.4定義實常數(shù)</b></p><p>　　Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete。彈出的對話框，單擊“Add”按鈕，選擇“Type 1 COMBIN7”，單擊“Ok” 按鈕，彈出的對話框，在“K1”、“K2”、“K3”、“K4”文本框中分別輸入1E9、1E3、1

12、E3、0，單擊“Ok” 按鈕；返回到所示的對話框， 再次單擊“Add”按鈕，彈出圖2-7所示的對話框，選擇“Type 2 BEAM4”，單擊“Ok”按鈕，彈出所示的對話框，在“AREA”、“IZZ”、“IYY”、“TKZ”、“TKY”文本框中分別輸入4E-4、1.3333E-8、1.3333E-8、0.02、0.02，單擊“Ok” 按鈕；返回到所示的對話框，單擊“Close”按鈕。</p><p><b&g

13、t;　　2.5創(chuàng)建節(jié)點</b></p><p>　　Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→In Active CS。彈出所示的對話框，在“NODE”文本框中輸入1，在“X,Y,Z”中分別輸入AX,AY,0，單擊“Apply” 按鈕；在“NODE”文本框中輸入2，在“X,Y,Z”中分別輸入BX,BY,0，單擊“Apply” 按鈕；在“NODE”文本框中

14、輸入3，在“X,Y,Z”中分別輸入BX,BY,0，單擊“Apply” 按鈕；在“NODE”文本框中輸入4，在“X,Y,Z”中分別輸入CX,CY,0，單擊“Apply” 按鈕；在“NODE”文本框中輸入5，在“X,Y,Z”中分別輸入BX,BY,-1，單擊“Ok” 按鈕。</p><p>　　2.6 指定單元屬性</p><p>　　Main Menu→Preprocessor→Modelin

15、g→Create→Elements→Elem Attributes。彈出圖所示的對話框，選擇 “TYPE”為“1 COMBIN7”，選擇 “MAT”為“1”，選擇 “REAL”為“1”，單擊“Ok”。</p><p><b>　　2.7創(chuàng)建鉸鏈單元</b></p><p>　　拾取菜單Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Ele

16、ments→Auto Numbered→Thru Nodes。彈出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中輸入2,3,5，單擊“Ok” 按鈕，于是在節(jié)點2和3處（即B點）創(chuàng)建了一個鉸鏈單元。</p><p><b>　　2.8指定單元屬性</b></p><p>　　拾取菜單Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Elements→Elem

17、 Attributes。彈出所示的對話框，選擇下拉列表框“TYPE”為“2 BEAM 4”，選擇下拉列表框“MAT”為“1”，選擇下拉列表框“REAL”為“2”，單擊“Ok”按鈕。</p><p><b>　　2.9創(chuàng)建梁單元</b></p><p>　　用來模擬各個桿，拾取菜單Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Elemen

18、ts→Auto Numbered→Thru Nodes。彈出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中輸入1,2，單擊“Apply” 按鈕；再在拾取窗口的文本框中輸入3,4，單擊“Ok” 按鈕。于是創(chuàng)建了2個梁單元，2個梁單元由B點處鉸鏈單元連接。</p><p>　　2.10 指定分析類型</p><p>　　拾取菜單Main Menu→Solution→Analysis Type→New Anal

19、ysis 。在彈出的“New analysis”對話框中，選擇“Type of Analysis”為“Transient”，單擊“Ok” 按鈕，在隨后彈出的“Transient Analysis”對話框中，單擊“Ok” 按鈕。</p><p>　　2.11打開大變形選項</p><p>　　拾取菜單Main Menu→Solution→Analysis Type→Analysis Opti

20、ons。彈出所示的對話框，將“NLGEOM”打開，單擊“Ok” 按鈕。</p><p>　　2.12確定載荷步時間和時間步長</p><p>　　拾取菜單Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time - Time Step。彈出圖1所示的對話框，在 “TIME”文本框中輸入T，在“DELTIM Time Step size”文本框

21、中輸入T/70，選擇“KBC”為“Ramped”，單擊“Ok” 按鈕。</p><p>　　2.13 確定數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件中包含的內(nèi)容</p><p>　　拾取菜單Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File。彈出所示的對話框，選擇下拉列表框“Item”為“All Items”，選中“Every substep

22、”, 單擊“Ok” 按鈕。</p><p>　　2.14設(shè)定非線性分析的收斂值</p><p>　　拾取菜單Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Convergence Crit。彈出所示的對話框，單擊“Replace”按鈕，彈出所示的對話框，在“Lab”右側(cè)兩個列表中分別選擇“Structural”和“Force F”，在“VALUE”

23、文本框中輸入1，在“TOLER”文本框中輸入0.1，單擊“Ok” 按鈕。返回所示的對話框，單擊“Add” 按鈕，再次彈出的對話框，在“Lab”右側(cè)兩個列表中分別選擇“Structural”和“Moment M”，在“VALUE”文本框中輸入1，在“TOLER”文本框中輸入0.1，單擊“Ok” 按鈕。最后單擊所示的對話框的“Close” 按鈕。</p><p><b>　　2.15 施加約束<

24、/b></p><p>　　拾取菜單Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Nodes。彈出拾取窗口，單擊“Pick All” 按鈕，彈出圖所示的對話框，在“Lab2”列表中選擇“UZ”、“ROTX” 、“ROTY”，單擊“Apply” 按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取節(jié)點1，單擊“Ok” 按鈕，再次彈出圖所示的對話框，在

25、“Lab2”列表中選擇“ROTZ”，在“VALUE”文本框中輸入2*PI，單擊“Apply” 按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取節(jié)點1，單擊“Ok” 按鈕，再次彈出所示的對話框，在“Lab2”列表中選擇“UX” 、“UY”，在“VALUE”文本框中輸入0，單擊“Apply” 按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取節(jié)點4，單擊“Ok” 按鈕，再次彈出圖所示的對話框，在“Lab2”列表中選擇 “UY”，在“VALUE”文本框中輸入0，單擊“Ok” 按鈕。&

26、lt;/p><p><b>　　2.16求解</b></p><p>　　拾取菜單Main Menu→Solution→Solve→Current LS。單擊“Solve Current Load Step”對話框的“Ok”按鈕。出現(xiàn)“Solution is done!”提示時，求解結(jié)束，從下一步開始，進行結(jié)果的查看。</p><p>　　L O

27、A D S T E P O P T I O N S</p><p>　　LOAD STEP NUMBER. . . . . . . . . . . . . . . . 2</p><p>　　TIME AT END OF THE LOAD STEP. . . . . . . . . . 1.6000 </p><p>　　TIME STEP

28、SIZE. . . . . . . . . . . . . . . . . 0.85714E-02</p><p>　　MAXIMUM NUMBER OF EQUILIBRIUM ITERATIONS. . . . 15</p><p>　　STEP CHANGE BOUNDARY CONDITIONS . . . . . . . . NO</p><p&g

29、t;　　TRANSIENT (INERTIA) EFFECTS</p><p>　　TRANSIENT INTEGRATION PARAMETERS</p><p>　　ALPHA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.25251 </p><p>　　DELTA. . . . . . . . . . . . . .

30、 . . . . . . 0.50500 </p><p>　　TERMINATE ANALYSIS IF NOT CONVERGED . . . . . .YES (EXIT) </p><p>　　CONVERGENCE CONTROLS</p><p>　　LABEL REFERENCE TOLERANCE NORM MINREF&

31、lt;/p><p>　　F 1.000 0.1000 2 -1.000 </p><p>　　M 1.000 0.1000 2 -1.000 </p><p>　　PRINT OUTPUT CONTROLS . . . . . . . . . . . . .NO PRIN

32、TOUT</p><p>　　DATABASE OUTPUT CONTROLS</p><p>　　ITEM FREQUENCY COMPONENT</p><p>　　ALL ALL </p><p><b>　　2.17 定義變量</b></p>&

33、lt;p>　　拾取菜單Main Menu→TimeHist Postpro→Define Variables。彈出圖所示的對話框，單擊“Add”按鈕，彈出圖所示的對話框，選擇“Type of Variable”為“Nodal DOF result”，單擊“Ok” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取節(jié)點4，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖所示的對話框，在右側(cè)列表中選擇“UX”，單擊“Ok” 按鈕，返回到圖所示的對話框，單擊“Close”按鈕。于是定

34、義了一個變量2，它可以表示滑塊的位移s3。</p><p>　　2.18 對變量進行數(shù)學操作</p><p>　　把變量2對時間t微分，得到滑塊的速度v3；把速度v3對時間t微分，得到滑塊的加速度a3。拾取菜單Main Menu→TimeHist Postpro→Math Operations→Derivative。彈出圖三所示的對話框，在“IR”文本框中輸入3，在“IY”文本框中輸入2，

35、在“IX”文本框中輸入1，單擊“Apply” 按鈕；再次彈出圖四所示的對話框，在“IR”文本框中輸入4，在“IY”文本框中輸入3，在“IX”文本框中輸入1，單擊“Ok” 按鈕。</p><p>　　經(jīng)過以上操作，得到兩個新的變量3和4。其中，變量3是變量2對變量1的微分，而變量2是位移s，變量1是時間t（系統(tǒng)設(shè)定），所以，變量3就是角速度v3；同樣可知，變量4就是角加速度a3。</p><p&

36、gt;　　15.3.20 用曲線圖顯示位移、速度和加速度</p><p>　　拾取菜單Main Menu→TimeHist Postpro→Graph Variables。彈出圖五所示的對話框，在“NVAR1”文本框中輸入2，單擊“Ok” 按鈕，結(jié)果如圖六所示。再重復(fù)執(zhí)行兩次以上命令，在彈出對話框的“NVAR1” 文本框中分別輸入3和4，單擊“Ok” 按鈕，結(jié)果如圖七、圖八所示。</p><p

37、>　　拾取菜單Main Menu→TimeHist Postpro→List Variables。在彈出對話框的“NVAR1”和“NVAR2”文本框中分別輸入2，單擊“Ok” 按鈕。在得到的列表中可以看到變量2即位移s3的最大值為0.535376，此值即滑塊的行程H，該值對應(yīng)的時間為0.88571 s，此值即空回行程經(jīng)歷的時間。對比由機械原理圖解法得到的結(jié)果，可以看出有限元解是正確的，而且具有相當高的精度。</p>

38、<p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　本次論文設(shè)計結(jié)合了工程力學、優(yōu)化設(shè)計、計算機軟件ANSYS10.0輔助設(shè)計等理論知識。將零散的知識結(jié)合一起，完成了一次具有現(xiàn)實意義的設(shè)計，從而達到了機械工程設(shè)計特點和專業(yè)基本訓練的目的，積累了一定的設(shè)計理念和經(jīng)驗。</p><p>　　基于有限元方法的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計是一個涉及范圍很廣的研究課題，而本文

39、只是對等機構(gòu)運動進行分析做了一些有益的探索和研究。但是仍有許多更廣泛更深度的問題需要進一步的去研究。</p><p>　　本文主要是以計算機軟件ANSYS10.0輔助設(shè)計為手段，分析出來只是理論上的結(jié)果，這還需要實驗的進一步來驗證。如果考慮到工程上加工制造，為了達到要求并提高經(jīng)濟效益，那么本文的設(shè)計可作為理論上參考。</p><p>　　如今，在企業(yè)的設(shè)計和生產(chǎn)中，有限元分析已得到廣泛的應(yīng)

40、用。要使得有限元軟件理論設(shè)計與各類工程生產(chǎn)中的實際情況更好更完美的結(jié)合應(yīng)用， 仍需要去探索，同時這也是一個很值得去研究的方向。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　參考文獻(5條) </b></p><p>　　1.張勝民 基于有限元軟件ANSYS7.0的結(jié)構(gòu)分析 2003 </

41、p><p>　　2.Yuji Kozaki Electric Power Steering (EPS) 1999(9) </p><p>　　3.黃國明 用ANSYS運動分析 2003 </p><p>　　4.張標標.徐志軍.葛蘊珊.劉福水.孫業(yè)保 基于ANSYS平臺開發(fā)曲軸振動分析軟件[期刊論文]-車輛與動力技術(shù) 2001(4) </p><p&