基于ANSYS的四杆机构分析详细.docx
- 文档编号:12441351
- 上传时间:2023-06-05
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:548.59KB
基于ANSYS的四杆机构分析详细.docx
《基于ANSYS的四杆机构分析详细.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于ANSYS的四杆机构分析详细.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
基于ANSYS的四杆机构分析详细
ANSYS作业
问题描述
图1所示平行四边形机构,曲柄长200mm,连杆长I根据各自学号后2位乘以10,各
杆截面为40x5,其中宽度为40,厚度为5。
现在连杆上表面加1MPa的三角分布的压力(铰接结构自习设计,加载面去除2端铰接结构),求各杆的强度和变形。
要求按报告格式写,
写出主要步骤、注意事项、关键程序、结果及其评价(材料按Q235A),铰接处结构是否合
理。
有限元分析
本文采用ANSYS编程语言APDL,编制参数化程序。
简介方便,便于重复分析,节省大量的工作量。
1.定义材料、单元finish/clear
et,1,solid185
mp,ex,1,2.08e5mp,prxy,1,0.277mp,dens,1,7.86e-6
!
定义8节点实体单元solid185
!
弹性模量
!
泊松比
!
密度
/prep7
!
进入前处理器
et,2,conta173
et,3,targe170keyopt,2,5,3keyopt,2,7,1
keyopt,2,9,0
keyopt,2,12,0
!
定义接触单元conta173
!
定义目标单元targe170
!
设置接触单元选项
2.四杆机构建模参数
p0=1
!
载荷
a=40
!
连杆截面宽度
b=5
!
连杆截面厚度
l1=200
!
曲柄长度
l2=90
!
连杆长度
3.四杆机构参数化建模
block,0,b,8,l1-8,0,ablock,0,b,0,8,0,10block,0,b,0,8,a-10,ablock,0,b,l1-8,l1,0,10block,0,b,l1-8,l1,a-10,avadd,all
!
生成长方体块
!
将以上长方体布尔相加得到曲柄
block,8,l2-8,0,b,0,a
block,0,8,0,b,10,30block,l2-8,l2,0,b,10,30vadd,1,2,3vgen,2,6,6,0,l2-5vgen,2,4,4,0,,l1-5
!
生成长方体块
!
将以上长方体布尔相加得到机架
!
复制曲柄得到第四杆
!
复制机架得到连杆
wpoffs,2.5,2.5,0cylind,0,2,0,40,0,360vsbv,6,3,sepocylind,0,2,0,40,0,360vsbv,4,3,sepocylind,0,2,0,40,0,360
!
工作平面沿x、y正向各平移2.5mm
!
在铰接处画圆柱半径2mm、长度40mm
!
布尔运算、曲柄减去圆柱生成曲柄铰链孔!
生成曲柄铰链的销
!
布尔运算、机架减去圆柱生成机架铰链孔
vgen,2,3,3,0,l2-5
vsbv,6,4,sepo
vgen,2,3,3,0,l2-5
vsbv,1,4,sepo
vgen,2,3,3,0,l2-5
!
将圆柱销复制得到另外三个铰接出圆柱
!
布尔运算得到铰链孔
!
生成圆柱
!
布尔运算得到铰链孔
!
生成销
vgen,2,3,3,0,,l1-5
vsbv,5,4,sepo
vgen,2,3,3,0,,l1-5
vsbv,2,4,sepo
vgen,2,3,3,0,,l1-5
!
布尔运算得到铰链孔
!
生成圆柱
!
布尔运算得到铰链孔
!
生成销
vgen,2,3,3,0,12-5,11-5
vsbv,5,4,sepo
vgen,2,3,3,0,12-5,11-5
vsbv,6,4,sepo
vgen,2,3,3,0,12-5,11-5
四杆机构实体模型如图
!
布尔运算得到铰链孔!
生成圆柱
!
布尔运算得到铰链孔生成销
4.有限元网格划分
wpoffs,-2.5,-2.5,0
!
工作平面移动到总体坐标系原点处
wpoffs,8,195,0
!
移动工作平面
wprota,,,90
!
工作平面绕y轴旋转90°
vsbw,all
!
用工作平面切割连杆与机架一端
wpoffs,,,l2-16
!
移动工作平面
vsbw,all
!
用工作平面切割连杆与机架另一端
wpoffs,,,-(l2-16)
!
移动工作平面
wpoffs,,-3,0
!
移动工作平面
wprota,,90
!
工作平面绕x轴旋转90°
vsbw,all
!
用工作平面切割体
wpoffs,,,184
!
移动工作平面
vsbw,all
!
用工作平面切割体
esize,1,0,
!
设置网格大小
mshape,1,3D
!
设置单元形状
mshkey,0
!
网格划分方式
vsweep,all
!
扫略生成网格
四杆机构有限元模型如图2所示:
图2(a)
图2(b)
■■■■■■
5.添加接触对
asel,s,area,,3,4,1nsla,s,1cm,jiechu1,node
allsel,all
asel,s,area,,69,70,1asel,a,area,,135,136,1asel,a,area,,21,23,2nsla,s,1cm,mubiao1,node
allsel,all
asel,s,area,,11,12,1nsla,s,1cm,jiechu2,node
allsel,all
asel,s,area,,18,26,8
asel,a,area,,51,52,1
asel,a,area,,77,78,1nsla,s,1cm,mubiao2,node
allsel,all
asel,s,area,,20,22,2
jii:
ni
imm
■■■■■
川#1:
1闊I
==og:
=:
:
:
:
u一
■■■
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
■■■■■■■■■■■■!
I-IF忙Ilf]■
H5E
E!
3!
Ei一
■■■■I—
e:
kih£;_
ihiriNij
=:
:
:
图2(c)
图2.四杆机构有限元网格模型
!
选择第一个铰接处接触面(凸面)
!
选择接触面上所有节点
!
做成名为jiechul的节点集合
!
选择所有
!
选择第一个铰接处目标面(凹面)
!
选择目标面上所有节点
!
做成名为mubiaol的节点集合
!
选择第二个铰接处接触面(凸面)
!
选择接触面上所有节点
!
做成名为jiechu2的节点集合
!
选择第二个铰接处目标面(凹面)
!
选择目标面上所有节点
!
做成名为mubiao2的节点集合
!
选择第三个铰接处接触面(凸面)
nsla,s,1
cm,jiechu3,node
allsel,all
asel,s,area,,111,112,1asel,a,area,,121,122,1asel,a,area,,75,76,1nsla,s,1cm,mubiao3,node
!
选择接触面上所有节点
!
做成名为jiechu3的节点集合!
选择第三个铰接处目标面
!
选择目标面上所有节点
!
做成名为mubiao3的节点集合
!
选择第四个铰接处接触面
!
选择接触面上所有节点!
做成名为jiechu4的节点集合
!
选择第四个铰接处目标面
!
选择目标面上所有节点!
做成名为mubiao4的节点集合
!
定义接触属性:
刚度渗透量等
!
生成第一个铰接处的接触对
!
生成第二个铰接处的接触对
allsel,all
asel,s,area,,7,8,1
nsla,s,1
cm,jiechu4,node
allsel,all
asel,s,area,,97,100,1
asel,a,area,,14,16,2
nsla,s,1
cm,mubiao4,node
allsel,all
r,1,,,1,0.1
r,2,,,1,0.1
r,3,,,1,0.1
r,4,,,1,0.1
type,2
mat,1
real,1
cmsel,s,jiechu1,node
esurf,top
type,3
mat,1
real,1
cmsel,s,mubiao1,node
esurf,top
type,2
mat,1
real,2cmsel,s,jiechu2,nodeesurf,top
type,3
!
生成第三个铰接处的接触对
mat,1real,2cmsel,s,mubiao2,nodeesurf,top
type,2
mat,1
real,3
cmsel,s,jiechu3,nodeesurf,top
type,3
!
生成第四个铰接处的接触对
mat,1real,3cmsel,s,mubiao3,nodeesurf,top
type,2
mat,1
real,4
cmsel,s,jiechu4,nodeesurf,top
type,3
mat,1
real,4cmsel,s,mubiao4,nodeesurf,top
接触对模型如图3所示:
图3(a)接触单元
图3(c)接触单元放大图3(d)目标单元放大
图3.四个铰链处接触对
6.加载与求解
nsel,s,loc,x,5,l2-5!
选择机架上所有节点,施加全约束
nsel,r,loc,y,0,5
d,all,all
nsel,s,loc,x,8,l2/2,1
!
按坐标选择连杆上表面从左端点至中间位置的所有节点(铰接处除外)
nsel,r,loc,y,199.9,200,0.1
*get,nmax,node,,num,max.
!
提取当前激活的最大节点数目编号
nmax
*get,nmin,node,,num,min.
!
提取当前激活的最小节点数目编号
nmin
*dim,t1,array,nmax,1,1,
!
定义名为t1的数组
*do,j,nmin,nmax
!
循环,j从nmin至Unmax
*if,nsel(j),eq,1,then
!
if判断
t1(j)=p0*abs(nx(j)-8)*1/l2/2
!
连杆从左端点到中间位置的载荷位置函数
(一次函数)
*elset1(j)=0*endif
*enddosffun,pres,t1
(1)sf,all,pres,0
!
结束循环
!
添加连杆上表面从左端点至中间位置的载荷
Iocal,12,0,l2,200,0!
定义局部坐标系编号为12,远点位于连杆右端点上表面处
csys,12
allsel,all
nsel,s,loc,x,(-1)*l2/2,-8,1
nsel,r,loc,y,-0.1,0,0.1
!
按坐标选择连杆上表面从右端点至中间位置的所有节点(铰接处除外)
*get,nmax,node,,num,max,
*get,nmin,node,,num,min,
*dim,t2,array,nmax,1,1,
*do,i,nmin,nmax
*if,nsel(i),eq,1,then
t2(i)=p0*(abs(nx(i)+8)/l2/2)
!
连杆从右端点到中间位置的载荷位置函数(一次函数)
*elset2(i)=0*endif*enddo
sffun,pres,t2
(1)sf,all,pres,0allsel,allnummrg,node
!
节点融合
/soluantype,staticautots,onneqit,200prednropt,full,,offLNSRCH,onNLGEOM,onEQSLVPCGnsubst,20,100,20allsel,alloutpr,basic,allsolve
!
进入求解器
!
静态分析
!
使用自动时间步长
!
最大迭代次数200
!
跨越荷载步时不作预测
!
完全牛顿拉夫逊法,不使用自适应下降因子
!
考虑集合非线性
!
采用预条件共轭梯度迭代方程求解器
!
载何步的子步数为20
!
输出选项
!
求解
四杆机构加载以及约束如图4、5所示:
图4.机架全约束
图5.连杆上表面渐变的三角形分布载荷
查看结果
1.
查看应力,应力图如图6、7所示。
由图中可见,最大应力匚max=101Mpa,
图6.应力分布云图
期EYE124,1
52013
13:
01:
23
EM1ND.1
HOC1ALSOILTTION
^IEF-^1
SUE=2,0
TITE=1
SE(J7(®G)PoweLGtaphicsEFACET=1=.■ -1CU.9C9011.21222.42433.63644.04856.061&7,27378.48583,697100.909 图7.最大应力分布位置 2.查看应变,应变图如图8所示。 由图中可见,最大应变为;max=0・610’,同 时可以看出,最大应变也是发生在连杆两端铰链位置处 3. 查看连杆变形图,变形如图9所示,可见,最大变形为\ax=0.031mm, ftHSYE12.0.1tfiR5201313: 08: 35 PDjrno.1 DISPLACEMENT STEE^l SUEWO TIB&l Pow&rCraphics EESCEn>l ZWRES=^fat CNX=.031146 D6C? ^321.。 別 ZV=1*DET=110.286畑=45.6SS*YF=101.718屹F=20.003 Z-BCFFER 四.问题结论 由分析结果可以得出,最大应力为二max「OIMpa,最大应变为 ;max=0.610*,最大变形为’max=0.031mm;并且,发生最大应力应变的位置在连杆两端铰接处。 查表可得Q235A的强度极限为235Mpa,最大应力小于材料的强度极限,因此在本文所述的载荷以及约束条件下,该四杆机构是安全的;由于连杆上表面分布着呈三角形分布的向下的压力,中间位置压力最大,因此连杆连杆的最大挠度发生位置在中间位置,并且应力应变以及变形都应向两端对称分布。 同时,由于 连杆受压,导致两端铰链处受拉应力,以及剪应力,因此本文考虑其mises应力 及mises应变;并且由于铰链处相配合的两根杆件与铰链销轴的接触问题,这些原因使得铰接处应力应变大于其他位置,因此最大应力应变出现的位置在铰链处。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 ANSYS 机构 分析 详细