法兰有限元分析
1.下法兰计算
1.1 下法兰计算模型
下法兰卡紧方式是通过卡箍将产品法兰与加压端法兰卡紧。经过适当简化，建立如图1所示计算模型。
图1 下法兰计算模型简图
在产品法兰上端面施加全位移约束fix-all；在加压端法兰内表面施加压力F。
1.2 下法兰分析结果
在t
1100压力作用下，产品法兰，加压端法兰以及卡箍的应力分布情况分别如图2，图3，图4所示。
从下图可以看出产品法兰等效应力的最大值为MPa
423，位于Φ199通孔
6.
最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa
456，位于Φ199
5.
通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa
184，位于
8.
Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。
图2 产品法兰应力分布图（MPa）
从图3上看，加压端法兰等效应力的最大值位于面上那6个黄点上，但那是由于接触引起的局部应力集中，不予考虑，实际等效应力最大值位置位于中心Φ50通孔上，最大值为MPa
452，同样位于
9.
4.
337，最大主应力的最大值为MPa
Φ50通孔上（如图右Max标示处）。
图3 加压端法兰应力分布图（MPa ）
卡箍应力分布如图4所示。其等效应力的最大值位置如图左Max 标示处，最大值为MPa 4.278；最大主应力的最大值位置如图右Max 标示处，最大值为MPa 1.292。
图4 卡箍应力分布图
卡箍的变形用其位移量分布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量分布如图5。由图看出卡箍在整个装配中向外位移了mm 901.2，自身向外拉伸了
mm mm mm 297.3)396.0(901.2=--。卡箍在整个装配中轴向位移了mm 048.3，卡
箍自身轴向拉伸了mm mm 651
.2)863.2(212.0=---。
图5 卡箍位移量分布图（变形效果夸张100倍时效果图）
2.上法兰卡抓计算
2.1 上法兰卡抓计算模型
上法兰卡紧方式是通过卡抓将产品法兰与加压端法兰卡紧。6瓣卡抓均匀分布在加压端法兰的卡槽里，为了简化计算，取其中1个采用周期对称分析。经过适当简化，建立如图6所示计算模型。
图6 卡抓计算模型简图
在模拟产品法兰上表面施加X向位移约束fix-x，在模拟加压端法兰上表面施加压力F。
2.2 卡抓分析结果
卡抓的应力分布如图7所示。其等效应力最大值为MPa 3.939，接触应力最大值为MPa 1010。
图7 卡抓应力分布图
3. 结论
1.产品法兰所用材料的屈服极限Mpa s 665=σ。在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力[]MPa s 4435.1/==σσ，产品法兰等效应力的最大值为MPa 6.423，刚好小于其许用应力。为了延长其使用寿命，建议对产品法兰盘进行加厚处理。而其等效应力最大值位置位于Φ199通孔最薄弱处，建议将Φ199孔向法兰中心移动少许。
2.加压端法兰所用材料为35CrMo ，该截面尺寸下的屈服极限Mpa s 610=σ。在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力[]MPa s 7.4065.1/==σσ，加压端法兰等效应力最大值为MPa 9.337 ，小于其许用应力。虽然满足强度要求其安全系数为1.8倍。
3.卡箍所用材料40CrNiMo 的屈服极限Mpa s 640=σ。在一般静载条件下若取2倍安全系数，则许用应力[]MPa s 3202/==σσ。在卡箍与6个螺帽全接触良好的情况下，卡箍等效应力最大值为MPa
4.278 ，小于其许用应力，满足强度要求,其安全系数为2.2倍。
4.卡抓等效应力最大值为MPa 3.939，这主要是由于直边接触引起的局部应力集中，在实际使用过程中，会由于直边钝化使应力得到一定释放，这种情况下，主要考虑其平均应力，卡抓齿根R1圆弧上的平均等效应力为MPa 4.546。建议适
当加大齿根圆角并对其直边进行倒圆处理。
题目： 成都石化设计院用于某容器上的带增强法兰的球封头，结构尺寸如图， 工作载荷为内压0.8Mpa,螺栓载荷为535574N,材料为 20R。请按照分析设计的要求分析该结构在上述工况下操作时的各类应力并进行强度校核。 带增强法兰的球封头 载荷分析 1. 用户数据 根据设计图，计算基础数据如下: 2. 结构参数 以下所有厚度均为有效厚度，长度单位：mm
中心接管参数 图1:带增强法兰的椭圆封头-中心接管参数示意图 封头参数 法兰参数
图3: 带增强法兰的椭圆封头-法兰参数示意图 外直径di 960 内直径d2 780 厚度t 66 螺栓数目 24 螺栓中心圆直径d3 915 螺栓孔直径d4 27 垫片内直径d5 800 垫片外直径d6 866 倒角内半径r1 40 倒角外半径r2 15 材料参数 部位 材料 弹性模量 (MPa) 泊松比 比重 (g/cm ) S m (MPa) t 接管 碳素钢锻件 20 190200 0.3 7.84 3 124.6 封头 碳素钢钢板 20R 194600 0.3 7.824 144.2 法兰 碳素钢钢板 20R 190200 0.3 7.84 114.6 载荷条件 内压(MPa) 0.8 螺栓力(N) 535574 二、结构分析 根据法兰结构特点，应进行带增强法兰的椭圆封头的应力分析, 建立力学模型如下： (1) 力学模型
根据带增强法兰的椭圆封头的结构特点和载荷特性，采用了三维力学模型。 图4:带增强法兰的椭圆封头网格图 (2) 边界条件 位移边界条件
节.口总0 0091000 Q00H?n o.ooMon 000(40)0 OCCrHJO O 0EEt44m fl OOa+DM 血伽 OCOeHnO QQQe^W enorHnn novtdoo ■3 00a4?M flOCtHHO OOO H WD QCXnflM OEUrtffiE OCfia^? OoOc^P OOXIJO OOQHOKi aflOrtujo OKftOOO OO^tOOO OIMb^W □ (Kr-KTO 0￡Xfe4QO O S0k*lflJD owxwo 0Kr*?C OQC^nKX B OWHODC QUlXlJO OOCc*{M0 DIHrtOOCi 00^*000 ojnrxin DDOr'HKEI □OC HT KI JO Offl>*aoO 图5:带增强法兰的椭圆封头X方向约束 OnOHOQO^H :-■: I —111 -厂-'I「P I? OOQr^nol □ OLf "J：D OD lr*JDO J OOTtafOOO^- □OOMKKI o込希io PQDZJQ DJO .f*JJO 磁砒 one*aoD OXrtWO otr* 曲io OOCmJjO 图6:带增强法兰的椭圆封头丫方向约束JdJ K U节貞血 ? OOte+COG 0GOHWB tl tJ>+€rt) dOOd-HNO OCCHOff) 力如姻 OCOtrHMO 0EDe4?D 皿 咄M OOQKXn UDOHWO 皿畑 QCQl^QQ OLUrtWO QOOa^nO 0 00*4000 CiCbrHMO QQDrKm OCOa-iOn OOfriMW
基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析 模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。 装配体的仿真所面临的问题包括： （1）模型的简化。这一步包含的问题最多。实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。 （2）零件之间的联接。装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？ （3）材料属性的考虑。在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。（4）有限元网格的划分。我们知道，通过WORKBENCH，我们只需要按一个按钮，就可以得到一个粗糙的网格模型。但是如果从HYPERMESH的角度来看，ANSYS自动划分的网格，很多都是不合理的，质量较差而不能使用。那么对于装配体中的每个零件，我们该如何划分网格？对于每一个零件，我们是否要对之进行切割形成规则的几何体后，然后尽量使用六面体网格？如果
1.软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2.使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。 ◇右键单击“实体文件夹”并选择“应用材料到所有”——所有零部件将被赋予相同的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下的某个具体零件文件夹并选择“应用材料到所有实体”——某个零件的所有实体(多实体)将被赋予指定的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下具体零件的某个“Body”并选择“应用材料到实体”——只有
目录 摘要 ............................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract (2) 第一章分析方法和研究对象 ........................................... 错误！未定义书签。 1.1 有限单元法的概述....................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1 有限单元法的历史 (4) 1.1.2 有限单元法的基本概念 (4) 1.2 ANSYS软件简介 (4) 1.2.1 ANSYS主要应用领域 (4) 1.2.2 ANSYS操作界面 (5) 1.2.3 ANSYS的主要功能 (6) 1.2.4 ANSYS主要特点 (7) 1.3 曲柄滑块机构简介 (7) 1.3.1 曲柄滑块定义 (8) 1.3.2 曲柄滑块机构特性应用以及分类 (8) 第二章曲柄滑块机构的求解 (10) 2.1 曲柄滑块机构的问题描述 (10) 2.2 曲柄滑块机构问题的图解法 (10) 2.2.1 图解法准备工作 (11) 2.2.2 图解法操作步骤 (11) 第三章有限元瞬态动力学概述 (14) 3.1 有限元瞬态动力学定义 (14) 3.2 瞬态动力学问题求解方法........................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 完全法 (14) 3.2.2 模态分析法 (14) 3.2.2 缩减法 (15) 3.1 有限元结构静力学分析基本概念 (15) 3.1 有限元结构静力学分析步骤 (16) 第四章曲柄滑块的有限元瞬态动力学分析 (17) 4.1 曲柄滑块机构瞬态简要概述 (17) 4.2曲柄滑块有限元瞬态动力学分析步骤 (18)
基于ANSYS的典型零件的有限元分析 通过对典型零件的有限元分析来验证里零件的强度是否符合设计标准，可以及早发现缺陷，实现优化设计。对产品的设计安全性有重要意义。我们从零件的静力分析和模态分析两个方面来做CAE分析。 使用ANSYS软件的不同模块：ANSYS经典界面 ANSYS WORKBENCH 一、轮毂的模态分析 1.1轮毂的CAD模型： 该模型由NX建模，导入Ansys WorkBench中。 1.2网格划分： 采用自由网格划分 1、分析时采用的单位制： Metric (mm, kg, N, s, mV, mA) 2、轮毂的材料 铝合金：Aluminum Alloy 密度：2.77e-006 kg mm^-3 杨氏模量：710000MP 泊松比：0.33 1.3添加约束： 在五个螺栓孔添加固定约束：
阶数频率（HZ）最大位移(mm) 1 2470.4 89.844 2 3044.1 127.1 3 3047.6 127.27 4 3294.1 210.18 5 3295.5 209.73 6 4509.5 94.061 7 6040.5 247.04 8 6041.9 245.43
2、传动齿轮的静应力分析 该模型为传动系变速器与托深差速器动力传递的齿轮，该齿轮在传动系中起到关键作用，所以对其结构安全性分析是非常有必要的。 2.1模型建立 该齿轮首先在PRO/E中建模，导出IGES文件，再导入Ansys经典中，由于出现错误，只有面体，所以本人将模型的进行修改，通过删除面、线、点的方法，最终的到一个齿轮面。 2 2.2网格划分 在本例中，我采用由面网格扫略生成体同时生成体网格的方法。 采用的单元：1 PLANE42 面单元 2 SOLID45 体单元 材料参数：杨氏模量：2.7X10^5 MP 泊松比：0.33 首先对齿轮面进行网格划分，让后由面网格进拉伸成体网格 具体操作如下： modeling—operate—extrude—Elem Ext Opets—在element type number 中选择2 solid45， 同时在No. Elem divs 中设置要拉伸网格的数量。
中南林业科技大学机械零件有限元分析 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 年级： 2013级 班级：机械一班 姓名：杨政 学号：20131461 I
一、实验目的 通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS 系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。 二、实验内容 实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。
实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析 对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为 1.0×108Pa ，空 心球体的内径为 0.3m ，外径为 0.5m ，空心球体材料的属性：弹性模量 2.1×1011，泊松比 0.3。 承受内压：1.0×108 Pa 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图） 1、进入 ANSYS →change the working directory into yours →input jobname: Sphere 2、选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK →Close (the Element Type window) 3、定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK 4、生成几何模型生成特征点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input ：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK 生成球体截面 ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In ActiveCoord → 依次连接 1,2,3,4 点生成 4 条线→OK Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条线→OK ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 5、网格划分 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) lines: Set
中国JB标准法兰尺寸 凸面整体铸钢管法兰(JB/T79.1-94) 图 1 凸面整体铸钢管法兰 PN1.6MPa mm 公称通径 DN 连接尺寸 密封面 尺寸 法兰厚 度C 法兰颈 法兰外径D系列 1/系列2 螺栓孔中心 圆直径K 螺栓孔直径L系 列1/系列2 双头螺柱 d f Nmax Smax R 数 量n 螺纹Th.系列1/ 系列2 15 95 65 14 4 M12 45 2 14 39 12 4 20 105 75 14 4 M12 55 2 14 44 12 4 25 115 85 14 4 M12 65 2 14 49 12 4 32 140/135 100 18 4 M16 78 2 16 56 12 4 40 150/145 110 18 4 M16 85 3 16 64 12 4 50 165/160 125 18 4 M16 100 3 16 74 12 5 65 185/180 145 18 4 M16 120 3 18 95 15 5 80 200/195 160 18 8 M16 135 3 20 110 15 5 100 220/215 180 18 8 M16 155 3 20 130 15 5
PN2.5MPa mm PN4.0MPa mm
注：系列1法兰连接尺寸与国标及德国法兰标准尺寸互换；系列2尺寸与原机标准法兰尺寸互换；新产品设计应优先采用系列1尺寸。 2.凹凸面整体铸钢管法兰(JB/T79.2-94)
图 2 凹凸面整体铸钢管法兰 mm PN4.0MPa mm 公称通径DN 连接尺寸密封面尺寸 法兰 厚度 C 法兰颈 法兰外径D系 列1/系列2 螺栓孔中 心圆直径 K 螺栓孔直径L 系列1/系列 2 双头螺柱 d X系列 1/系列 2 Y系列 1/ 系 列2 f f1 f2 Nmax Smax R 数 量 n 螺纹Th.系 列1/系列2 15 95 65 14 4 M12 45 39 40 2 4 16 39 12 4 20 105 75 14 4 M12 55 50 51 2 4 16 44 12 5 25 115 85 14 4 M12 65 57 58 2 4 16 49 12 5 32 140/135 100 18 4 M16 78 65 66 2 4 18 62 15 5 40 150/145 110 18 4 M16 85 75 76 3 4 18 70 15 5 50 165/160 125 18 4 M16 100 87 88 3 4 20 80 15 5 65 185/180 145 18 8 M16 120 109 110 3 4 22 101 18 6 80 200/195 160 18 8 M16 135 120 121 3 4 22 116 18 6 100 235/230 190 23 8 M20 160 149 150 3 4.5 24 140 20 6 125 270 220 26/25 8 M24 188 175 176 3 4.5 28 169 22 8 150 300 250 26/25 8 M24/M22 218 203 204 3 4.5 30 198 24 8 (175) 350 295 30 12 M27 258 233 234 3 4.5 34 231 28 10
用ANSYS进行四连杆机构的有限元分析 作者：谭辉 日期：08年3月6日 分析目的 1、利用ANSYS对典型的四连杆机构进行分析，主要包含各点的轨迹分 析，例如X和Y方向的位移等。 2、为五连杆和六连杆机构的分析提供可行的分析方法以及原型代码。 问题简述 分析主动杆1绕节点1旋转一周时节点4的运动轨迹，杆2和杆3为从动杆，具体问题见下图：
分析思路 1、根据分析目的，在ANSYS选用link1单元进行单元建模，主要考虑 是link1单元具有X和Y方向的自由度，可以获得各个节点的位移轨迹。 之后可以用梁单元等实现更高级的分析目的，例如获得杆上的力，位移， 加速度等相关信息。 2、该模型结构简单，可以利用直接建模方法进行有限元系统建模，主 要命令：N，E。 3、利用自由度耦合对重合节点进行建模，例如节点2和节点3、节点4 和节点5进行建模，主要命令：cpintf，利用该命令可以一次性将重合节 点生成自由度耦合。 4、利用表数组对于杆1（主动杆）的节点2进行瞬态边界条件的载荷施 加，分析类型为瞬态分析，主要命令：*dim，d等。 5、生成节点位移的对应变量，从而获得节点4的随时间的位移曲线， 主要命令：nsol，plvar等。 命令流如下 行号命令符号注释 结束上一次的分析 1finish ！ 清除数据库，并读取启动配置文件2/clear,start ！ 3 ！ 设置图形显示的背景颜色 4/color,pbak,on,1,5 ！ 5 ！
6/units,si ！ 设置单位制：国际单位制 7*afun,deg ！ 设置三角函数运算采用度为单位 8 ！ 9/prep7 ！ 进入前处理模块 10et,1,link1 ！ 设置单元类型：link1 11mp,ex,1,2.07e11 ！ 设置材料的弹性模量 12r,1,1 ！ 设置单元的实常数，面积为1 13n,1,0,0,0 ！ 在（0，0，0）处建立节点1 14n,2,3,0,0 ！ 在（3，0，0）处建立节点2 15n,3,3,0,0 ！在（3，0，0）处建立节点3，和节点2重合 16n,4,8,7,0 ！ 在（8，7，0）处建立节点4 17n,5,8,7,0 ！在（8，7，0）处建立节点4，和节点4重合 18n,6,10,0,0 ！ 在（10，0，0）处建立节点6 19e,1,2 ！ 建立单元1（连接节点1和2） 20e,3,4 ！ 建立单元2（连接节点3和4） 21e,5,6 ！ 建立单元3（连接节点5和6） 22 ！ 23cpintf,all,1e-3 ！对于重合节点一次性的建立耦合自由度，容差1e－3 24 ！ 25/pnum,node,1 ！ 显示节点编号 26/pnum,elem,1 ！ 显示单元编号 27eplot ！ 显示单元
基于ANSYS Workbench的定位卡锁机构有限元分析 摘要本文首先在Pro/E中建立了定位卡锁机构受最大外力时的简化模型，然后将该模型导入到ANSYS Workbench 13平台中进行了有限元模型的分析求解，最后结合求解结果用第四强度理论对定位卡锁机构各零件进行了强度校核，同时对该定位卡锁机构的改进提出了建议。 关键词定位卡锁机构；有限元分析 在某工程项目中应用的定位卡锁机构承担着为某输送设备准确定位的作用。由于该输送设备运行一个周期位就要启停一次，启停工作由定位卡锁机构配合实现。定位卡锁机构收回，输送设备开始运转，一个周期位后电机停转，定位卡锁机构伸出，进入与之配合的凹槽使输送设备完全停位。因此，定位卡锁机构成为该输送设备的关键部件，是保证输送设备正常工作的必备条件。所以，对定位卡锁机构的研究与分析有着重要的意义。 定位卡锁机构在伸出状态受最大外力时，其所受最大应力不应超过材料的许用应力是保证定位卡锁机构实现其功能的充分条件。为了保证定位卡锁机构的工作可靠性，本文利用ANSYS Workbench对该机构进行有限元分析，研究在定位卡锁机构受最大外力时的受力及变形情况，并依据理论知识对其强度进行校核。 1 定位卡锁机构模型的建立与导入 在对定位卡锁机构进行有限元分析之前，首先应建好定位卡锁机构的三维模型。一般在整个有限元分析的过程中，几何建模的工作量占据了非常多的时间，同时也是非常重要的过程[2]。ANSYS Workbench 13中，建模工作主要由ANSYS Workbench 自带的几何建模工具Design Modeler模块完成。对于小型或简单模型的建立可以直接在Design Modeler模块中建模，这样避免了从CAD系统中导入ANSYS的模型可能不能直接进行网格划分，需进行大量修补完善工作的麻烦。对于零部件较多的装配体的建模，通常先利用专业的三维建模软件完成模型的建立，然后再把它导入到ANSYS中进行分析。这样，工程技术人员就可以使用自己擅长的CAD软件建好模型，从而避免了重复现有CAD模型的劳动。 本文采用PTC公司的Pro/Engineer对定位卡锁机构进行三维建模。定位卡锁机构简化模型由液压缸、卡锁活塞杆、端盖、螺塞、螺钉组成，建好的三维模型如图1所示。建好后的三维模型可以在Pro/E中直接导入到ANSYS Workbench 13 中进行有限元分析。 图1 定位卡锁机构的三维模型 2 定位卡锁机构的有限元分析 2.1 定义模型材料属性
Pressure vs. Flow control Forged Steel Flanges - 150 lb NPS (in)No. of Studs Diameter of Stud (in) Length of Stud (in) 1/2 4 1/2 2-1/2 3/4 4 1/2 2-1/2 1 4 1/2 2-3/4 1-1/4 4 1/2 2-3/4 1-1/2 4 1/2 3 2 4 5/8 3-1/2 2-1/2 4 5/8 3-3/4 3 4 5/8 3-3/4 3-1/2 8 5/8 3-3/4 4 8 5/8 3-3/4 5 8 3/4 4 6 8 3/4 4-1/4 8 8 3/4 4-1/2 10 12 7/8 4-3/4 12 12 7/8 5 14 12 1 5-1/2 16 16 1 5-1/2 18 16 1-1/8 6 20 20 1-1/8 6-1/2 24 20 1-1/4 7
NPS (in)No. of Studs Diameter of Stud (in) Length of Stud (in) 1/2 4 1/2 2-3/4 3/4 4 5/8 3-1/4 1 4 5/8 3-1/4 1-1/4 4 5/8 3-1/2 1-1/2 4 3/4 3-3/4 2 8 5/8 3-3/4 2-1/2 8 3/4 4-1/4 3 8 3/4 4-1/2 3-1/2 8 3/4 4-1/2 4 8 3/4 4-3/4 5 8 3/4 5 6 12 3/4 5 8 12 7/8 5-3/4 10 16 1 6-1/2 12 16 1 7 14 20 1-1/ 8 7-1/4 16 20 1-1/4 7-3/4 18 24 1-1/4 8 20 24 1-1/4 8-1/4 24 24 1-1/4 9-1/4
有限元分析有压管道
水电站建筑物 结构分析与优化设计 ——有压管道计算分析报告 专业：xxxxx 姓名：xxxxx 学号：xxxxx
1.概况 1.1工程概况 该工程总装机容量 2.5kw，尾水用于农田灌溉。电站由引水渠道、压力前池、压力管道、厂房和升压站组成。电站引水系统采用明管，管道沿山脊蜿蜒而下，全长2670m，具有多个空间和平面转换，共设27个镇墩。 1.2计算内容 本报告只针对尾部总长285m的管段，采用钢板作为内衬的钢筋混凝土管道方案，断面如下图所示。分析其压力管道内部完全冲水时的温度分布、应力与变形。内部水压5MPa，水温15°C，外界温度35°C。 本报告计算时考虑到压力管道轴向长度与管道截面尺寸相差两个数量级，建模时轴向尺寸太大而影响到截面计算的准确性，且同时此问题为平面应变问题，故而本报告截取沿垂直于水流方向轴向长度为5m的有压管道来进行模拟。 模拟时管道两端约束其轴向方向的位移，忽略基岩的形变，在管道与基岩相连接处采用全约束的方式来模拟基岩对管道的影响。鉴于要求考虑的是管道充水时的温度分布、变形和应力，故而本报
告只考虑了管道内部工作压力为5MPa时管道的变形、应力，没有考虑水所受重力与混凝土所受重力对管道充水时的影响。 2.基本资料 2.1几何参数
钢板内衬直径1000mm，钢板厚26mm，外包混凝土厚400mm。 2.2材料参数 混凝土参数： 弹性模量：E = 25.5Gpa 密度：ρ = 2400 kg / m^3 泊松比：? = 0.167 温度线膨胀系数1.0*10 ^ -5 /°C 导热系数：1.28 W / ( m.K ) 抗拉强度： 抗压强度： 钢板参数： 弹性模量：E = 210 Gpa 密度：ρ = 7850kg / m ^ 3 泊松比：? = 0.3 温度线膨胀系数1.2*10 ^ -5 导热系数：14.7W/ ( m.K )
法兰有限元分析 1.下法兰计算 1.1 下法兰计算模型 下法兰卡紧方式是通过卡箍将产品法兰与加压端法兰卡紧。经过适当简化，建立如图1所示计算模型。 图1 下法兰计算模型简图 在产品法兰上端面施加全位移约束fix-all；在加压端法兰内表面施加压力F。 1.2 下法兰分析结果 在t 1100压力作用下，产品法兰，加压端法兰以及卡箍的应力分布情况分别如图2，图3，图4所示。 从下图可以看出产品法兰等效应力的最大值为MPa 423，位于Φ199通孔 6. 最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa 456，位于Φ199 5. 通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa 184，位于 8. Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。
图2 产品法兰应力分布图（MPa） 从图3上看，加压端法兰等效应力的最大值位于面上那6个黄点上，但那是由于接触引起的局部应力集中，不予考虑，实际等效应力最大值位置位于中心Φ50通孔上，最大值为MPa 452，同样位于 9. 4. 337，最大主应力的最大值为MPa Φ50通孔上（如图右Max标示处）。
图3 加压端法兰应力分布图（MPa ） 卡箍应力分布如图4所示。其等效应力的最大值位置如图左Max 标示处，最大值为MPa 4.278；最大主应力的最大值位置如图右Max 标示处，最大值为MPa 1.292。 图4 卡箍应力分布图 卡箍的变形用其位移量分布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量分布如图5。由图看出卡箍在整个装配中向外位移了mm 901.2，自身向外拉伸了 mm mm mm 297.3)396.0(901.2=--。卡箍在整个装配中轴向位移了mm 048.3，卡 箍自身轴向拉伸了mm mm 651 .2)863.2(212.0=---。
基于ANSYS的典型零件的有限元分析通过对典型零件的有限元分析来验证里零件的强度是否符合设计标准，可以及早发现缺陷，实现优化设计。对产品的设计安全性有重要意义。我们从零件的静力分析和模态分析两个方面来做CAE分析。 使用ANSYS软件的不同模块：ANSYS经典界面 ANSYS WORKBENCH 一、轮毂的模态分析 1.1轮毂的CAD模型： 该模型由NX建模，导入Ansys WorkBench中。 1.2网格划分： 采用自由网格划分 1、分析时采用的单位制： Metric (mm, kg, N, s, mV, mA) 2、轮毂的材料 铝合金：Aluminum Alloy 密度：2.77e-006 kg mm^-3 杨氏模量：710000MP 泊松比：0.33 1.3添加约束： 在五个螺栓孔添加固定约束：
1.4求解结果 阶数频率（HZ）最大位移(mm) 1 2470.4 89.844 2 3044.1 127.1 3 3047.6 127.27 4 3294.1 210.18 5 3295.5 209.73 6 4509.5 94.061 7 6040.5 247.04 8 6041.9 245.43
2、传动齿轮的静应力分析 该模型为传动系变速器与托深差速器动力传递的齿轮，该齿轮在传动系中起到关键作用，所以对其结构安全性分析是非常有必要的。 2.1模型建立 该齿轮首先在PRO/E中建模，导出IGES文件，再导入Ansys经典中，由于出现错误，只有面体，所以本人将模型的进行修改，通过删除面、线、点的方法，最终的到一个齿轮面。 2 2.2网格划分 在本例中，我采用由面网格扫略生成体同时生成体网格的方法。 采用的单元：1 PLANE42 面单元 2 SOLID45 体单元 材料参数：杨氏模量：2.7X10^5 MP 泊松比：0.33 首先对齿轮面进行网格划分，让后由面网格进拉伸成体网格 具体操作如下： modeling—operate—extrude—Elem Ext Opets—在element type number 中选择2 solid45， 同时在No. Elem divs 中设置要拉伸网格的数量。
有限元分析 计算机辅助工程（CAE)作为一门新兴的学科已经逐渐的走下神坛，成为了各大企业中设计新产品过程中不可缺少的一环。传统的CAE技术是指工程设计中的分析计算与分析仿真，具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真，验证未来工程/产品的可用性与可靠性。 如今，随着企业信息化技术的不断发展，CAE软件与 CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP一起，已经成为支持工程行业和制造企业信息化的主导技术，在提高工程/产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期方面都发挥了重要作用。 而CAE技术出现则是要归功于有限元分析的诞生，在有限元法诞生的早期，几乎所有的CAE软件都是使用有限元法来进行计算求解。因此，可以说有限元法的发展也间接反映了CAE软件在这半个世纪的发展历史。 1 有限元法的诞生 每一项新技术的推出都是由于时代的迫切需要，而新技术的出现后也需要经历历史的重重考验。在上个世纪40年代，由于航空事业的快速发展，对飞机内部结构设计提出了越来越高的要求，即重量轻、强度高、刚度好，人们不得不进行精确的设计和计算。正是在这一背景下，有限元分析的方法逐渐的发展起来。 早期的一些成功的实验求解方法与专题论文，完全或部分的内容对有限元技术的产生做出的贡献，首先在应用数学界第一篇有限元论文是1943年Courant R发表的《Variational methods for the solution of problems of equilibrium and vibration》一文，文中描述了他使用三角形区域的多项式函数来求解扭转问题的近似解，由于当时计算机尚未出现，这篇论文并没有引起应有的注意。 1956年，M.J.Turner (波音公司工程师)，R.W.Clough (土木工程教授)， H.C.Martin (航空工程教授)及L.J.Topp (波音公司工程师) 等四位共同在航空科技期刊上发表一篇采用有限元技术计算飞机机翼的强?的论文，名为《Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures》，文中把这种解法称为刚性法(Stiffness)，一般认为这是工程学界上有限元法的开端。 1960年，Ray W. Clough教授在美国土木工程学会(ASCE)之计算机会议上，发表另一篇名为《The Finite Element in Plane Stress Analysis》的论文，将应用范围扩展到飞机以外之土木工程上，同时有限元法(Finite Element Method)的名称也第一次被正式提出。 由此之后，有限元法的理论迅速地发展起来，并广泛地应用于各种力学问题和非线性问题，成为分析大型、复杂工程结构的强有力手段。并且随着计算机的迅速
第四章求解导热问题的有限单元法 第节概述 第节泛函变分原理 第节有限单元法 第节概述 粗略地讲：有限元法是获得微分方程近似解的一种方法，是一种适合计算机来求解的数值计算方法。（元素特性方程和总体合成方程的建立可以采用直接法，变分法，加权余数法和能量平衡法等四种方法之一，所以粗略地说有限元法是获得微分方程近似解的一种方法也有道理） 比较严格的定义：有限单元法是求解泛函变分问题的一种近似方法。 那么这两种说法有什么联系，或者说是共同之处呢？ 变分和微分是对未知函数的不同描述，同一连续介质问题往往都可以找到微分和变分的等价表达方式。变分和微分几乎是同时发展起来的两个数学分支，其目的是相同的，都是求解未知函数，但是方法上有很大差别。 在已知边界条件的情况下，求微分方程的精确解析虽然已有完整的理论，但是真正能解出的只有极少数的几种简单情况，因为在很多情况下，微分方程并不存在初等函数解析解。（对于各种各样的映射，初等函数的表达能力实在太有限了，初等函数包括：冥函数、指数函数、对数、三角函数，以及它们的四则运算等。）由于寻求微分方程的初等函数解析解有困难，所以我们在前一章讲述了微分方程的近似解法，即差分法。 泛函变分原理虽然也可以用解析法（即积分）求得未知函数，但是因为有很多被积函数根本无法找到初等原函数，也就不能积分，尤其是对于二维和三维问题，解析法更加困难。所以我们也要寻求泛函变分的近似解法。泛函变分的近似解法包括里兹法和有限元法（里兹法是有限元法的前身），这两种方法的原理完全相同，即：构造一个近似的初等函数，用近似的初等函数去逼近未知函数。因为任何未知函数都可以找到它的近似初等函数（如：包含待定系数的多项式或三角函数），所以从根本上克服了解析法（无法找到初等原函数）的局限性—牺牲极小的理论计算精度，却换回了对大量复杂二维和三维工程问题的适用性。 微分方程的近似解法：差分法 泛函变分的近似解法：里兹法，有限元法 第节泛函变分原理 一、泛函的概念（借助讲解） 二、变分的概念 借助普通函数微分的概念，用类比法讲解 三、泛函的极值条件 借助普通函数的极值条件，用类比法讲解 四、里兹法（补充内容，但是很重要）
国标标准法兰尺寸对照表
国标标准法兰尺寸对照表，法兰尺寸表PN1.6MPa的尺寸 口径DN 外 圆 孔 距 凸 出 面 直 径 凸 出 面 高 度 法 兰 厚 度 螺 孔 直 径 螺 栓 50 160 125 100 3 16 18 4-M 16 65 180 145 120 3 18 18 4-M 16 80 195 160 135 3 20 18 8-M 16 100 215 180 155 3 20 18 8-M 16 125 245 210 185 3 22 18 8-M 16 150 280 240 210 3 24 23 8-M 20
900 112 105 998 5 54 41 28- M36 1000 125 5 117 111 5 5 6 48 28- M42 PN2.5MPa的尺寸 口径DN A B C E H D 螺 栓
50 160 125 100 3 20 18 4-M 16 65 180 145 120 3 22 18 8-M 16 80 195 160 135 3 22 18 8-M 16 100 230 190 160 3 24 23 8-M 20 125 270 220 188 3 28 25 8-M 22 150 300 250 218 3 30 25 8-M 22 200 360 310 278 3 34 25 12-M22 250 425 370 332 3 36 30 12-M27 300 485 430 390 4 40 30 12-M27 350 550 490 448 4 44 34 16-M30
常用法兰规格尺寸表(国标、美标、日标) GB9119，2—88 GB9119，2—88 in 公称通径 10kg=1.0MPa 公称通径 16kg=1.6MPa 法兰外径 螺栓孔距 螺栓直径 螺栓孔数 法兰厚度 法兰外径 螺栓孔距 螺栓直径 螺栓 孔数 法兰厚度 3/8 DN10 50 60 14 4 14 DN10 90 60 14 4 14 ㎡㎏ 1/2 DN15 59 65 14 4 14 DN15 95 65 14 4 14 3/4 DN20 105 75 14 4 16 DN20 105 75 14 4 16 1 DN25 115 85 14 4 16 DN2 5 115 85 14 4 1 6 11 /4 DN32 140 100 18 4 18 DN32 140 100 18 4 18 11 /2 DN40 150 110 18 4 18 DN40 150 110 18 4 18 2 DN50 165 125 18 4 20 DN50 165 125 18 4 20 21/2 DN65 185 145 18 4 20 DN65 185 145 18 4 20 3 DN80 200 160 18 8 20 DN80 200 160 18 8 20 31/2 DN100 220 180 18 8 22 DN100 220 180 18 8 22 4 DN125 250 210 18 8 22 DN125 250 210 18 8 22 5 DN150 285 240 22 8 24 DN150 285 240 22 8 24 6 DN200 340 295 22 8 24 DN200 340 295 22 8 26 8 DN250 395 350 22 12 26 DN250 405 355 26 12 29 10 DN300 445 400 22 12 28 DN300 460 410 26 12 32 12 DN350 505 460 22 16 30 DN350 520 470 26 16 35 14 DN400 565 515 26 16 32 DN400 580 525 30 16 38 16 DN450 615 565 26 20 35 DN450 640 585 30 20 42 18 DN500 670 620 26 20 38 DN500 715 650 33 20 46 20 DN600 780 725 26 20 42 DN600 840 770 36 20 52 24 JIS 标准 JIS 标准 JIS 标准 in 公称通径 10kg=1.0MPa 公称通 径 16kg=1.6MPa 公称通径 20kg=2.0MPa 法兰外径 螺栓孔距 螺栓直径 螺栓孔数 法兰厚度 法兰外径 螺栓孔距 螺栓直径 螺栓 孔数 法兰厚度 法兰外径 螺栓孔距 螺栓直径 螺 栓孔 数 法兰厚度 3/8 DN10 DN10 DN10 1/2 DN15 DN15 DN15 3/4 DN20 DN20 DN20 1 DN25 DN25 DN25 11 /4 DN32 DN32 DN32 11/2 DN40 140 105 19 4 16 DN40 140 105 19 4 16 DN40 140 105 19 4 18 2 DN50 155 120 19 4 16 DN50 155 120 19 8 16 DN50 155 120 19 8 18 21 /2 DN65 175 140 19 4 18 DN65 175 140 19 8 18 DN65 175 140 19 8 20 3 DN80 185 150 19 8 18 DN80 200 , 160 22 8 20 DN80 200 160 23 8 22 31/2 DN90 195 160 19 8 18 DN90 210 170 22 8 20 DN90 210 170 23 8 24