案例4 零件强度的有限元分析

.关键零部件的有限元分析一、齿轮弯曲强度理论采用各种系数修正目前的齿轮弯曲强度计算公式是以路易斯所提出的计算公式为基础，以接近临界载荷的计算法作为主要的方法。

并考虑齿轮精度的影响，材料强度和齿轮的载荷，以这个抛物线梁的弯曲应力作路易斯的计算法是把轮齿当作与其内切的抛物线梁来考虑的，是抛物线的顶A为齿根应力。

如图1所示，垂直于齿面的载荷作用线和齿形中心线的交点当弯曲载荷作点，连接齿形的内切抛物线和齿根过渡曲线的切点的断面BC即是危险断面。

可以把抛用在抛物线梁的顶端时，该梁断面上无论哪个位置的最大应力都是相等的，因此，物线在齿形的内切位置作为危险断面，而在这个危险断面的位置上考虑弯曲应力。

图1 路易斯法二、内齿圈的有限元法（一）有限元的基本概念）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问Finite Element AnalysisFEA有限元分析（，对每一单元假定一它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，题后再求解。

，从(个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件如结构的平衡条件）因而成为行而得到问题的解。

用有限元法不仅能提高计算精度，而且能适应各种复杂形状，之有效的工程分析手段。

有限元求解问题的基本步骤通常为：...第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个求解域离散化：第二步：求解域的离散化是有限元法的核心技术之习惯上称为有限元网络划分。

单元组成的离散域，一。

一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态第三步：确定状态变量及控制方法：为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。

变量边界条件的微分方程式表示，对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括第四步：单元推导：从而选择合理的单元坐标系，建立单元函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。

有限元分析法在零件实体设计中的应用有限元分析法是一种计算机辅助的系统工程设计方法，已被广泛应用于设计和开发各种零部件和结构。

在零件实体设计中，有限元分析法可以帮助工程师快速、准确地评估设计方案的可行性和优劣。

有限元分析法基于解非线性方程组的原理，将实际结构分解成大量小的三角形或四边形等基本单元，然后将每个单元内的物理场用数学表达式描述出来，最后通过计算机求解得到整体结构的物理场分布。

这样，我们可以在设计阶段预测零件实体所承受的应力、变形等物理量变化，进而指导零件实体的改善和优化。

在零件实体设计中，有限元分析法的应用涉及到了多个方面：首先是结构的强度分析。

零件实体最基本的功能就是承受载荷，因此强度分析是设计过程中必须进行的步骤。

有限元分析法可以帮助工程师预测零件实体在不同载荷下的应力及应力变化规律，以及材料的最大应力等指标，为设计提供充分的参考。

其次是结构的稳定性分析。

有时候，零件实体的几何形状会导致其发生屈曲或失稳，这会对结构的可靠性产生不良影响。

有限元分析法可以帮助工程师进行失稳分析，找到零件实体发生失稳的条件和特征，进而指导结构改进。

此外，有限元分析法还可以用于结构的疲劳分析。

零件实体在使用中经常会受到很多交变载荷的作用，这会对其疲劳寿命产生影响。

有限元分析法可以帮助工程师预测零件实体在不同载荷下的疲劳寿命，并评估结构的可靠性。

总之，有限元分析法是一种非常有用的数值分析方法，可以帮助工程师有效地预测零件实体在不同载荷和应力条件下的响应，进而指导设计方案的改进和优化。

随着计算机技术的不断进步，有限元分析法的应用将会越来越广泛，对提高零件实体的设计质量和生产效率将起到越来越重要的作用。

数据是现代社会中不可或缺的一项资源，对于各种领域和行业而言，数据的收集、整理、分析都至关重要。

下面将以某公司为例，列出其相关数据并进行分析。

数据1：销售额（单位：万美元）2016年：20,0002017年：25,0002018年：28,0002019年：30,0002020年：35,000分析：该公司的销售额呈现出稳步增长的趋势，从2016年的20,000万美元增加到2020年的35,000万美元，增长了75%左右。

Cti有限元分析步骤及分析实例Cti有限元分析步骤及分析实例--虎钳螺杆结构分析Cti有限元分析步骤：1，准备分析的零件模型2，施加载荷与约束3，求解4，观察结果5，分析结果6，更改设计与重新求解7，重新分析结果分析实例--虎钳螺杆结构分析1，准备分析的零件打开装配文件Drill_Press.C TProduct左键击操作Mnipultion图标在对话框中点选Y平移选With respect to constrints沿Y轴拖拽slidingjw零件显示装配结构已适当的约束OK关闭对话框在模型树展开screw零件右键选Steel选Properties选nlysis查看材质的结构属性OK关闭属性窗口在主菜单选Edit选Links…选Pointed documents简化零件模型右键在模型树选CircPttern.1选CircPttern.1 object选Dectivte对CircPttern.2重复以上步骤在主菜单选Strt选nlysis & Simultion选Genertive Structurl nlysis在New nlysis Cse窗口选Sttic nlysisOK2，施加载荷与约束选Clmp图标如图选螺杆末端螺纹表面OK选Force图标如图选螺杆端面在X框键入950lbf 在Y框键入-50lbf OK3，求解选Elfini Storge Loction图标用Modify定义结果存储路径选Compute图标选Preview几秒后出现估算时间的窗口点选Yes求解计算4，观察结果点选visulistion图标的黑箭头选pplies customized view prmeters图标在窗口选取MterilsOK点选V on Mises图标在模型树右键选Nodes和Elements nd Properties选Properties选Hide/Show隐XX在有限单元上移动鼠标观察各节点的结果数值如图双击颜色板键入20替代10 OK修改结果显示效果5，分析结果点选Cut Plne图标在主菜单视图选右视图如图如图选弧线旋转切削面不选Show Cutting Plne在横切面移动鼠标观察各节点的结果数值CLOSE点选Serch Imge Extrem图标如图设置OK显示最大和最小值点选Deformtion Scle Fctor图标增大变形比例数点选nimte图标察看变形动画演示，适当调整速度CLOSE 点选Deformtion图标察看变形XX格图6，更改设计与重新求解从分析结果发现最大应力大于材料屈服强度，需修改设计在模型树双击screw进入设计模式双击sketch.3修改尺寸如图退出[UPLOD=gif]在模型树双击Finite Element Model点选Compute图标计算点选V on Mises图标察看结果点选Serch Imge Extrem图标OK显示最大和最小值。

注意:本文件内容只是一个简短的分析报告样板，其内相关的分析条件、设置和结果不一定是正确的，您还是要按本书正文所教的自行来做。

一、范例名： (Gas Valve气压阀)1 设计要求：（1）输入转速1500rpm。

（2）额定输出压力5Mpa，最大压力10Mpa。

2 分析零件该气压泵装置中，推杆活塞、凸轮轴和箱体三个零件是主要的受力零件，因此对这三个零件进行结构分析。

3 分析目的（1）验证零件在给定的载荷下静强度是否满足要求。

（2）分析凸轮轴零件和推杆活塞零件的模态，在工作过程中避开共振频率。

（3）计算凸轮轴零件的工作寿命。

4 分析结果1.。

推杆活塞零件材料：普通碳钢。

在模型上直接测量得活塞推杆的受力面积S为：162mm2，由F=PS计算得该零件端面的力F为：1620N。

所得结果包括：1 静力计算：（1）应力。

如图1-1所示，由应力云图可知，最大应力为21Mpa，静强度设计符合要求。

（2）位移。

如图1-2所示，零件变形导致的最大静位移为2.2e-6m。

（3）应变。

如图1-3所示，应变云图与应力云图的对应的，二者之间存在一转换关系。

图1-1 应力云图图1-2 位移云图图1-3 应变云图图1-4 模态分析2 模态分析：图1-4的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在工作载荷下，其前三阶的模态的频率远远大于输入转速的频率，因此在启动及工作过程中，该零件不会发生共振情况。

模态验证符合设计要求。

2。

凸轮轴零件材料：45钢，屈服强度355MPa。

根据活塞推杆的受力情况，换算至该零件上的扭矩约为10.5N·m。

1 静力分析：如图1-5所示为“凸轮轴”零件的应力云图，零件上的最大应力为212Mpa，平均应力约为120MPa，零件的安全系数约为1.7，符合设计要求。

图1-5 应力云图图1-6 模态分析2 模态分析图1-6的“列举模式”对话框中列出了“推杆活塞”零件在工作载荷下的模态参数，“模式1”的结果为其自由度内的模态，不作为校核参考。

关键零部件的有限元分析一、齿轮弯曲强度理论目前的齿轮弯曲强度计算公式是以路易斯所提出的计算公式为基础，采用各种系数修正材料强度和齿轮的载荷，并考虑齿轮精度的影响，以接近临界载荷的计算法作为主要的方法。

路易斯的计算法是把轮齿当作与其内切的抛物线梁来考虑的，以这个抛物线梁的弯曲应力作为齿根应力。

如图1所示，垂直于齿面的载荷作用线和齿形中心线的交点A是抛物线的顶点，连接齿形的内切抛物线和齿根过渡曲线的切点的断面BC即是危险断面。

当弯曲载荷作用在抛物线梁的顶端时，该梁断面上无论哪个位置的最大应力都是相等的，因此，可以把抛物线在齿形的内切位置作为危险断面，而在这个危险断面的位置上考虑弯曲应力。

图1 路易斯法二、内齿圈的有限元法（一）有限元的基本概念有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

用有限元法不仅能提高计算精度，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元求解问题的基本步骤通常为：第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。

求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。

第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。

第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。

有限元分析法范文有限元分析法（Finite Element Analysis，FEA）是一种工程分析方法，用于解决复杂结构受力、变形等问题。

它将连续体分割为有限数量的小单元，通过数学模型和计算机技术，求解每个小单元上的力学性质，进而得到整个结构的力学行为。

有限元分析法在工程领域得到广泛应用，包括航空、航天、汽车、建筑、电子等各个领域。

有限元分析法最早出现于上世纪50年代，其核心思想是将复杂结构划分为有限个简单的几何单元，如三角形、四边形、六面体等。

每个单元上的位移、应力、应变等力学性质可以通过数学方程描述。

结构中的任何物理量，如位移、应力、应变、温度等，都可以用有限元的方式离散化，最终转化为一个非线性的矩阵方程组。

解得这个方程组，可以得到结构的力学行为。

1.建立几何模型：根据实际问题，使用计算机辅助设计软件建立结构的几何模型。

模型必须准确地描述结构的形状和尺寸。

2.场问题导入：根据结构特征和受力情况，选择合适的力学方程和边界条件，将场问题转化为一个数学问题。

3.离散化：将结构分割为有限个小单元，每个小单元通过一组节点连接。

根据每个小单元上的力学特性，建立相应的数学模型。

4.建立整体刚度矩阵：将每个小单元的刚度矩阵组合成整个结构的刚度矩阵。

这个矩阵描述了结构不同部分之间的约束关系。

5.施加边界条件：对于有固定边界的结构，需要施加相应的边界条件。

这些边界条件包括位移、力、固约束等。

6.求解方程组：通过数值计算方法解线性方程组，得到结构的位移、应力等力学性质。

7.后处理：根据求解结果，绘制位移云图、应力云图、应变云图等，分析结构的强度、刚度、稳定性等。

有限元分析法的优势在于对复杂结构的分析能力，使得工程师可以在设计阶段快速了解结构的强度、刚度、稳定性等。

它可以对结构进行多次迭代和优化，加快设计周期，减少试验次数，节约成本。

此外，有限元分析法还可以考虑非线性和动态载荷情况，对结构的疲劳寿命、震动响应等进行预测和分析。

关键零部件的有限元分析一、齿轮弯曲强度理论目前的齿轮弯曲强度计算公式是以路易斯所提出的计算公式为基础，采用各种系数修正材料强度和齿轮的载荷，并考虑齿轮精度的影响，以接近临界载荷的计算法作为主要的方法。

路易斯的计算法是把轮齿当作与其内切的抛物线梁来考虑的，以这个抛物线梁的弯曲应力作为齿根应力。

如图1所示，垂直于齿面的载荷作用线和齿形中心线的交点A是抛物线的顶点，连接齿形的内切抛物线和齿根过渡曲线的切点的断面BC即是危险断面。

当弯曲载荷作用在抛物线梁的顶端时，该梁断面上无论哪个位置的最大应力都是相等的，因此，可以把抛物线在齿形的内切位置作为危险断面，而在这个危险断面的位置上考虑弯曲应力。

图1路易斯法二、内齿圈的有限元法（一）有限元的基本概念有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

用有限元法不仅能提高计算精度，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元求解问题的基本步骤通常为：第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。

求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。

第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。

第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。

有限元分析法在工程机械零部件设计中的应用摘要：工程机械是现代化建设的重要工具，其性能和质量直接关系到施工效率和工程质量。

而工程机械的零部件设计则是整个机械设计中的重要环节之一。

传统的零部件设计方法主要依赖于试验和经验，存在着试验成本高、周期长、效率低等问题。

为了解决这些问题，有限元分析法作为一种计算机辅助工程分析方法，逐渐得到了广泛应用。

有限元分析法可以通过将实际结构离散化为有限个单元，然后对每个单元进行数学模型的建立和求解，最终得到整个结构的应力、变形、疲劳寿命等信息。

相比于传统的试验方法，有限元分析法具有计算精度高、成本低、效率高等优点。

因此，在工程机械零部件设计中，有限元分析法得到了广泛的应用。

本文主要探讨了有限元分析法在工程机械零部件设计中的应用。

关键词：有限元分析法；工程机械；零部件设计；应用引言工程机械是现代建设工程和生产制造的重要设备，其性能和质量对于工程的安全和效率具有至关重要的影响。

而在工程机械的设计中，零部件的设计是至关重要的一环。

有限元分析法作为一种重要的数值计算方法，在工程机械零部件设计中得到了广泛的应用。

本文将着重介绍有限元分析法在工程机械零部件设计中的应用，对于提高产品质量、降低成本、缩短开发周期具有重要意义。

1、简要介绍有限元分析法的基本原理和优势有限元分析法是一种重要的数值计算方法，其基本原理是将连续体划分为有限个小单元，通过单元之间的相互作用来模拟整个系统的行为。

有限元分析法具有许多优势，下面将详细介绍有限元分析法的基本原理和优势。

1.1基本原理有限元分析法的基本原理是将连续体划分为有限个小单元，然后通过单元之间的相互作用来模拟整个系统的行为。

在有限元分析法中，将整个系统分为三个部分：结构、载荷和边界条件。

其中，结构是由有限个小单元组成的，载荷是作用于结构上的力或者压力，边界条件是指结构的约束条件。

1.2.优势（1）高精度：有限元分析法可以更加准确地预测结构的应力和变形情况，因为它采用了数学模型来描述结构的物理特性，这比传统的试验方法更加精确。

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：20131461I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: Sphere2、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→ OK4、生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →InActive 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 SphericalANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In ActiveCoord→依次连接 1,2,3,4 点生成 4 条线→OKPreprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines→依次拾取四条线→OKANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian5、网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →拾取两条直边:OK→input NDIV: 10 →Apply→拾取两条曲边:OK →input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window) Mesh: Areas，Shape: Quad，Mapped →Mesh →Pick All(in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)6、模型施加约束给水平直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement→On Lines →拾取水平边：Lab2: UY → OK给竖直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →DisplacementSymmetry B.C.→On Lines→拾取竖直边→OK 给内弧施加径向的分布载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure →On Lines →拾取小圆弧；OK →input VALUE:1e8→OK7、分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →close8、结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window)Contour Plot→Nodal Solu…→select: DOF solution, 分别选X-Component of displacement + Deformed Shape with undeformed model;Y-Component of displacement + Deformed Shape with undeformed model;Displacement vector sum + Deformed Shape with undeformed model.Contour Plot→Nodal Solu…Stress 下分别选X-Component of stress + Deformed Shape with undeformed model;Y-Component of stress + Deformed Shape with undeformedmodel;Z-Component of stress + Deformed Shape withundeformed model;Von mises stress + Deformed Shapewith undeformed model.查看各后处理结果的数据并回答最后面的问答题。