基于ANSYS的壳体优化

第２９卷第４期　

２０１１年８月　石河子大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ｛Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｖｏ１．２９　ＮＯ．４　

Ａｕｇ．２０１１　

文章编号：１００７—７３８３ｌ　２０１１）０４—０５０９—０５　

基于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ与ＡＮＳＹＳ的机器鱼壳体有限元分析　

牛健文，王卫兵，晁贯良　

（石河子大学机械电气工程学院，石河子８３２００３）　

摘要：本文对机器鱼壳体进行三维建模，并用有限元结构性能分析的方法模拟并获取了机器鱼壳体在不同水深的　

应力分布数据，得到了壳体在不同水深下的变形结果，从而计算出壳体满足强度要求的最大水深，为进一步探讨机　

器鱼的结构强度和优化设计提供了支撑。　

关键词：机器鱼；ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；ＡＮＳＹＳ；应力分析　

中图分类号：ＴＰ２４２　文献标识码：Ａ　

Ｆｉｎｉｔｅ－ｅｌｅｍｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｒｏｂｏｔｉｃ　Ｆｉｓｈ　Ｓｈｅｌｌ　Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　ａｎｄ　ＡＮＳＹＳ　

ＮＩＵ　Ｊｉａｎｗｅｎ，ＷＡＮＧ　Ｗｅｉｂｉｎｇ，ＣＨＡ（）Ｇｕａｎｌｉａｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｉｈｅｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　８３２００３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃ１ｅ　ｃａｒｒｉｅｓ　ｏｕｔ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ｆｉｓｈ　ｓｈｅｌｌ，ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　

Ｄｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｒｉａｌｙｓｉｓ，ｉｍｉｔａｔｅ　ａｎｄ　ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｒｏｂｏｔ　ｆｉｓｈ　ｓｈｅｌｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ，ａｎｄ　ｇｅｔｓ　ｔｈｅ　ｓｈｅｌｌ　

液压与气动2011年第2期

基于ANSYS的内啮合齿轮泵壳体

有限元分析及优化

李宏伟,杨 成

Thefiniteelementanalysisandoptmiizationofshellfor

internalgearpumpbasedonANSYS

LIHong-we,iYANGCheng

(济南大学机械工程学院,山东济南 250022)

摘 要:该文利用ANSYS有限元软件对内啮合齿轮泵壳体进行了强度和刚度分析,首先找出了壳体的

应力主要集中区和变形量较大的位置,为壳体的设计提供了参考;其次,对壳体进行了优化,在保证壳体的强

度达到设计要求的情况下,增强了泵壳的刚度,改善了泵的整体性能,减少了材料的使用,降低了泵的重量,达到节约材料资源的目的。

关键词:内啮合齿轮泵;壳体;有限元;ANSYS

中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2011)02-0032-04

内啮合齿轮泵是将机械能转化成液压能的一种能

量转换装置,为液压系统提供有压力的油液,是液压传动系统中常用的动力元件。内啮合齿轮泵有很多优

点:它的尺寸小、结构比较紧凑、重量轻。内啮合齿轮

泵齿轮同向旋转,因此齿面的相对滑动速度较小,磨损

比较轻微,使用的寿命长,噪声和压力脉动也都比较小。由于流量脉动小,内啮合齿轮泵在电液比例控制

系统和室内机械,特别是舰船等要求噪音很低的场合

有着广泛的应用。内啮合齿轮泵的转速可以达到较高的值,使得内啮合齿轮泵的容积效率比较高。由于以

上这些优点,内啮合齿轮泵在今后的机械工业中会有

更大的需求和广阔的发展应用前景。

由于国内近几年才开始发展和研究耐高压的内啮合齿轮泵,缺乏对内啮合齿轮泵设计参数、工作性能等

方面的基础分析研究,使得目前国内的内啮合齿轮泵

在输出压力、容积效率等参数和性能的稳定性方面与

国外的产品还有较大的差距,且我国企业生产的内啮合齿轮泵产量少、品种少、规格不齐全[1]。壳体是内

啮合齿轮泵的重要部分,壳体的强度和刚度对于齿轮

第２１卷第５期　２００８年１Ｏ月　机械研究与应用　

ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＬＩＣＡ１．ＩＯＮ　Ｖｏｌ　２ｌ　Ｎｏ　５　

２ｏ０８—１０　

基于ＡＮＳＹＳ的射流泵壳体有限元分析　

汪超，秦利萍　

（武汉工程职业技术学院，湖北武汉４３００８０）　

摘要：从射流泵的工作原理出发，将射流泵的壳体从三维Ｐｍ／Ｅ实体导入ＡＮＳＹＳ分析软件中，进行网格划分、约束　

及加载，观察壳体的变形图，对壳体的应力云图和应变云图分析，证实了壳体材料３５ＣｒＭｏ满足实际工况要　

求，为进一步进行优化设计做好铺垫。　

关键词：射流泵；壳体；有限元；应力；应变　中图分类号：ＴＨ３１８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７－４４１４｛２００８）０５—００８３—０２　

Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｓｈｅｕ　ｏｆ　ｊｅｔ　ｐｕｍｐ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＮＳＹＳ　

Ｗａｎｇ　Ｃｈａｏ，Ｑｉｎ　Ｌｉ—ｐｉｎｇ　

（Ｗｕｈａｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｗｕｈａｎ　Ｈｕｂｅｉ　４３００８０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｊｅｔ　ｐｕｍｐ，ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｅｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｓｈｅｌｌ　ｉｓ　ｓｗｉｔｃｈｅｄ　ｔｏ　ＡＮＳＹＳ　ｓｏｆｔ－　

ｗＲｒｅ。ａｎｄ　ｂｅ　ｃａｒｖｅｄ　ｕｐ，ｈｏｌｄ　ｉｎ　ａｎｄ　ｌｏａｄ－ｔｏｏｋ　ｓｔｏｃｋ　ｏｆ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｏｆ　ｓｈｅｌｌ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｙｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ｙｏｎ　ｏｆ　

ｓｈｅｌｌ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｐｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｆ　ｓｈｅｌｌ　３５ＣｒＭｏ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｃｏｕｌｄ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｉｔ　ｗｏｕｌｄ　ｍａｋｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　

作者：王华侨 葛光远 黄天曙

摘要：本文利用ANSYS WorkBench 协同优化设计分析CAE环境，对航天常用大型薄壁整体铝合金舱段壳体结构的不同结构设计状态下的静强度、屈曲稳定性和振动模态进行了比较系统的分析。并结合实例进行了说明，该整体舱段壳体结构系统分析结果为舱段壳体系列产品的结构设计与制造工艺可提供较好的参考借鉴作用。

关键词：ANSYS、协同设计、有限元分析、屈曲稳定性、振动模态、薄壁壳体

1 前言

ANSYS 公司是世界上最著名的CAE 公司之一，经过三十年多的发展，已经形成融结构、热、流体、电磁、声学为一体的大型通用有限元分析软件，是航空航天领域新一代最具代表性的仿真分析工具，传统结构有限元模拟分析的基本流程如下图1 所示。这种应用有限元分析程序进行结构的应力分析的标准过程都是根据设计条件，用解析计算方法或根据经验值确定初始结构尺寸，按照该结构尺寸，用有限元程序建模、求解，再对得出的应力、刚度分析结果进行强度评定。如果评定不合格则根据设计者的经验对初始尺寸进行修改，然后再次建模、求解，进行强度评定，如此反复，直至结果评定合格为止。用这种方式存在设计周期长、需要进行工程试验来弥补求解的离散性等方面的不足。

图1 结构有限元模拟分析基本流程

日益激烈的市场竞争已使工业产品的设计与生产厂家越来越清楚地意识到：能比别人更快地推出优秀的新产品，就能占领更多的市场。为此，CAE 方法作为能缩短产品开发周期的得力工具，被越来越频繁地引入了产品的设计与生产的各个环节，以提高产品的竞争力。应用基于协同结构设计优化法进行结构强度、刚度分析设计与以往的标准方法相比，具有设计周期短，设计人员工作工作量小，结构各部分结构尺寸通过优化方法确定，有利于避免材料的浪费等优点。一个典型的CAE 优化过程通常需要经过以下的步骤来完成：

（1）参数化建模：利用CAE 软件的参数化建模功能把将要参与优化的数据（设计变量）定义为模型参数，为以后软件修正模型提供可能。