ANSYS有限元分析实例

摘 要

本文旨在对吊钩进行仿真计算和分析，得出其应力和位移变化的分布云图，

从理论上对吊钩的危险截面进行了分析研究，为吊钩进一步的结构设计和优化提

供了必要的理论依据。

本文使用三维建模软件Creo创建吊钩的三维模型，以第三方格式x_t导入

到有限元分析软件ANSYS Workbench中进行前处理中的加载和约束，继而求解

得到后处理中的应力和位移云图。

本文通过分析有限元后处理的应力和位移云图，得到：最大等效应力位于吊

钩主弯曲面的内侧部位，大小为193.03MPa；吊钩整体的最大变形量位于吊钩圆

头尖端部位，大小为0.52225mm；吊钩在承载方向上的最大变形量为0.52008mm。

本文对比最大等效应力和所给材料30的屈服强度295MPa，分析得到吊钩

在给定工作载荷的情况下安全的结论，由此求得5t载荷下的安全系数应小于等

于1.528；通过静刚度分析，计算得到吊钩在承载方向上的静刚度为

9.6139×107N/m。

关键词： 危险截面； 有限元分析； 安全系数； 静刚度

I Abstract The purpose of this paper is the simulation and analysis of the stress distribution of the hook, change of force and displacement, theoretically the dangerous section of the hook is analyzed, provide necessary theoretical basis for the further optimization of the structure design and the hook. Using three-dimensional modeling software Creo to create the 3D model of a hook, with the third party x_t format into finite element analysis software Workbench

基于ANSYS的有限元分析在机械结构上的应用

引言：

机械结构的设计和分析是现代工程领域中非常重要的一环。为了确保机械结构的安全性、可靠性和性能优化，传统的试错方法已经远远不够高效。基于ANSYS的有限元分析技术则成为一种强大、可靠的工具，广泛应用于机械结构的设计、分析与优化。本文将介绍基于ANSYS的有限元分析在机械结构上的应用，并探讨其优点和局限性。

1. 有限元分析的原理和基本步骤

有限元分析是一种数值分析方法，将连续体划分为有限个单元，通过建立节点间的力学方程并求解，得出结构在不同载荷下的应力、位移等结果。基本步骤包括几何建模、网格划分、材料属性定义、边界条件设置和求解结果分析等。

2. 实例：静力学分析

以机械零件的静力学分析为例，利用ANSYS进行分析。首先，进行几何建模，包括绘制零件的实体模型和确定边界条件。接下来，通过网格划分将实体划分为单元，选择适当的单元类型和单元尺寸以保证计算精度。然后，为每个单元分配适当的材料属性，包括弹性模量、泊松比等。在设定边界条件时，要考虑结构的实际工作状况，如约束支撑和作用力的施加。最后，进行静力学分析并分析结果，得出结构的应力分布和变形情况。

3. 动力学分析与振动模态

有限元分析在机械结构的动力学分析中也有广泛应用。动力学分析主要研究结构在外部激励下的振动响应。通过ANSYS的有限元分析，可以预测结构的固有频率、模态形状和振动响应等。这对于设计抗震性能优良的建筑物、减振器的设计等方面有着重要意义。

4. 热力学分析与热应力

热力学分析是机械结构设计中的另一个重要领域。通过ANSYS的有限元分析，可以模拟结构在热荷载作用下的温度分布和热应力。这对于机械结构的材料选择、冷却系统设计等方面有着重要意义。

5. 优点与局限性

基于ANSYS的有限元分析技术具有以下优点：

- 高度准确性：有限元分析可以提供全面而准确的结果，能够实现对结构不同部分的局部分析。

ANSYS 有限元软件简介

1970年，美国著名力学专家，美国匹兹堡大学力学系教授John Swanon 博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是在美国宾夕法尼亚州的匹兹堡创建了ANSYS公司，它是目前CAE 行业最大的公司。三十多年来，ANSYS 软件取得了巨大成功，它不断融入了新的技术，不断满足用户的要求，从而不断使程序向前发展。ANSYS 软件融结构、流体、电场、磁场、声场于一体，广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航空航天、汽车交通、电子、土木工程、水利等领域，得到研究与设计人员的青睐[1]，并为全球工业界所广泛接受，拥有全球最大的用户群。而且，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享与交换，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。同时，ANSYS也是目前世界范围内增长最快的CAE软件，是迄今为止世界范围内唯一通过ISO9001质量认证的分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国国家核安全局（NQA）及近20种专业技术协会认证的标准分析软件。在我国，它是第一个通过中国压力容器标准化技术委员会认证、并在17个部委推广使用的分析软件[2]。

一个完整的ANSYS 应用分析，典型的分析过程分为四个主要步骤：

(1)前处理PEPP7(General Preprocessor)

创建或读入有限元模型，建立有限元模型所需输入的资料，如节点坐标、单元内节点排列次序等；定义材料属性；划分网格。

(2)求解SOLU(Solution Processor)

施加荷载,设定约束条件以及求解。

(3)一般后处理POST1(General Postprocessor) 或时间历程后处理POST26 (Time

Domain Postprocessor)

查看求解结果中的变形、应力、应变、反作用力等基本信息；获取求解结果分析信

息；绘制求解结果的各种分析曲线；获取动态分析结果用与时间相关的结果处理。POST1用于静态结构分析、屈曲分析及模态分析，将求解所得的结果，如变形、应力、内力等资料，通过图形接口以各种不同表示方式把变形图、应力图等显示出来。而POST26仅用于动态结构分析，用于与时间相关的时域处理。

轴承座轴承座 轴瓦轴瓦

轴 四个安装孔径

向约束向约束 (对称) 

轴承座底部约

束

(UY=0) 

沉孔上的推力

(1000 psi.) 向下作用力

(5000 psi.) 实验十 轴承座的有限元建模与分析

（一）实验目的（一）实验目的

1.熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法；软件的使用方法；

2.掌握如何利用ANSYS建立复杂实体模型；建立复杂实体模型；

3.掌握如何利用ANSYS分析复杂模型应力分析。分析复杂模型应力分析。 （二）实验设备和工具（二）实验设备和工具

装有装有ANSYS分析软件的计算机分析软件的计算机

（三）问题描述：（三）问题描述：

（四）实验步骤：（四）实验步骤： 首先进入前处理(/PREP7) 

1. 创建基座模型创建基座模型

生成长方体生成长方体

Main Menu：Preprocessor>Create>Block>By Dimensions 

输入x1=0,x2=3,y1=0,y2=1,z1=0,z2=3 平移并旋转工作平面平移并旋转工作平面

Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments 

X,Y,Z Offsets 输入2.25,1.25,.75 点击Apply 

XY，YZ，ZX Angles输入0，－90点击OK。

创建创建圆柱圆柱圆柱体体 Main Menu：Preprocessor>Create>Cylinder> Solid Cylinder 

Radius输入0.75/2, Depth输入－1.5,点击OK。

轴承系统 (分解图)

载荷

拷贝拷贝生成生成生成另另一个一个圆柱圆柱圆柱体体

Main Menu：Preprocessor>Copy>Volume拾取圆柱拾取圆柱体体,点击Apply, DZ输入1.5然后然后点击点击OK

从长方体长方体中减去两中减去两中减去两个个圆柱圆柱体体

Main Menu：Preprocessor>Operate>Subtract Volumes首先首先拾取被减拾取被减拾取被减的长方体，点击的长方体，点击Apply,然