作业。结构分析的计算机方法。
学院：机械自动化学院。
学号： 08101058
姓名： 使用软件： hypermesh
结构分析的计算机方法作业。
其中长度单位为mm，力p的单位为n，扭矩 t的单位为n·m
一、建模过程。
本模型采用pro/e进行三维建模，具体过程如下：
1、绘制阶梯轴。
1） 打开pro/e，文件—新建，弹出图（1）所示的新建对话框，在类型里面选择零件，子类型里面选择实体，名称里面输入shaft，不使用缺省模块，点击确定。在弹出的对话框内做图（2）所示的设置，确保实体单位为mm。
图（1图（2）
2） 在右侧工具栏内选择旋转工具，则在屏幕左下角出现图示工具条，点击，则出现图（3）所示对话框，点击定义，在弹出的对话框内，做图（4）所示的设置，即选择front作为草绘平面，其他为默认选项，点击草绘，进入草绘界面。
图（3图（4）
2）在草绘界面内，按照参数表中所给的数据做出图（5）所示的图形：
图（5）记得指定旋转轴线，然后点击右侧按钮，结果如图（6）所示：
图（6）点击右侧，即完成阶梯轴的绘制，如图（7）所示：
图（7）2、绘制键槽。
以左侧键槽为例：
1）点击右侧基准平面按钮，弹出图示对话框（图8），选择front作为基准平面，设置偏移量为45mm，如图（9）所示，点击确定即可。
图（8图（9）
2）点击右侧拉伸工具，则在屏幕左下角出现图示工具条，点击放置—定义，则弹出图（10）所示对话框，选择dim1为草绘平面，默认其它选项，点击草绘，进入草绘界面图（11）。
图（10图（11）
3）在草绘界面绘制图（12）所示尺寸：
图（12）然后点击右侧按钮，通过调整图中箭头的方向和拉伸工具条的按钮来实现题目中的要求，结果如图（13）所示：
图（13）4) 重复上述步骤，完成右侧键槽。
3、建模结果如图（14）所示；
图（14）二、分析模型。
该模型为一带键槽的阶梯轴，由于键槽的原因（特别是第二个键槽），分段划分网格后节点很难融合，所以采取自由网格的划分方法。
1、 将模型导入hypermesh
打开hypermesh，点击，在下拉菜单里，选中import—geom，作图(15)所示设置：
图（15）点击即可。
2、 设置collectors
1） 设置材料属性：
点击，进入模板，点击，进入图（16）所示面板：
图（16）在面板左边选择create子面板，点击collector type开关并从中选择materials，点击name=输入steel，点击color按钮编辑颜色，点击card image，在其弹出的对话框内选择各相同性材料模型mat1，并对图示参数进行设置，设置完成后，点击create就完成material的创建。
2） 设置3d grid：
点击collector type开关并从中选择components，点击name=输入3d grid，点击color按钮编辑颜色，点击card image，在其弹出的对话框内选择psolid，在material=选择steel，点击create就完成3d grid的创建。
3） 创建载荷集（spcs和forces）
点击collector type开关并从中选择load collectors，点击name=输入spcs，点击color按钮编辑颜色，选择no card image，点击create就完成spcs的创建。
点击name=输入forces，点击color按钮编辑颜色，选择no card image，点击create就完成forces的创建。
3、划分网格。
进入3d-tetramesh面板，选中volume tetra，在enclosed volume中选择surfs，选中mesh existing mesh，选择2d—mixed，3d—mixed，element size=输入12，点击mesh，结果如图（17）所示：
图（17）进入tool—count面板，选中model，在下面选择elements，点击elements，在弹出的面板内选择all，则节点和单元的统计数据如图（18）所示：
图（18）4、 分析约束和载荷。
边界条件：在直径为d3的圆柱面中间节点施加简支约束，在直径为d4的圆柱面键槽上施加限制轴绕轴线回转约束。
工作载荷：在直径为d1的圆柱外端面施加扭矩t，在直径为d3的上或下圆柱面施加力p，要求将力p转化为压力。
分析的目的和内容：静力分析：求载荷下的应力和变形，进行强度校核和刚度分析。
1） 将直径为d1的圆柱外端面的扭矩t转化为d1面上的力偶：
由公式得圆柱外端面的力偶为：，计算出d1端面最外侧的节点个数n，则每个节点处的力为：
2） 将直径为d3的上或下圆柱面所受的力p转化为上、下圆柱面中间节点所受的压力。
5、 创建约束并加载。
1） 建立直径为d3的圆柱面中间节点处的简支约束：
进入analysis—constraints面板，选中create，在右边选择nodes，选中dof 1、dof 2、dof 3（限制x轴、y轴、z轴的平移），dof 5、dof 6（限制y轴、z轴的旋转），如图（19）所示：
图（19）结果如图（20）所示：
图（20）2）建立直径为d4的圆柱面键槽上的限制轴绕轴线回转的约束，结果如图（21）所示：
图（21）3）在直径为d1的圆柱面外端加载：
进入analysis—system面板，如图（22）所示：
图（22）在d1外端面上建立局部坐标，即分别选择d1面上的中点、d3（末端）面上的中点、以及d1面上的任一点，结果如图（23）所示：
图（23）进入analysis—forces面板，选中create，在右侧选择nodes，选中local system，选择y—axis，具体设置如图（24）所示：
图（24）依次选择d1外端面的节点，并在magnitude=输入，其中：t=3308000，为加在d1端面上的扭矩；
d1=75；
表示节点的对数；
结果如图（25）所示：
图（25）4） 在直径为d3的上、下圆柱面中间节点加载，进入analysis—forces面板，选中create，在右侧选择nodes，选中global system，选择。
z—axis，具体设置如图（26）所示：
图（26）选择d3上平面中间节点，并在magnitude=输入，其中：p=44500，表示加在d3上表面的力；，表示选中的节点数目；
结果如图（27）所示：
图（27）5） 删除实体。
6） 创建optistruct的载荷工况。
进入analysis—subcase面板，点击name=输入lateral force，确定输出选项为export，点击type，选择linear static，选中spcs和load前面的复选框，并从右边出现的entry field中选择spcs和forces，点击create。
6、 求解。
运行optistruct
进入analysis—optistruct面板，在input file：后面点击s**e as…。弹出s**e file…窗口，输入文件名点击s**e。
设置memory options：为memory default，点击run options：为analysis，设置export options：
为all，点击optistruct。
7、 结果。
命令窗口信息进程显示成功完成时，点击hyperview，并进行相应设置查看结果。
1） 查看应力云图。
点击工具按钮contour，在result type下选择element stresses[2d&3d]和vo****es，在**eraging method下选择none，点击apply，结果如图（28）所示：
图（28）结论：由图可以看出最大应力出现在直径为d1的轴段外端，具体数值为：
2） 查看位移云图。
在result type下选择displacement（v）和mag，点击apply，结果如图（29）所示：
图（29）结论：由图可以看出最大位移出现在直径为d1的轴段外端，具体数值为：
x轴方向的位移云图为：
图（30）具体数值为：
y轴方向的位移云图为：
图（31）具体数值为：
z轴方向的位移云图为：
图（32）具体数值为：
三、结论。当安全系数时，一般情况下45#钢经正火、回火后的许用应力为80~108mpa（静态选较大值，动载选较小值），此模型由于受静载荷作用，故许用应力取=108mpa，由于计算的，故原阶梯轴的强度不满足要求，所以需要对模型进行改进，建议：1）加大轴的直径；2）适当减小键槽的尺寸；3）对该轴进行调质处理。
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