文档介绍：广州大学机械设计制造及其自动化特色专业
机械设计报告
设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析
专业班级: 09机械1班
姓名: 冯进福
学号: 0915020064
指导老师: 江帆
完成日期: 2012-6-19
单车的设计及ansys模拟分析
一、单车实体设计与建模
1、总体设计
单车的总体设计三维图如下,采用pro-e进行实体建模,建模时主要分为三个部分即:前轮、车架、后轮,然后进行组装。此单车是基于现有的单车进行改善,使车身的结构更加简单,减轻其自身的重量,同时也减少了骑车者的负担,让骑车者骑车时感觉更舒服,而且单车停放时占地小,方便停放。
2、车架
车架是构成单车的基体,联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量,因此除了强度以外还应有足够的刚度,这是为了在各种行驶条件下,使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变,充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部,前部为转向部分,后部为驱动部分,由于受力较大,所有要对后半部分进行加固。
3、前后轮
前后轮(前轮和后轮)的作用是承受单车本身和骑车者的全部重量,另一个作用是车轮的旋转推动单车向前走及转向,因此必须具有足够的强度,以免在行驶中受到震动发生折断,同时要求车轮须圆正,可保持在旋转时平稳,此外车轮结构要有适当弹性,以增强避震性,提高骑行者的舒适性。
二、单车有限元模型
1、材料的选择
单车的车身选用铝合金(6061-T6)T6标志表示经过热处理、时效。
其属性如下:
弹性模量:
泊松比:
质量密度:
抗剪模量:
屈服强度:
2、单车模型的简化
为了方便单车的模拟分析,提高电脑的运输效率,可对单车进行初步的简化;单车受到的力的主要由车架承受,因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度,抗振的能力,故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。
3、单元体的选择
单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元(solid)。查资料可以知道3D实体常用结构实体单元有下表。
单元名称
说明
Solid45
三维结构实体单元,单元由8个节点定义,具有塑性、蠕变、应力刚化、大变形、大应变功能,其高阶单元是solid95
Solid64
用于模拟三维各向异性的实体结构。单元由8个节点定义,本单元具有大变形、大应变功能
Solid65
用于模拟三维有钢筋或无钢筋的混凝土模型,该单元能够计算拉裂和压碎而且该单元可应用与加筋复合材料(如玻璃纤维)及地质材料(如岩石)等。
Solid92
具有二次位移特性,非常适合模拟不规则模型,(例如由各种CAD/CAM系统产生的网格模型)。此单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形和大应变等功能。
Solid95
Solid45、solid185单元
Solid147
砖形单元,最多支持阶数为8的项式
Solid148
四面体单元,最多支持阶数为8的多项式
Solid185
用于建立三维实体结构模型。单元有8个节点定义,其高阶单元是solid95
Solid186
用于建立三维实体结构模型。单元有20节点定义的结构实体单元
Solid187
高阶三维10节点实体单元。适用于产生不规则网格模型,solid92是它的类似单元
根据上表各单元结构的特点初步选择单元solid45。
4、网格的划分
1)将IGES格式的车架导入ansys中
fileàimportàIGESà找到格式为IGES的车架文件,文件导入后如下图。
2)选择单元体
Main MenuàPreprocessoràElement TypeàAdd/Edit/DeleteàAdd(弹出对话框选择下图所示的单元体)
3)定义车架材料的属性
Main MenuàPreprocessoràMaterial PropsàMaterial Models(按照下图给车架定义材料属性)
定义材料的弹性模量:、泊松比:
定义材料的质量密度:
4)画分网格
Main MenuàPreprocessoràMeshing àMesh Toolà弹出的对话框中设置网格的边界长度设为10à点Meshàpick all(自动生成网格如下图所示)
三、单车静强度分析
1)导入已画分好的模型网格
2)进行菜单过滤
Main MenuàPreferencesà弹出的对话框中勾选Structuralà点OK
3)定义分析类型
Main MenuàSolutionàAnalysis TypeàNew Analysisà勾选Staticà点OK
4)定义求解控制菜单
选择Main MenuàSolutionàAnal