新手求助，一个零件有限元分析怎么判断结构是否合理？【ansys吧】_百度贴吧
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新手求助，一个零件有限元分析怎么判断结构是否合理？收藏
这个零件我用的是Q345材料，只要我这个零件的最大应力小于屈服应力345Mpa，这个零件手里就是安全的吗？还是有一个约束的范围（静力分析）
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可以认为是安全的。一般是有许用应力的。
还要看塑性应变
永久变形等
可以和我们交流
最大应力最好不超过300,要有安全系数，视问题重要性确定
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有限元分析是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统。在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来得平衡方程式被使用到每个点上，由此产生了一个方程组。这个方程组可以用线性代数的方法来求解。有限元分析的精确度无法无限提高。元的数目到达一定高度后解的精确度不再提高，只有计算时间不断提高。
有限元分析可被用来分析比较复杂的、用一般地说代数方法无法足够精确地分析的系统，它可以提供使用其它方法无法提供的结果。在实践中一般使用电脑来解决在分析时出现的巨量的数和方程组。
在分析一个物体或系统中的压力和变形时有限元分析是一种常用的手段，此外它还被用来分析许多其它问题如热传导、流体力学和电力学。
有限元分析通常借助计算机软件完成，著名工程软件有 MSC Nastran，ANSYS，2D-sigma等。
其他答案（共1个回答）
如ANSYS进行分析,分析的内容有很多了,功能强大,现在很多先进的制造和设计企业都用这样的软件来进行设结设计还能优化设计,进行静力分析(求局部应力及变形,最大最小值\应力分布等)还能进行模态分析,等它能在很多领域用到.
现在写文章如果要是用到ANSYS软件来进行零部件的有限元分析,那文章都特别容易发表.
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常用的专利信息分析方法有定量分析方法和定性分析方法两类。　　定量分析方法主要是指对有关专利信息进行统计并由此得出结论的方法。统计对象是以专利件数为单位，统计可按...
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第七章平板弯曲问题的有限元分析分析.ppt 97页
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关于平板壳元平板壳元是平面应力单元和平板弯曲单元的组合。平板弯曲单元稍加扩充就可以应用于壳体分析。然而用折板代替壳体，网格需要合理的密度才能得到满足实际要求的计算精度。采用曲面壳元能够更好地反映壳体的真实几何形状，通常可以得到比平板壳元更好的结果。曲面壳元*曲面壳元基于薄壳理论的曲面壳元需要构造具有C1连续性同时满足完备性要求的插值函数是非常困难的。基于Mindlin壳理论，构造位移和转动独立插值的曲面壳元，只要求满足C0连续性，自然要容易的多，而且这类壳单元经过适当的处理也可以进行薄壳分析（注意剪切锁死）。下面介绍一类从三维实体单元退化而来的超参数壳元（最简单的4节点单元）。*退化的Mindlin超参壳元1243在三维实体中引入壳体理论假设，将壳体上下表面上一对节点的6个自由度退化为壳体中面上一个节点的5个自由度。*节点坐标：节点中面法线单位向量：坐标插值函数的构造*如果平板单元受有分布横向载荷q的作用，于是等效结点力是这里以使用d式所示的形函数较为方便。3．三角形单元的等效结点力和内力矩的计算*当qq0是常量时，将d式代入上式，并积分得*对于内力矩阵，按下式计算式中7-43*把上式代入7-43式并进行一系列运算之后，可以得到内力矩列阵式中对于任意形状平板，它的边界条件可能是指定为沿着曲线边界切线方向的弯矩Ms或转角和沿着法线方向的扭矩Mn或转角，这里所用的记号与一般平板理论书中的记号恰好相反。这里取边界的外法线方向n为正方向，而使用右手坐标系定出切线s的正方向。于是，有下列关系式存在*式中c、s是外法线n方向对于x和y轴的方向余弦。利用上式可以对刚度矩阵作某种变动，使之达到结点位移和结点力的变换，从而直接利用曲线边界上的边界条件。这种变动可以在单元刚度矩阵中进行，也可以在整体刚度矩阵中进行。*上述矩形单元和三角形薄板单元都是非协调元，且都会产生在单元公共边上的法线转角（或法向斜率）不连续问题。为了实现薄板单元的协调性（协调板元或保续板元），完善板元的计算理论和提高计算精度，人们做了大量研究，提出了很多方法。其中一种方法是增加单元结点自由度数目，例如在矩形板元的每个结点上增加一个扭率，使单元变成16个自由度的协调板单元；在三角形板单元中每个结点上增加、、做为结点自由度，且在每边中点取其法线斜率做为结点自由度、而构造出21个自由度的协调三角形板单元。*7.3考虑横向剪切变形影响的平板弯曲单元另一种方法，是将三角形（或四边形）板单元划分为3个子三角形，把每个三角形各边中点的法线斜率做为自由度，每个子三角形都有12个自由度，使各子三角形板元之间协调，然后再根据原三角形板元内部的连续性和限制条件，利用“凝聚法”消去内自由度，从而构造出协调的三角形板元（12个外自由度，3个内自由度）或协调的四边形板元。*第一种方法的明显缺点：①在实际应用时涉及到高阶导数的自由度的边界条件，难以处理；②它不是一种普遍适用的方法，在某些板问题中，曲率或扭率在结点上不一定连续，在有限元计算中强令其连续，当然会使所得结果不可能收敛到精确解。第二种方法在SAP-5程序中得到应用。但该法的计算公式比较复杂，消去每个单元的内自由度的凝聚过程所耗计算时间比较长。在板弯曲问题的有限元法中，构造协调元的困难是单元公共边上的法向转角的连续性难以满足，如果考虑板横向剪切变形的影响，放弃经典薄板理论中的中面法线n-n始终保持为直线的假设，就可以绕开这个困难，而使板问题的有限元分析前进一步。*一般来说，板变形前的中面法线n-n，在变形后将变成一条曲线，但可以近似地用一条直线n2-n2表示，n2-n2线已不是经典薄板理论中变形后的中面法线n’-n’。此时，n2-n2线绕x轴和y轴的转角仍用和表示，但。经典薄板理论中的其它两个假设，仍然有效。*根据上述假定，板内任意点的3个位移分量具有如下形式把上式代入几何方程式，可以得到平板应变列阵是7-457-44*通过应力应变关系，可以得到应力列阵如下式中弹性矩阵是而它的子矩阵a7-467-47*由7-46式看到，平板的变形完全是由中面挠度w及其法线绕x轴和y轴两个转角和所决定。在每个结点上取它们作为自由度，构造一个八结点平板单元，它与第三章的八结点等参元密切相关。对于八结点平板单元，要确定它的形状除了单元中面的形状外，还需要知道单元厚度h。中面的形状可以通过坐标变换式3-2由八个结点坐标来确定，而单元的厚度可以利用形函数表达式3-1通过八个结点处的厚度近似地用插入法确定出。显然，自然坐标系是位于板中面内的一种曲线坐标。*中面上任意点的挠度w以及法线转角和，同样可以利用3-1式所表示的形函数由结点值进行插值得到，即代入7-44式，于是得到位移模式如下容易看出单元是协调的。这里没有必要引进第三个自然坐标，因为引进它并没有带来任何方便，显然2z/
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第17卷　第1期机械研究与应用Vol17　No1
　　　　　　　　　　　
2004年3月MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2004203
低地板城市电动客车车架结构有限元分析及其轻量化设计
孟庆功,徐宝云,黄　华
(北京理工大学,北京　)
摘　要:利用ANSYS软件对低地板城市电动客车车架结构进行有限元分析,计算该客车在弯曲、转弯、刹车、扭转四种工况下的应力,
根据计算结果提出降低车重的方案。利用ANSYS对改进的车型进行计算后,结果表明该方案可行。
关键词:车身;有限元;轻量化;
中图分类号:TH164　　　文献标识码:A　　　文章编号:04)01-0051-02
1　车身骨架模型的建立[1]
目前,在用有限元进行车架结构计算时,采用的最多的方法是梁单元计算方法。其优点是划分的单元数目和节点数目少,计算速度快,而且模型的前处理工作量不大。
由于整个车身骨架的绝大多数梁是由矩形钢管焊接而成,另外,还有一些槽钢等,所以应用ANSYS软件建模时,取各构件之间的连接点、集中载荷的作用点作为有限元模型的关键点。
采用梁单元计算时,做了一些简化:①略去非承载物件;②对2个靠得很近但并不重合的交叉连接点简化为1个节点处理;③对于2个靠得很近的梁,2根梁,中间加1横梁。④对于结构上的台肩、凹槽、以忽略。
根据ANSYSG2&
30,,图2　后桥等效图
是2节点(NODE)梁单元,每个节点有6,包括3个线位移自由度X,Y,Z和3个X,Y,Z方向的旋转自由度。车架材料的杨氏模量为
2.1×105MPa,泊松比0.3,密度为7.85×103kg/m3。为准确模
根据GB/T《客车车身骨架应力、变形测量方
法》,弯曲工况计算主要是对客车满载状态下,四轮着地时的结构强度和刚度进行校核,主要模拟客车在良好路面下匀速直线行驶时的应力分布和变形情况。
本计算中,将电池、变速箱、逆变器、空压机等
均作为集中载荷,根据其质心位置以及与车身骨架之间的连接部位分摊到相应的关键点上;乘客和座椅质量按均布力分布到地板上,车身本身自重按所给密度由程序自动加上。
约束处理度约束。
拟各种计算工况的边界条件,对前、后车架的空气弹簧和轮胎采用combin14弹簧单元,前、后桥以及车轮的等效图如图1所示。图1中1、2是采用1个弹簧单元Combin14来代替轮胎,其刚度取为1.3×106N/m,3、4为空气弹簧,也是采用1个弹簧单元来表示,刚度为2×105N/m。图2中5、6、7、8表示4个空气弹簧,刚度均为2×105N/m。9、10代替后轮轮胎,刚度为2.6×106N/m。对前、后桥则采用大刚度梁单元,承载时变形很小,不致影响弹簧单元计算。在建模时,将整个车身骨架分为前围、后围、左、右侧围、地板、顶盖等几大部分,每一部分单独建模,然后将其组合在一起,进行各个结合部分的粘合,再完成整体的网格划分,最后得出车身骨架的有限元模型。其中包含
18879个节点,9651个单元。
将前、后轮胎与地面接触点6个方向自由度
全部约束,同时将前、后空气悬架的x方向和y方向平动自由
紧急制动工况
紧急制动工况主要考虑当客车以最大制动加速度制动时,地面制动力对车身的影响。
载荷处理除了集中载荷同弯曲工况外,在X方向上还要附加-0.7g的惯性力。约束处理同弯曲工况。
2　载荷和约束处理[2,3]
根据《汽车产品定型可靠性行驶试验规程》规定:样车必须以一定车速,在各种道路上行驶一定里程。主要是在高速道路、一般道路、弯道上行驶时,其弯曲、扭转、紧急制动和急转弯等四种典型工况下,进行计算分析。最后确定车架结构强度和刚度是否满足要求,以进一步进行优化设计
Ξ收稿日期:
急转弯工况
急转弯工况主要考虑当客车以最大转向速度转弯时,惯
性力对车身的影响。载荷处理除了集中载荷同弯曲工况外,在Y方向上还要附加0.4g的离心力。约束处理放松一侧Y方向的位移约束。
作者简介:孟庆功,男,在校硕士研究生,研究方向:车辆工程,悬挂理论。
Vol17　No1机械研究与应用第17卷　第1期
　　　　　　　　　　　
2004203MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2004年3月
扭转工况计算主要考虑1个车轮悬空而另1车轮抬高时
其它部位的应力都很小,我们可以考虑减小其它部位的材料尺寸,适当加大后悬部位的尺寸。
施加在车桥的扭矩作用。实践证明车身遭受最剧烈的扭转工况,一般都是在客车低速通过崎岖不平路面时发生的,此种扭转工况下的动载在时间上变化得很缓慢,可近似地看作是静态的。根据GB/T《客车车身骨架应力、变形测量方法》,扭转工况按左、右前轮下沉240mm或480mm,考虑到该电动客车主要是城市用车,路面状况较好,本计算采用下沉
240mm进行计算。
图5　扭转工况地板后桥处应力分布
载荷处理约束处理
同弯曲工况。
在下沉的前轮z方向上加一负240mm的位
4　改进方案及结果分析
根据应力分布情况和原车所用截面,考虑到尽量使用本车现有截面尺寸材料改进方案如下:
(1)将50×30×1.75、50×40×1.75、40×30×1.75、50
移,约束其它几个轮子的6个自由度。
结果及分析[4]
按照所给工况和载荷、约束条件,分别建立模型进行计
×50×2.5的矩形钢管都改成30×30×1.75的矩形钢管;
(2)将50×60×1.75、50×80×2、50×60×4的矩形钢管
算,得出车身骨架最大米泽斯应力,结果见表1所示,应力分布图见图3、图4。
工况位置左侧围右侧围地板前围后围顶盖
都改成50×30×1.75的矩形钢管;
(3)将50×120×2.5、50×120×2、50×100×4.5、50×
各种工况应力值
109.126..784/MPa　
170.232.×4.5的矩形钢管都改成40×80×2.5的矩形钢管;
(4)将60×120×4.5、60×5、60×160×4、60×160×2.5、160×60×160×3的矩
124.108.、图7。
表2　改进型各种工况应力值
位置左侧围右侧围地板前围后围顶盖
279.274.102.
156.7.116.
210.175.95.
由计算结果可知:原型车身骨架质量为2.09t,改进方案车身骨架质量为1.63t,减轻了0.46t,重量减轻了22%;而最大应力值只由原来的232MPa,增加到279.714MPa,只增加了20%,且安全系数n=1.96,满足安全要求。
图4原型扭转工况整车应力分布
由表1以及图3、4、5可知:这几种工况下,车身骨架各部分应力值都不太大,尤其是在弯曲工况时,最大应力仅为
125MPa。最大处发生在扭转工况时地板的后桥前部。由于
该车采用的是16Mn材
料。通常情况下:(σb=470～620
MPa,取中间值550MPa。可得最小安全系数为n=(σb/σ=550/232.494=2.36
由于计算时用的是极限工况,而其它部位的应力都很小,所以安全系数能满足要求。
从应力分布图上可以看出最大应力只出现在后桥部位,
图7改进型扭转工况整车应力分布图
(下转第62页)
Vol17　No1机械研究与应用第17卷　第1期
　　　　　　　　　　　
2004203MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2004年3月
接设计成销子和长槽连接。避免了采用螺栓锁紧或采用销、锲或钩进行锁紧造成的安装、拆卸不方便和容易产生故障的缺陷;装填厢可以整体拆卸、回收利用,
⑤设计污水收集槽,防止垃圾压缩后产生的污水的泄漏,避免二次污染
可能充分满足用户要求,减轻驾驶员疲劳累强度,增加驾驶员的行车安全,提高作业效率,缩短作业时间。在考虑其基本使用功能的同时,应重点考虑下列因素:
①改进驾驶室:由于驾驶员进、出驾驶室频繁,因此,驾驶室应尽可能地前伸低置,驾驶室完全布置在前轮的前方时,能使其地板的离地高度大大降低,最好接近客车的一级踏步高度(400mm),此时,驾驶员不再是上下汽车,而是进出汽车。
②前轮转向:由于垃圾车在城市作业,车辆需要经常进入十分狭小的地段,转向不方便。全轮转向能大大提高汽车的机动性,减小转弯毕径,因此,应考虑车辆的全轮转向。
③增加整车承载能力:由于垃圾车是走街串巷收集、运输垃圾,因此,应使得其装载能力应尽可能大,增加前轴承载能
装填厢的锁紧机构
力是增加整车承载能力的有效手段,因此,在设计垃圾车底盘时,充分考虑其前轮承载能力是十分必要的。
④平顺性设计:车辆在走街串巷收集垃圾时经常转弯,其平顺性是设计垃圾车底盘的主要内容。采用主动式液气悬架,是提高平顺性的重要手段之一。当汽车转弯时,向外侧悬架充气,提高外侧悬架的刚度,并相应减小内侧悬架刚度,保持车身平稳,避免车身歪斜,
,、运输垃,,1.3　面向制造与装配设计
面向制造与装配设计是使产品容易制造与装配,在制造与装配时对环境少污染或无污染,所需要的能源与资源最少的一种设计方法。
将设计结果用图形信息的形式表达出来,利用先进的三维绘图应用软件,将产品静态的图纸表达方式转换为直观、动态的表达方式;为垃圾车设计的合理性和工程实际应用提供方便、直观的检验方法,以方便对设计方案进行修改、进行各种分析和指导生产、使用,平,①系列化、标准化;有利于产品的继承性;、传递、转换和理解。
②方便产品的改进设计,只要将已经存储的图样、数据作局部的修改,就可以设计出新一代产品。
③有利于实现设计与制造的有机统一。
④有利于实现无纸化生产,不再需要样车制作,对环境无污染,所需要的能源与资源最少,为实现CAD/CAM/CAPP/
CIMS提供了基础条件。1.4
2造,考虑到了垃圾车是一种城市车辆,体现了对人(包括使用者和周围的人群)的关心和尊重和对环境的保护,符合当代机械产品设计安全、舒适、可靠、满足用户需求的设计理念,使得垃圾车的设计水平得到了进一步提高,使产品容易实现系列化、标准化、模块化,有利于提高产品的“绿色度”。
[1]　黄邦彦1现代设计方法基础[M]1北京:中国人民大学出版社,
20011[2]　曹
垃圾车的底盘的设计应不断地改进结构和整车布置,尽
琦1人机工程[M]1四川:四川科学技术出版社,19911
(上接第52页)
通过计算说明了低地板电动客车车架结构满足刚度和强度的要求,有充裕的刚度储备。因而可以通过减小梁的截面尺寸降低车架质量。对改进方案的计算说明该方案是可行的,为进一步的轻量化设计提出了依据。
35(1):91-951
黄天泽.黄金陵.汽车车身结构与设计[M].北京:机械工业出版社,19921
龚培康.汽车拖拉机有限元法基础[M].北京:机械工业出版社,
[4]　孙菊芳.有限元分析与应用[M].北京:航空航天大学出版社,
冯国胜.客车车身结构的有限元分析[J].机械工程学报,1999,
三亿文库包含各类专业文献、专业论文、幼儿教育、小学教育、应用写作文书、生活休闲娱乐、外语学习资料、中学教育、文学作品欣赏、50低地板城市电动客车车架结构有限元分析及其轻量化设计等内容。　
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