基于nx和ansys的机械产品有限元分析

《基于nx和ansys的机械产品有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据·现代设计与先进制造技术·张焱焱基于NX和ANSYS的机械产品有限元分析55基于NX和ANSYS的机械产品有限元分析张焱焱(南京工程高等职业学校电子工程系，江苏南京211135)摘要：对有限元分析的关键技术网格划分的理论方法进行了总结，采用UGNX7进行机械产品的三维建模、网格划分和载荷施加，通过图形数据转换接口将数模导入ANSYS中，利用ANSYS对机械产品进行仿真分析。最后以水平定向钻关键部件为例展示了建模及分析过程。关键词：NX；ANSYS；机械产品；有限元分析中图分类号：THll4

2、文献标识码：A文章编号：1672—1616(2011)23—0055一03工程设备综合性能的提高和开发周期的缩短直接依赖于设备结构设计、分析水平的提高。工程结构一般由多部件组成，具有材料多样、结构复杂的特点，涉及到复合载荷作用下的材料非线性、几何非线性以及部件之间界面的接触非线性，其结构分析的规模大，采用串行方法时计算时间长。有限元网格生成是工程科学与计算科学相交叉的一个重要研究领域，一方面，有限元法已成为一种能有效地求解各类工程科学计算问题的通用数值分析方法；另一方面，计算机硬件运算能力的不断提

3、高也允许企业对工程和科学计算的规模、复杂度、效率、精度等方面提出更高的要求⋯1。国内工程机械制造企业产品研发过程信息化程度不高，Q狮设计与CAE工程分析之间存在着数据交换障碍。本文在总结分析网格划分方法的基础上选择UGNX7．0作为建模工具，ANSYS作为工程分析工具对工程机械的关键部件进行静态动力学分析。最终以水平定向钻关键部件为例进行了实例研究。1有限元网格划分方法1．1方法概述有限元方法的过程由前处理、有限元计算和后处理3部分组成，3部分的处理时间分别为40％～45％，5％，50％--55％

4、，网格划分是有限元分析前处理的主要工作，也是整个有限元分析的关键工作。网格划分的质量将直接影响仿真结果。除去耗时之外，网格划分很大程度上依赖工程人员的经验和技巧。因此，对有限元网格划分进行不断地试验、比较并积累经验是十分必要的。有限元网格生成方法研究已趋于成熟，在诸多方面都取得了长足的进展，形成了独特的方法论体系。近年来，有限元网格生成方法研究有2个显著特点：研究理论的发展状况参差不齐，研究主题不断深入HJ。有限元网格生成方法可以分为拓扑分解法、节点连元法、网络模板法、映射法和几何分解法5种，目前

5、主要是上述方法及现代技术的综合应用圳2。文献[3]采用不断进行整体性的网格加密用收敛性分析的方法获得合理的网格划分，这种方法需要多次计算，计算量大；文献[4]则主观强调应该在应力集中点对网格加密，缺乏理论依据；还有学者提出自适应网格划分蚓5和基于特征的网格划分【6-7]，但由于受到后验误差估计的有效性以及影响有限元分析精度的因素分类依据的影响，各自存在着一定的局限性。1．2基于ANSYS的有限元网格划分ANSYS是目前被广泛应用的集结构、热力、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，其应用

6、范围涵盖了工业、铁路、石油化工、航空航天、机械制造等诸多领域。ANSYS具有多物理场耦合功能，允许在同一模型上进行各种物理场的耦合计算，这就确保了ANSYS对多领域多工程问题的求解。ANSYS提供了自由网格划分、对应网格划分、两者混合划分3种方式。对应网格划分后的单元全部为四边形，基本不会出现形状异常单元，在单元数目相同的情况下，对于同样面积的有限元分析，四边形的精度要高于收稿日期：201l一08—21作者简介：张焱焱(1978一)，女，江苏镇江人，南京工程高等职业学校讲师，硕士，主要研究方向为C

7、AD、有限元分析。万方数据562011年12月中国制造业信息化第40卷第23期三角形，其缺点在于实体模型的建立较为复杂。f1巾网格划分的实体模型建立则相对简单，约束条件较少，系统可根据模型的形状自动选择不同的单元类型及密度进行组合搭配。其缺点在于得到的电元数目增多，解析时间较长，并且形状异常单元时有出现，如内角过大、过小及形状过于细长等。奇异单元的出现将影响仿真的准确性。自由网格划分与时应网格划分两者的优劣并无统一标准，主要根据模型形状、首例情况、边界条件及后处理的要求选择决定。在选取ANSYS网

8、格划分方法时可遵循以F准则伸：对于结构简单的模型可直接采用对应网格划分，对于结构复杂的模型则应根据问题的需要选择合适的网格划分方法；要对应力大小及分布进行定量分析，须采用对应网格划分，同时应保证划分得到的节点均匀分布在指定路径上；自由网格划分得到的单元分布没有规律性，只适用于交互模式。2基于NX和ANSYS的有限元分析2．1NX的有限元处理与导出NX除了具有强大的三维实体建模与装配仿真功能之外，还具有较强的运动分析、干涉检查、仿真运动及载荷分析功能。其中的U6一Structures