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《毕业设计（论文）-基于ANSYS在数控机床上的热特性有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、目录1绪论12有限元原理12.1有限元法的基本思想12.2有限元法的发展概况22.3有限元法分类32.4有限元法分析过程43ANSYS概述43.1ANSYS的发展53.2ANSYS的内容53.3ANSYS的特征74ANSYS的有限元法举例104.1实体建模114.1.1简单的三维建模114.1.2直齿圆柱齿轮的实体建模114.2直齿圆柱齿轮ANSYS有限元分析与典型算法的比较144.3加工中心机床整机热特性分析的必要性174.3.1XH6650型卧式加工中心机床的有限元建模174.3.2机床的有限元模型的建立184.4机床的热特性研究194.4.1机床
2、的热源与发热量的计算194.4.2机床的稳态温度场分析204.4.3机床的热变形分析205结论22致谢23参考文献24241绪论有限元法是工程领域中应用最广泛的一种数值计算方法,它不但可以解决工程中的结构分析问题,而且已成功地解决了传热学、流体力学、电磁学和声学等领域的问题。经过四十多年的发展,有限元方法的理论已经相当完善,将有限元理论、计算机图形学和优化技术相结合,开发出了一批使用有效的通用与专用有限元软件,它们以功能强、用户使用方便、技术结果可靠和效率高而逐渐形成了新的技术产品,使用这些软件已经成功地解决了机械、水工、土建、桥梁、机电、冶金、锻造、
3、造船、宇航、核能、地震、物探、气象、水文、物理、力学、电磁学以及国际工程领域众多的大型科学和工程计算难题。有限元软件已经成为推动科技进步和社会发展的生产力,并且取得了巨大的经济和社会效益。ANSYS软件是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，可广泛用于航空航天、土木工程、机械制造、车辆工程、生物医学、核工业、电子、造船、能源、地矿、水利、轻工等一般工业及科学研究。该软件可在大多数计算机及操作系统中运行.国际对机床热变形的理论研究始于20世纪60年代，开始阶段是利用热工
4、学理论知识研究机床热变形问题，初步建立了温度场与热变形之间的定性关系。直到70年代初，由于计算机等分析工具和远红外热像仪、激光全息照相等测试技术在热变形研究中的有效应用，使机床热变形研究进入了定量分析的新阶段，开始利用有限差分法和有限元法计算复杂的机床基础件的瞬态、稳态温度场和热变形。现在，由于计算机辅助工程(CAE)的迅速发展，开发了适于计算各种复杂模型的通用有限元分析软件，利用有限元法求解分析热变形成为主流方法。2有限元原理2.1有限元法的基本思想有限元法是在连续体上直接进行近似计算的一种数值方法。这种方法首先是将连续的求解区域离散为一组有限个单元
5、(E1ernent)的组合体,而且认为单元之间只通过有限个点连接起来,这些连接点称为节点(Node)。单元与节点是有限元法中最基本的两个术语。有限元法利用在每一个单元内假定的近似函数分片地表示全求解域上待求的未知场函数(如位移场、应力场)。单元内的近似函数通常由未知场函数(或包括其导数)在单元内各个节点的数值通过函数插值来表示。这样，未知场函数(或包括其导数)在单元内各个节点的数值就成为新的未知量(即自由度),24从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。一经求解出这些未知量,就可以通过函数插值计算出各个单元内场函数的近似值,从而得到整个
6、求解域上场函数的近似值。显然,随着单元数量的增加,也即单元尺寸的减小,解的近似程度将不断改进。那么,单元越多,网格越密,解答就越接近于精确解吗?不一定。所以对假定的未知场函数进行收敛性分析,是有限元法必须研究的一个问题。由于单元本身可以有不同的形状,所以对几何形状复杂的问题都可方便地离散化,因此,有限元法可以处理各种复杂因素,如复杂的几何形状、任意的边界条件、不均匀的材料特性、结构中包含不同类型构件等等,它们都能用有限元法灵活地求解。有限元法在工程中得到了广泛的应用。2.2有限元法的发展概况有限元法基本思想的提出,可以追溯到Courant在1943年的
7、工作,他第一次尝试应用定义在三角形区域的分片连续函数和最小势能原理求解圣维南(St.Venant)扭转问题。但由于当时没有计算机这一工具,没能用来分析工程实际问题,因而未得到重视和发展。现代有限元法第一个成功的尝试,是将刚架位移法推广应用于弹性力学平面问题,这是TImer、Clough等人在分析飞机结构时于1956年得到的成果。他们第一次给出了用三角形单元求平面应力问题的正确解答,他们的研究打开了利用计算机求解复杂问题的新局面。1960年Clough将这种方法命名为有限元法。1963至1964年,Besseling、Melosh和Jbnes等人证明了有
8、限元法是基于变分原理的里兹(Riu)法的另一种形式,从而使里兹法分析的所有理论基础都适用于有限
