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1、设计题目: 单车的设计与ansys有限元分析单车的设计与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。在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks)Proe?文件?属性?修改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与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，前部为转向局部，后部为驱动局部，由于受力较大，所有要对后半局部进行加固。二、单车有限元模型1、材料
2、的选择单车的车身选用铝合金6061-T6T6标志表示经过热处理、时效。其属性如下：弹性模量：泊松比：0.33 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，提高电脑的运算效率，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。简化后的车架如下列图所示。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
3、阶单元是solid95Solid64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与地质材料如岩石等。Solid92具有二次位移特性，非常适合模拟不规那么模型，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。 Solid95Solid45、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
4、结构模型。单元有8个节点定义，其高阶单元是solid95Solid186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。适用于产生不规那么网格模型，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)建模使用proe，导出为IGES,再将IGES格式的车架导入ansys中fileimportIGES找到格式为IGES的车架文件，文件导入后如下列图。2选择单元体Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAdd(弹出对话框选择下列图所示的单元体)3
5、定义车架材料的属性Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models按照下列图给车架定义材料属性定义材料的弹性模量：、泊松比：0.33 定义材料的质量密度：4画分网格Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool弹出的对话框中设置网格的边界长度设为10点Meshpick all自动生成网格如下列图所示三、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 MenuPreferences弹出的对话框中勾选Structural点OK3定义分析类型Main MenuSolutionAnalysis TypeNe
6、w Analysis勾选Static点OK4定义求解控制菜单选择Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令翻开对话框勾选Calculate prestress effects项OK5施加约束选择Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas选择下边的横杆点OK弹出的对话框中选择All DOFOK完成约束6施加载荷假设驾驶人的重量为60kg，那么作用在单车上的力的大小就为600N。设定平安系数为3，那么施加在单车上面的力大小为1800N。选择Main MenuSolu
7、tionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas选择上边的横梁点OK弹出的对话框中在VALUE Load PRES value 处设置参数为1800OK完成7翻开输出设置菜并设置参数选择Main MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrlsSolu Printout弹出的对话框中勾选Every substepOK完成8计算选择Main MenuSolutionSolveCurrent LS弹出的对话框如下，点OK继续接着会弹出提示的对话框，点Yes，然后系统开始运算。当提示出现Solution is done对话框表
8、示运算完成，点Close。9查看等效应力、应变结果a、查看应变结果Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu弹出对话框中如下列图选择Nodal Solution在Undisplaced shape key中选择Deformed shape with undeformed model(方便区分变形前后的比照)分别查看X、Y、Z和总的应变图X方向的变形图Y方向的变形图Z方向的变形图总的变形图b、等效应力的结果Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Sol
9、u弹出对话框中如下列图选择Nodal SolutionStressvon Mises stress在Undisplaced shape key中选择Deformed shape only结论 通过以上分析，可得出以下结论： 1在ANSYS中，通过建立模型，施加边界条件，来分析结构的受力情况，对于有应力集中的地方，可通过结构改良来调整。2自行车结构的设计应注意两点：一是减少应力集中的区域二是尽量采用三角形这一稳定的结构来保证结构的简单稳定参考文献1、李黎明 ansys有限元分析实用教程 清华大学2、白葳、喻海良 通用有限元分析 清华大学3、邓宗全，胡明自行车的运动学建模中国机械工程14卷22期，2003，114 / 44 / 4
