5.5　项目分析4——支承座静力学分析

本节主要介绍ANSYS Workbench的结构线性静力学分析模块，计算某支承座在受力情况下的应力分布。

学习目标：

熟练掌握ANSYS Workbench静力学分析的方法及过程。

5.5.1　问题描述

轴类件是机械结构中常使用的部件之一，与之配套的支承座也常出现在各类机构中，如图5-116所示。假设某支承座承受1000N的载荷，该支承座材料为铝合金。

5.5.2　添加材料和导入模型

Step1：在主界面中建立分析项目，为静态结构分析（Static Structural）项目。双击分析系统（Analysis Systems）中的Static Structural命令，生成静态结构分析项目A，如图5-117所示。

Step2：双击项目A下面的Static Structural，将分析项目名称更改为“支承座”，如图5-118所示。

Step3：双击A2栏的Engineering Data选项，进入如图5-119所示的材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。

Step4：在界面的空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择Engineering Data Sources（工程数据源）命令，此时的界面会变为如图5-120所示的界面。原界面中的Outline of Schematic A2: Engineering Data表消失，被Engineering Data Sources及Outline of General Materials表取代。

Step5：在Engineering Data Sources表中选择A4栏的General Materials选项，然后单击Outline of General Materials表中A4栏的Aluminum Alloy（铝合金）选项后的B4栏的（添加）按钮，此时在C4栏中会显示（使用中的）图标，如图5-121所示，表示材料添加成功。

Step6：同Step4，在界面的空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择Engineering Data Sources（工程数据源）命令，返回初始界面。

Step7：根据实际工程材料的特性，在Properties of Outline Row 4: Aluminum Alloy表中可以修改材料的特性，如图5-122所示。本实例采用的是默认值。

Step8：单击工具栏中的按钮，返回Workbench 2020主界面，完成材料库的添加。

Step9：右击A3栏的Geometry选项，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，在弹出的对话框中选择需要导入的模型zhichengzuo.x_t，如图5-123所示。

5.5.3　修改模型

观察该支承座模型，它的上下两部分是由两个简单的模型组成的。如果将该模型切开，则可以方便地使用Sweep（扫掠）方式划分较高质量的网格。

Step1：双击A3栏的Geometry选项，打开DesignModeler界面，在DesignModeler界面中单击按钮，生成支承座模型，如图5-124所示。

Step2：选择需要加载的面，如图5-125所示。在背景中右击，从弹出的快捷菜单中选择Look At命令，调整绘图视角，如图5-126所示。

Step3：选择Tools→Freeze命令，如图5-127所示。

Step4：切换到Sketching（草绘）模块，选择Draw→Line命令，如图5-128所示。

Step5：选择需要切割的两个点，绘制切割线，如图5-129所示。

Step6：单击常用命令栏中的Extrude按钮，如图5-130所示。

Step7：在Details View面板的Operation栏中选择Slice Material选项，设置操作方式，如图5-131所示。

Step8：在Extent Type栏中选择Fixed选项，设置拉伸距离，如图5-132所示。

Step9：单击按钮，完成切割操作，此时几何体已经被切割完成。读者可尝试使用（体选择命令）来选择不同的几何体。

Step10：单击界面右上角的按钮，关闭Design Modeler界面。

5.5.4　赋予材料和划分网格

Step1：双击项目A中A4栏的Model选项，打开Mechanical界面。

Step2：单击Outline中Geometry命令前的按钮，按住Ctrl键选择两个Solid命令，如图5-133所示。

Step3：单击Details of“Multiple Selection”面板中Assignment栏后的按钮，如图5-134所示，选择Aluminum Alloy选项。

Step4：选择Outline中的Mesh命令，此时会出现Mesh选项卡，选择Mesh选项卡的Controls→Method命令，如图5-135所示。

Step5：选择Details of“Automatic Method”-Method面板中的Geometry选项，选择两个几何体，并单击Apply按钮，如图5-136所示。

Step6：单击Details of“Automatic Method”-Method面板中Method栏后的下拉按钮，选择Automatic选项，如图5-137所示。

Step7：在Details of“Mesh”面板的Defaults→Element Size栏中输入1.e-002m，如图5-138所示。

Step8：右击Outline中的Mesh命令，从弹出的快捷菜单中选择Generate Mesh命令，进行网格划分，如图5-139所示。划分完成的网格效果如图5-140所示。有兴趣的读者可以尝试使用其他方法划分网格，划分完成的网格效果如图5-141所示。读者可以对比这两种网格的质量。

5.5.5　添加约束和载荷

Step1：选择Outline中的Static Structural（A5）命令，如图5-142所示，此时会出现如图5-143所示的Environment（环境）选项卡。

Step2：选择Environment（环境）选项卡中的Structural→Displacement命令，如图5-144所示。

Step3：选择支承座的底面作为约束面，如图5-145所示。在Details of“Displacement”面板中，单击Geometry栏的Apply按钮，如图5-146所示。

Step4：在X Component、Y Component、Z Component栏中均输入0m，如图5-147所示。

Step5：选择Environment（环境）选项卡中的Structural→Loads→Bearing Load（轴承载荷）命令，如图5-148所示。

Step6：选择圆柱面作为轴承荷载面，如图5-149所示。在Details of“Bearing Load”面板的Define By栏中选择Components选项，如图5-150所示。在Geometry栏中确定图5-149所示的圆柱面被选中，并在Z Component中输入-2000N，如图5-151所示。

5.5.6　求解

右击Outline中的Solution（A6）命令，在弹出的快捷菜单中选择Solve命令，如图5-152所示。在求解时，会出现进度条。当进度条消失且Solution（A6）命令前出现图标时，说明求解已经完成，如图5-153所示。

5.5.7　结果后处理

Step1：右击Outline中的Solution（A6）命令，在弹出的快捷菜单中选择Insert→Deformation→Total命令，添加变形分析结果，如图5-154所示。

Step2：右击Outline中的Solution（A6）命令，在弹出的快捷菜单中选择Insert→Stress→Equivalent命令，添加应力分析结果。

Step3：右击Outline中的Solution（A6）命令，在弹出的快捷菜单中选择Solve命令，显示求解结果，如图5-155所示。

Step4：选择Outline中的Solution（A6）→Total Deformation命令，显示大比例变形结果，如图5-156所示。读者可以发现，虽然变形量只有0.0003506Max，但显示的模型形变量很大。我们可以更改显示结果，在Result→Display下拉列表中选择1.0（True Scale）选项，如图5-157所示。这时可以发现变形图显示为真实比例变形结果，如图5-158所示。

Step5：选择Outline中的Solution（A6）→Equivalent Stress命令，显示真实比例应力结果，如图5-159所示。

5.5.8　保存与退出

Step1：单击Mechanical界面右上角的按钮，退出Mechanical界面，返回Workbench 2020主界面。此时，主界面的工程项目管理窗格中显示的分析项目均已完成，如图5-160所示。

Step2：在Workbench 2020主界面中单击工具栏中的按钮，保存包含分析结果的文件。

Step3：单击主界面右上角的按钮，退出Workbench 2020主界面，完成项目分析。