基于ANSYS Workbench的傳動(dòng)軸的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析

【問題描述】

一根直徑為40mm,長(zhǎng)2米的傳動(dòng)軸,一端固定,另外一端面上施加一個(gè)集中力偶。

該力偶隨時(shí)間而變化的載荷如下圖,

求:

(1)任一橫截面上各點(diǎn)的切應(yīng)力隨時(shí)間變化的云圖。

(2)任一橫截面上各點(diǎn)的切向應(yīng)變隨時(shí)間變化的云圖。

(3)任一橫截面上各點(diǎn)的切向位移隨時(shí)間變化的云圖。

(4)任一橫截面上各點(diǎn)的徑向位移隨時(shí)間變化的云圖。

(5)任一橫截面上各點(diǎn)的總位移隨時(shí)間變化的云圖。

【問題分析】

(1)由于載荷的時(shí)間歷程已知,這是一個(gè)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問題,需要使用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。

(2)幾何建模。使用DM創(chuàng)建圓柱體。

(3)網(wǎng)格劃分。使用掃掠方式劃分網(wǎng)格。

(4)分析設(shè)置。先設(shè)置5個(gè)載荷步,然后對(duì)每個(gè)載荷步設(shè)置為3個(gè)載荷子步。

(5)固定左端面。

(6)對(duì)右端面施加扭矩。該扭矩用表格方式輸入。

(7)后處理中需要切片,并用云圖的方式查看。

【求解過程】

1.打開ANSYS Workbench

2.創(chuàng)建動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)。

3.創(chuàng)建幾何體。

雙擊geometry,選擇米為長(zhǎng)度單位,創(chuàng)建一根圓截面光軸。

其細(xì)節(jié)視圖中設(shè)置如下

即長(zhǎng)度為2米,而半徑為100mm

退出DM.

4.創(chuàng)建坐標(biāo)系。

由于這是一個(gè)圓柱體,而后處理中要查看徑向和切向的應(yīng)力,位移,所以需要預(yù)先創(chuàng)建一個(gè)圓柱坐標(biāo)系。

雙擊model進(jìn)入到mechanical中。在一個(gè)端面中心創(chuàng)建如圖所示的圓柱坐標(biāo)系。

5.劃分網(wǎng)格。

使用掃掠方式劃分網(wǎng)格,結(jié)果如下圖。

6.進(jìn)行分析設(shè)置。

首先設(shè)置5個(gè)載荷步。

然后對(duì)每個(gè)載荷步進(jìn)行設(shè)置。

第一個(gè)載荷步。關(guān)閉自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng),定義3個(gè)載荷子步。

其它載荷步做同樣的設(shè)置。

第2個(gè)載荷步

第3個(gè)載荷步

第4個(gè)載荷步

第5個(gè)載荷步

7.固定左端面。

8.右端面施加扭矩。

其細(xì)節(jié)視圖設(shè)置如下

設(shè)置的結(jié)果如下圖

9.計(jì)算。

10.后處理。

對(duì)于下面的結(jié)果均使用前面創(chuàng)建的圓柱坐標(biāo)系來(lái)查看結(jié)果。

(1)任一橫截面上各點(diǎn)的切應(yīng)力隨時(shí)間變化的云圖。

可見,中間的切應(yīng)力小,而邊緣的切應(yīng)力大,這與材料力學(xué)的扭轉(zhuǎn)理論是一致的。

(2)任一橫截面上各點(diǎn)的切向應(yīng)變隨時(shí)間變化的云圖。

可見,中間的切應(yīng)變小,而邊緣的切應(yīng)變大,這與材料力學(xué)的扭轉(zhuǎn)理論是一致的。

(3)任一橫截面上各點(diǎn)的切向位移隨時(shí)間變化的云圖。

可見,中間的切向位移小,而邊緣的切向位移大,這與材料力學(xué)的扭轉(zhuǎn)理論是一致的。

(4)任一橫截面上各點(diǎn)的徑向位移隨時(shí)間變化的云圖。

可見,橫截面上各點(diǎn)的徑向位移一樣大。但是變形都相當(dāng)小,只有切向位移的千分之一。

(5)任一橫截面上各點(diǎn)的總位移隨時(shí)間變化的云圖。

可見,總位移與切向位移保持相同的趨勢(shì)。