空調(diào)支架的有限元分析

由于空調(diào)支架為一個完全對稱結(jié)構(gòu),空調(diào)的重量均勻分部在兩側(cè)對稱支架上,因此只要對空調(diào)支架的一側(cè)進行分析即可達到對整體空調(diào)支架的分析,同時也達到了簡化空調(diào)支架分析的目的。本次作業(yè)可以分三部分來完成:一,空調(diào)支架一側(cè)的建模;二,利用商業(yè)化有限元分析軟件對建好的空調(diào)支架模型進行有限元分析;三,根據(jù)空調(diào)支架模型有限元分析的結(jié)果對支架進行強度校核以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

空調(diào)支架的具體尺寸圖如下圖所示:

考慮到空調(diào)支架模型結(jié)構(gòu)簡單,故在此沒有利用三維軟件建模而是直接在有限元分析軟件中進行建模,本次作業(yè)采用的有限元分析軟件為美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件ANSYS10.0。建立模型包括設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題,定義單元類型、定義材料屬性、建立三維模型、劃分有限元網(wǎng)格。

打開ANSYS軟件進入ANSYS操作界面,首先從主菜單中選擇【Preferences】命令,勾選Structural。然后從實用菜單中選擇【Change Jobname】命令,將文件名修改為Ktiao2,從實用菜單中選擇【Change Title】命令,將標(biāo)題修改為Ktiao2。如下圖所示:

在進行有限元分析時,首先應(yīng)根據(jù)分析問題的幾何結(jié)構(gòu)、分析類型和所分析的問題精度要求等,選定適合具體分析的單元類型。本文中選用8節(jié)點六面體單元Solid185。如下圖所示:

由于空調(diào)支架所用材料為45#鋼,故可查得45#鋼的彈性模量為210Gpa,泊松比為0.3。從主菜單中選擇Preprocessor>Material Props>Material Models命令,打開定義材料模型屬性窗口,對材料彈性模量和泊松比進行設(shè)置。

從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS命令,創(chuàng)建四個關(guān)鍵點,坐標(biāo)分別為(0.54,0),(0.54,0.16),(0,0.16),(0,0.11)。接著從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through KPs命令,分別拾取上一步創(chuàng)建的四個關(guān)鍵點生成平面。然后從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude> Areas>Along Normal命令,拾取上一步生成的面將其拉伸成一個實體。由于340mm長度區(qū)域才為空調(diào)重量的加載區(qū)間,因此對空調(diào)支架的加載面分三部分來創(chuàng)建。根據(jù)上述同樣的方法創(chuàng)建關(guān)鍵點,生成面然后拉伸成實體。最后從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Operate >Booleans>Add>Volumes命令,將四個實體進行布爾加運算,至此空調(diào)支架的三維實體模型創(chuàng)建完畢。如下圖所示:

在這里輸入你的內(nèi)容,注意不要用退格鍵把所有文字刪除,請保留一個或者用鼠標(biāo)選取后直接輸入,防止格式錯亂。從主菜單中選擇Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令,打開“Mesh Tool”(網(wǎng)格工具),勾選“Smart Size”滑標(biāo)值默認設(shè)置為6,“Mesh”的對象選擇“Volumes”,“Shape”選擇“Tet”“Free”,然后單擊【Mesh】,打開實體選擇對話框,單擊【Pick All】按鈕對空調(diào)支架模型進行網(wǎng)格劃分。如下圖所示:

空調(diào)支架模型網(wǎng)格劃分完之后,接下來將對其進行有限元分析,其內(nèi)容包括定義載荷及邊界條件、求解、查看結(jié)果等。

由于在這只對空調(diào)支架的一側(cè)進行分析,即一側(cè)支架承受空調(diào)重量一半的載荷,因此就可以算出加載到長為340mm寬為50mm長方形面上的面載荷。即:

根據(jù)空調(diào)支架的特點,在這對支架的邊界條件進行簡化,將支架靠近墻壁一側(cè)端面的自由度全部約束。下面為定義載荷及邊界條件的具體操作:

從主菜單中選擇Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas彈出拾取對話框,拾取所需加載面,輸入上文計算出的壓力值。接著對支架靠近墻壁一側(cè)的端面進行約束,從主菜單中選擇Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural> Displacement>On Areas彈出拾取對話框,拾取支架靠近墻壁一側(cè)的端面對自由度全部約束。

然后對其進行求解,從主菜單中選擇Solution>Solve>Current LS命令,打開一個確認對話框和狀態(tài)表,查看列表中的信息確認無誤后,單擊【OK】按鈕,開始求解。求解完成后打開求解結(jié)束對話框,單擊【Close】按鈕,關(guān)閉提示求解結(jié)束對話框。如下圖所示:

1.查看總變形

由于空調(diào)支架所用材料為45#鋼,根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》可查得其抗拉強度σb為600MPa。從上面的有限元分析結(jié)果可以看到支架在Y方向上的最大應(yīng)力σymax為1.58MPa,第一主應(yīng)力最大值為σmax為3.95MPa,兩者均遠小于其許可應(yīng)力。因此空調(diào)支架滿足支撐強度要求,無需對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。