基于ANSYS Workbench的传动轴的瞬态动力学分析

【问题描述】

一根直径为40mm,长2米的传动轴,一端固定,另外一端面上施加一个集中力偶。

该力偶随时间而变化的载荷如下图,

求:

(1)任一横截面上各点的切应力随时间变化的云图。

(2)任一横截面上各点的切向应变随时间变化的云图。

(3)任一横截面上各点的切向位移随时间变化的云图。

(4)任一横截面上各点的径向位移随时间变化的云图。

(5)任一横截面上各点的总位移随时间变化的云图。

【问题分析】

(1)由于载荷的时间历程已知,这是一个瞬态动力学问题,需要使用瞬态动力学分析。

(2)几何建模。使用DM创建圆柱体。

(3)网格划分。使用扫掠方式划分网格。

(4)分析设置。先设置5个载荷步,然后对每个载荷步设置为3个载荷子步。

(5)固定左端面。

(6)对右端面施加扭矩。该扭矩用表格方式输入。

(7)后处理中需要切片,并用云图的方式查看。

【求解过程】

1.打开ANSYS Workbench

2.创建动力学分析系统。

3.创建几何体。

双击geometry,选择米为长度单位,创建一根圆截面光轴。

其细节视图中设置如下

即长度为2米,而半径为100mm

退出DM.

4.创建坐标系。

由于这是一个圆柱体,而后处理中要查看径向和切向的应力,位移,所以需要预先创建一个圆柱坐标系。

双击model进入到mechanical中。在一个端面中心创建如图所示的圆柱坐标系。

5.划分网格。

使用扫掠方式划分网格,结果如下图。

6.进行分析设置。

首先设置5个载荷步。

然后对每个载荷步进行设置。

第一个载荷步。关闭自动时间步长,定义3个载荷子步。

其它载荷步做同样的设置。

第2个载荷步

第3个载荷步

第4个载荷步

第5个载荷步

7.固定左端面。

8.右端面施加扭矩。

其细节视图设置如下

设置的结果如下图

9.计算。

10.后处理。

对于下面的结果均使用前面创建的圆柱坐标系来查看结果。

(1)任一横截面上各点的切应力随时间变化的云图。

可见,中间的切应力小,而边缘的切应力大,这与材料力学的扭转理论是一致的。

(2)任一横截面上各点的切向应变随时间变化的云图。

可见,中间的切应变小,而边缘的切应变大,这与材料力学的扭转理论是一致的。

(3)任一横截面上各点的切向位移随时间变化的云图。

可见,中间的切向位移小,而边缘的切向位移大,这与材料力学的扭转理论是一致的。

(4)任一横截面上各点的径向位移随时间变化的云图。

可见,横截面上各点的径向位移一样大。但是变形都相当小,只有切向位移的千分之一。

(5)任一横截面上各点的总位移随时间变化的云图。

可见,总位移与切向位移保持相同的趋势。