ANSYS软件应用之六自由度工业机器人模态分析

针对丝杠传动中的冲击振动问题，应用ANSYS软件对新型陶瓷零件快速成型机的进给丝杠的动态特性进行了分析，并针对丝杠的刚度不足进行了改进，通过模态分析得到了丝杠的固有频率和振型。为丝杠进一步进行结构动态分析提供了可靠的参考依据。

索膜结构找形在ANSYS上实现时，由于找形过程步骤复杂以及ANSYS软件本身的特点，存在学习周期长，对用户分析能力要求高的问题。通过分析索膜结构有限元法找形的原理，总结提炼索膜结构找形的步骤，给出了其在ANSYS上实现的方法，并且应用APDL参数化有限元分析技术及UIDL用户接口定制技术对ANSYS进行二次开发完成了找形系统。实例验证了找形系统的实用性和可靠性。为工程设计人员进行找形计算节约了时间，为以后找形系统的研究和开发提供了思路和参考价值。

应用ANSYS软件直接建立某轻型载货汽车车架实体模型，并进行模态分析，得到其固有频率及振型特征。据此对车架结构参数进行修正，以使发动机的常用工作频率介于其两固有频率之间，避免了共振，为整车优化设计进一步的研究与实验提供参考依据。

应用疲劳损伤累积理论，对轻型汽车变速箱主轴的疲劳强度进行了分析和研究，利用ANSYS软件的通用疲劳分析模块对轴进行了结构疲劳分析。

主要利用ANSYS软件对屏蔽泵密封垫的应力进行分析，计算出压力容器管板的最大应力和应变。详细介绍利用ANSYS软件进行屏蔽泵密封垫的应力分析的基本过程，并与实际情况进行比较，证明分析是正确的，从而为压力容器机构的优化设计提供了充分的理论依据。

应用ANSYS软件对某多种材料构成的圬工硬壳溢流坝，进行了有限元的应力分析，并与用常规材料力学方法计算所得的基底应力进行了比较。该文计算模型的建设和材料取值、边界条件、成果后处理分析等方法，可供同类建筑物的计算应用参考。

实际工程结构中经常存在细长杆受压的形式，需要对其进行屈曲分析。为准确计算屈曲临界载荷，利用有限元软件ANSYS对实际工程结构进行线性和非线性屈曲分析。计算结果表明：有限元软件可对工程结构进行线性和非线性屈曲分析；实际结构由于材料弹塑性能，发生屈曲失稳时，有可能发生塑性变形，降低了屈曲临界载荷，非线性计算结果为线性计算结果的95％左右。对结构进行非线性屈曲分析得出更偏于安全的计算结果。

建立两球相撞的有限元模型，应用Ansys／LS-Dyna对两球碰撞进行数值分析，分析过程应用刚体一弹性体转换的方法，获取2个球相撞时刻的等效应力云图、相撞后两球速度变化等参数．对所得参数进行分析验证，从而为模拟过程节约计算时间，提高模型计算效率．

介绍了有限元分析软件ANSYS的基本知识和特点，重点阐述了ANSYS软件使用的关键技术，即建模方法和网格划分，讨论了ANSYS在热分析上的应用。

利用ANSYS软件，选择合适的本构关系Saenz模型和Willam—Warnke五参数破坏准则和拉压组合准则．模拟混凝土小型空心砌块的破坏过程，得到了应力分布规律、破坏阶段特点、裂缝的位置及分布特征，为砌块的设计和应用提供了力学依据。

结合新型砌体材料的出现，利用ANSYS软件建立了空间模型，对轴心受压时组合砖砌体结构进行了模拟，对受力性能进行了比较分析，得到的结果与试验结果较吻合，说明可以利用ANSYS软件对各类砌体结构进行模拟。

介绍了大型通用有限元分析及优化设计软件ANSYS的组成和主要分析功能，提出板式家具的一种强度分析方法，该方法求解迅速，结果直观，可改进板式家具的设计方法并提高设计效率。

以SolidWorks软件为平台，将以SolidWorks、VB及Access结合建立的模具标准件库与可以方便地对所设计的模具结构进行仿真分析及有限元分析的Ansys相结合，形成一种进行模具的动态设计和优化的CAD／CAE模具设计集成环境。该环境和方法对模具结构设计分析具有先进性和经济性，而且方便灵活，大幅度降低设计周期，提高产品设计水平，对SolidWorks等CAD的二次开发具有重要借鉴意义。阐述了用所集成的环境在模具结构设计和分析过程中的一般应用形式。

基于ANSYS／LS—DYNA建立了滚动轴承的有限元模型，有效处理了考虑摩擦条件的接触问题，实现了滚动轴承显式动力学的运动过程仿真。并以6003深沟球轴承为例，进行了试算和相关参数的仿真与分析，结果表明，与滚动轴承运动的实际情况基本吻合。不同工况下的参数仿真分析是进一步研究故障轴承运动仿真与分析的基础。

对新式五面立卧加工中心的结构进行分析，用proe建立机床立体图；通过专用接口导入ansys软件及workbench模块，进行了静力分析，验证了设计思想的正确性：并对整机进行模态分析，为下一步分析提供依据。

运用通用有限元分析软件(ANSYS)的概率设计功能，以压力容器壁厚、压力载荷及弹性模量为随机输入变量，模拟实际结构设计参数的随机性。选用蒙特卡罗法进行压力容器应力的可靠性分析，获得了该有限元分析模型的应力概率分布特征，得到了压力载荷、壁厚等设计参数对应力分布的敏感程度。

应用ANSYS软件对平板封头压力容器进行应力分析和结构优化设计。结合机械优化设计方法，采用ANSYS软件中提供的一阶优化方法，得到精确方案，在满足应力强度要求下容器重量下降4.7%，优化结果明显。该方法对压力容器在工程中的应用起到一定作用。

提高贴片机床身的低阶频率是提高贴片机结构精度、避免共振、降低振幅的有效措施，为了提高其低阶频率，针对影 向床身动态性能的3个主要因素，运用有限元分析软件ANSYS，对贴片机床身及其改进结构进行了模态分析，得到了贴片机床身结构的优化模型。分析结果表明，通过改变筋板布置方式、改变板厚和单元格开窗尺寸可对床身进行优化，优化后的结构低阶频率有了明显提高。

以国道312线跨径6 m的板梁为例，用ANSYS对宽跨比为2且桥面连续的无支座简支板梁桥进行模态分析．讨论了此种桥型按梁格单元模型、实体模型进行模拟时各参数对计算结果的影响，与实测值进行了对比分析．分析表明：对于该桥型按梁格模型进行分析时横向链接单元beam44的宽度是控制计算结果的重要参数，宽度取值宜在0．5 m左右．而采用实体模型计算时，桥面铺装连续的边界条件对计算结果有一定影响，桥面铺装外伸长度应在0．5m左右，支座应采用线支承．此时，计算结果和实测值吻合较好，按其它方法模拟计算不能符合工程要求．

主要分析了Pro/E，Adams，Ansys这3种软件的特点及其在设计中的优势，提出了3种软件在机械设计中联合运用的方法，并在取玻璃机器人设计中运用，验证了该方法是可行的。

在隧道中进行瞬变电磁法探测时，二次感应场还受到掌子面后方围岩的影响，使得隧道全空间瞬变电磁场正、反演比大地半空间更困难。论文利用有限元分析软件ANSYS对在隧道中进行瞬变电磁超前地质预报时瞬变电磁场进行了数值模拟计算，并将计算结果与物理模拟结果进行比较，表明了利用该法在隧道中进行瞬变电磁超前地质预报正演计算的可行性。

以EQ140货车为例，应用有限元软件ANSYS对汽车保险杠的碰撞过程进行数值模拟，得到结构的瞬态动力响应以及变形、速度、碰撞力等参数的时程曲线，清晰地展示了保险杠的变形全过程，为保险杠的设计和改进提供了参考。

基于有限元分析软件ANSYS，建立了滚针轴承的三维有限元模型，以典型的径向载荷和边界条件为例，对其进行静力学接触分析，得出了轴承承载过程中的应力和变形趋势及接触应力的变化规律，空心轴和轴承外圈在径向方向上的最大等效应力并非出现在接触表面，而是分别出现在距接触表面0．256 Inln和0．268 mm处．

由于环境温度的作用，光学器件在应用环境中的热变形对光学仪器的整体性能产生重要影响，利用有限元分析系统对光学器件进行热变形分析，为器件设计提供科学依据和有效支持。提出基于Ansys的热变形仿真分析方法。该方法包括问题分析、Ansys热变形仿真和数据分析3个步骤，并对每一步内容作了详细阐述和说明。以某光学仪器的关键器件为分析对象，用该方法进行了热变形仿真，应用Matlab软件进行结果数据分析，得到了器件反射镜面在4O℃和一1OC环境温度影响下产生的平行差分别为7．624 12 和8．563 17 。所得结果与实验结果基本一致，证实了该方法的有效性。

文中应用ANSYS中的CFD功能建立了基于流体力学的国产三厢轿车外流空气动力特性有限元模型，采用有限体积法求解三维定常的不可压缩N—S方程，实现车身外流场三维数值模拟，得到车身外流场的速度、压力、涡流的分布，为轿车车身设计提供了参考。

针对电子机箱金属薄壁零件结构设计中，存在的截面选取不-3和力学分析不足的问题，提出了薄壁结构抗弯刚度的优化设计方法。采用增加挠度的结构分析，以提高结构设计的精确度，并利用CAE有限元软件完成复杂的力学优化计算。仿真试验的结果证明了该方法是正确的、有效的。

根据电磁探伤技术的基本原理，利用有限元分析软件ANSYS作为仿真分析工具，对不同缺陷所产生的漏磁信号进行分析，实现了常见缺陷漏磁场的模拟。基本思想是把待分析问题模型进行单元剖分，通过建立一个与电磁场矢量偏微分方程等价的能量泛函，并在一近似的函数空间内求此泛函的极小值，转化为求解以离散区域内各网络节点的未知矢量磁位为变量的代数方程组来解决。结果表明，该方法适用于多层金属管柱的损伤检测，不同缺陷所产生的漏磁信号不同，缺陷参数与其所产生的漏磁信号参数之间有一定的对应关系。

研究高温对不同钢纤维掺量的钢纤维混凝土抗拉、劈拉强度的影响结果，对影响机理进行了简单的分析。试验结果表明：钢纤维混凝土高温后的抗压、劈拉强度随所受最高温的升高而缓慢下降，400℃以后下降稍快。与素混凝土相比，其残余强度率分别可提高30％和20％左右。采用有限元软件ANSYS对混凝土加热过程中的温度场与应力场进行分析，提出了混凝土高温下开裂损伤判据。

SOLID65单元是ANSYS有限元软件中的三维实体单元，它可以用于钢筋混凝土问题的分析。介绍了SOLID65单元的性质和应用要点，结合一工程实际算例进行分析，说明SOLID65单元用来模拟钢筋混凝土材料是合理的。

研究了高速铣削过程中切入角的变化对铣刀所受载荷的影响，并在ANSYS软件中建模并进行了应力、应变分析，解决了型腔和外轮廓周铣刀轨进刀方式的选取，对高速铣削加工中切入角的寻优具有一定的指导性。

利用UG软件，模拟某型号航空发动机涡轮叶片在工作中出现的变形故障，对涡轮盘及叶片进行整体建模，然后利用有限元分析软件ANSYS对涡轮盘和叶片的模型进行分析，得到其前几阶模态的振动特性。

利用有限元分析软件ANSYS对火灾情况下楼板的温度场进行分析，获得了楼板截面温度场的分布规律，计算结果与试验结果吻合良好，从而为进一步深入认识钢筋混凝土楼板的高温下力学性能创造了条件。

通过应用有限元ANSYS软件对锪钻扩孔时，由扭矩产生的振动进行仿真分析，从而得到钻头振动的幅度的理论值，为口钻扩孔的精度提供理论数据，同时验证了经验值的准确性。为了提高加工中孔的精度，本文提出了许多相关的措施，为在实践中提高孔的精度提供了思路。本文所建立的模型完全符合钻削加工的实际情况，对其它类型的切削也具有借鉴意义。

在分析国内外混凝土剪切试验方法的基础上，自行设计了一套剪力试验装置，并且用有限元软件ANSYS计算分析了其可行性，在试验的基础上得出的混凝土本体剪切强度与立方体抗压强度的关系。

针对ANSYS三维数值建模的复杂性，基于三次样条插值法和趋势面分析原理，采用Borland Delphi6．0开发了三维动态建模系统。实现了与ANSYS的无缝集成和三维动态建模，具有操作性好、建模精确等优点，大大减少了三维建模工作量，提高了建模效率，便于多方案的模拟计算。

利用Unigraphics三维造型软件对可重构夹具进行实体造型，建立起夹具体的数字模型，再通过CAD/CAE接口，将夹具体的CAD模型导入有限元软件ANSYS中进行刚度分析，以验证设计是否合理，夹具体变形是否满足设计要求。

以通用有限元程序ANSYS为基础， 重点介绍其在建模、加载计算及后处理方面的分析计算过程．并探讨其在端承桩承载性状分析中的应用．对于土木工程特别是构造物下部结构的分析具有实际意义。

利用ANSYS软件的接触分析功能和参数化设计语言，对两个弹性体间点接触进行有限元分析，通过精确控制网格的局部细化解决了计算的精度与效率之间的矛盾，计算结果较好的吻合了赫兹理论解，为使用ANSYS软件求解此类问题提供依据。

阀门实体建模与有限元分析对其结构设计与性能改进十分重要。针对油田阀门CAD、CAE技术的现状和发展趋势，应用Pro／E和ANSYS软件无缝连接，成功地对平板阀进行了三维建模、虚拟装配和阀体的有限元分析。根据分析结果，提出基于理论分析的改进方案，为阀门的整体结构优化设计与性能改进提供了理论依据。

Pro／E和ANSYS是常用的两种CAD和CAE软件，如何将两者有机地结合起来是设计人员常遇到的问题。以压力容器、管道系统以及仪表中常用的连接、补偿和密封隔离的重要元件—— 波纹管为例，借助VisualC++和Visual Fox开发环境研究探索CAD与CAE集成方法，并完成了波纹管参数化设计集成系统。