机车轴静力分析

基本描述：机车轴结构几何参数及其受力情况如下图所示。求结构整体的应力分布和最大变形量。

材料参数：弹性模量为2e5MPa，泊松比为0.3，密度7850kg/m^3。

1 搭建分析流程

从ANSYS项目概图左侧Toolbox的Component System拖出Geometry，后从Analysis System里按住Static Structural拖到项目概图Geometry上。

2 导入模型

单击模块A的第2栏，点击鼠标右键，选Import Geometry-Browse选择几何体，推荐扩展名为x_t。可以看到一根轴被分成了三段了，如此划分是为了后续便于定义边界。

3 指定材料

双击模块B第四栏Model进入，依次展开左侧树形窗口上方（Outline）里面Model-Geometry，可以从左侧下方详细栏看到对应零部件的详细属性。从Materials下Assignment赋予材料。

创建路径及其构造面

详细操作请查询之前的例子，不赘述。

4 划分网格

整个模型采用扫掠的方式划分网格，保留单元中间节点。因为几何体可以一次成型，所以考虑使用扫掠的方式。

5 设置边界

轴两端受到竖直向下的集中力300KN，左侧与右侧图示位置（几何体切分面处）可见采用的是远程位移约束。左侧释放绕Z轴旋转自由度，右侧释放绕Z轴旋转自由度以及水平移动自由度。

考虑一点：轴在弯曲的时候，可见它是绕着一根轴旋转的，而弯曲必然导致轴整体拉长，水平方向一定是有轴向移动的。因此按照上述方法设置其自由度。

6 分析结果

点击菜单栏右侧的黄色闪电符号即开始求解，分析完成点击Solution（B6）下的Insert可以在其中选择想要的结果，这里指定查看结果为：Total Deformation和Equivalent Stress。

• 查看变形结果

整体变形表明，轴两端变形最大，约为1.78mm，而支撑位置处变形几乎为0，此结果符合材料力学基本知识。沿着竖直方向变形展示出，两端变形最大，约1.72mm，是向下弯曲。轴中间变形约为1.1mm，向上凸起。注意观察图中半透明的轴，此为原始未变形的展示，对比之下可见与数值展示的逻辑完全一致。

• 查看剖切结果

剖切操作在之前的例子有介绍，这里不赘述了。下图分别是切开轴以后查看轴的等效应力分布，整体变形情况。

图1整体变形分布表明，轴支撑位置变形几乎为0，两端变形最大。

图2等效应力分布表明，轴芯两个支撑点间的区域应力几乎为0，即中心部分既没有伸长，也没有缩短。

• 查看路径结果

关于如何创建路径，在之前的例子已经有介绍，这里不赘述。此处多了一个查看“剖切面”上的应力分布，其结果如下图所示。

图1为整个轴芯部路径上应力分布情况，两端受到拉伸应力作用。

图2为两个支撑点之间轴表面沿着路径应力分布，支点之间的轴外表面受到拉伸作用。较大还是较小，只是一个相对的。

图3为应力较大区域横截面上上应力分布

7 简单总结

本例子学习了远程位移约束的使用，路径应力的查看。

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