发电机套管有限元强度与变形计算(附件)【字数：7713】
摘 要 套管是发电机中的重要组成部分，套管的强度决定着发电机的使用寿命。使用UG画出发电机套管零件的三维图，然后利用HyperMesh软件进行发电机套管有限元分析，计算套管的应变和应力分布情况，验证零件的合理性。结果表明最大应力大于屈服强度，说明该零件的强度设计不合理，于是又进行了优化工作。本次优化采用了我这次采用增加套管壁厚，提高套管径向刚度的方法，把套管的外圈直径增加了10mm。然后再次进行应变和应力分布情况的计算。通过对比优化后，零件的最大应力降低了10%,说明设计更合理。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 课题研究的意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 课题研究的内容 2
第二章 有限元概念与理论 3
2.1 有限元概念 3
2.2 有限元求解问题的基本步骤 3
第三章 零件模型处理与有限元文件建立过程 5
3.1 三维模型的建立 5
3.2 软件介绍 10
3.4 材料属性定义 10
3.5 三维模型的导入 10
3.5 划分网格 11
3.6 施加约束和载荷 11
第四章 计算结果分析与优化 15
4.1 计算结果分析 15
4.2 优化 16
第五章 总 结 18
致 谢 19
第一章 绪 论
1.1 课题研究的意义
发电机在现实生活中有许多的用途比如说：国防、工农业生产、科技及日常生活。我们几乎所有的日常活动都需要用到电，因此就要用到发电机，所以为了我们的正常生活，我们不能离开发电机。电磁力定律和电磁感应定律是发电机的基本工作原理[1]。发电机通过电磁感应，产生 电 磁 功 率，来 进 行 能 量 转 换。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元[2]。有限元法一开始被称为矩阵逼近法，在飞机结构强度的计算上得到运用，而且还得到专注于力学发展的科学家的注意，正因为它的实用性，有效性和方便性。随着计算机技术的飞速发展和普及和经过科学家几十年的研究讨论，有限元法已经成为一种非常重要的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
研究方法。
现在和通用CAD软件的集成使用是有限元分析软件的一个发展趋势，如果我们用CAD，UG等画图软件画出所需要的零件的三维模型，就可以直接把模型导入到有限元分析软件中进行网格划分和施加载荷进行形变应力的分析与计算，假如分析与计算的结果不符合该零件的设计要求那就重新进行设计和分析，进行优化处理，最后做到符合设计要求为止，这就很大程度上提高了设计的效率和水准。同时有限元分析软件为了满足设计人员的方便快速地处理复杂繁琐的工程问题的需求，大多数的常用CAD软件的接口被许多商业化有限元分析软件都研究开发[3]。一些有限元分析软件采用了CAD的建模技术为了实现和CAD软件的无缝集成，如基于Parasolid内核的ADINA软件采用了实体建模技术，就可以实现真正无缝的双向数据交换和以Parasolid为核心的CAD软件。
1.2 国内外发展现状
国外的发展现状：在国外，科学技术不断发展，国外的计算机是最先研究出来的，并且计算机技术不断地加强提高，因而关于计算机的各方面技术也不断提高，从而研究出了大量有限元分析软件，而且这些软件在实际工程中起到了越来越重要的作用；现在，国外专门软件的有限元分析公司有几十家，著名的通用有限元分析软件有ANSYS，ABAQUS，MSC/NATRAN，MSC/MARC，ADINA，ALGOR，PRO/MECHANICA，IDEAS[4]。有关有限元分析的学术论文，每年不计其数，学术活动非常活跃，为科研和制造业起到了具大的推动作用。
在我们国内，有限元技术也是不断发展，最初我国的有限元法是由我国的数学家冯康提出的。正是由他所发表的论文《基于差分格式的变分原理》，标志着我国有限元法的诞生[5]。这具有重大的意义，标志着我国的科学技术又得到进一步的发展，这篇文章不但提出了有限元法，而且还提出了有限元法的初步发展。后来在二十世纪七八十年代，我国也研制出了许多有限元分析的软件。但后来由于国外的有限元软件进入中国市场，由于国外的软件做的非常好，非常全面，所以对我国的有限元软件造成了很大的挑战。而且当时大家都不重视有限元的发展，所以我国的有限元一直处于低水平状态。直到21世纪，我国开始重视有限元的发展，注意到有限元的发展影响着整个国家综合实力的发展，于是开始大力发展有限元技术[6]。直到今天，我们的技术越来越先进，不断地向更好的方向发展。
/
1.1飞机模型有限元分析
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1.2扳手有限元分析
1.3 课题研究的内容
现在随着机械制造业的飞速发展，机械生产力不断取代着手工劳动力。在机械设备中，发动机是整个机械设备的动力来源。如果发动机出现了问题，那么机械设备就无法正常运转，所以发动机是至关重要的部件，一定要保证它的结构和力学性质等十分合理。套管是发动机的重要组成部分，套管的强度决定着发电机的寿命。为了保证发动机的安全使用和寿命，我们先用UG软件画出发电机套管的三维模型图，然后我们要用Hypermesh软件对套管进行有限元分析，建立有限元分析工程，将发电机套管的三维模型导入Hypermesh软件，在软件中对发电机套管进行网格划分，设置好边界条件，施加外力或扭矩，计算零件的应变和应力分布情况，验证零件的合理性。如果结果不是很合理，可以进行进一步的优化工作，来减少应力和变形。
第二章 有限元概念与理论
2.1 有限元概念
用简单的问题代替复杂的问题来求解是有限元分析的基本概念[7]。有限元把一个整体的事物划分为许多小单元组成，然后通过对小单元的求解来得到整个整体的答案，当然这个答案并不是非常正确的解，只是一个比较近似的解。这种通过分析每个小单元，然后得到整体的分析结果就是有限元的基本效应[8]。尽管有限元的计算工作量非常的大，但它可以通过计算机程序来处理，非常的方便。现在有限元的广泛运用，很大程度上取决于计算机技术的飞速发展。有限元技术在各种科学工程领域中都有非常多的运用，而且正在往越来越好的方向发展。
（是某一单元的节点力矩阵，单元刚度矩阵）
总刚度方程：
（是节点载荷列阵，总刚度矩阵，节点位移矩阵）
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 课题研究的意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 课题研究的内容 2
第二章 有限元概念与理论 3
2.1 有限元概念 3
2.2 有限元求解问题的基本步骤 3
第三章 零件模型处理与有限元文件建立过程 5
3.1 三维模型的建立 5
3.2 软件介绍 10
3.4 材料属性定义 10
3.5 三维模型的导入 10
3.5 划分网格 11
3.6 施加约束和载荷 11
第四章 计算结果分析与优化 15
4.1 计算结果分析 15
4.2 优化 16
第五章 总 结 18
致 谢 19
第一章 绪 论
1.1 课题研究的意义
发电机在现实生活中有许多的用途比如说：国防、工农业生产、科技及日常生活。我们几乎所有的日常活动都需要用到电，因此就要用到发电机，所以为了我们的正常生活，我们不能离开发电机。电磁力定律和电磁感应定律是发电机的基本工作原理[1]。发电机通过电磁感应，产生 电 磁 功 率，来 进 行 能 量 转 换。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元[2]。有限元法一开始被称为矩阵逼近法，在飞机结构强度的计算上得到运用，而且还得到专注于力学发展的科学家的注意，正因为它的实用性，有效性和方便性。随着计算机技术的飞速发展和普及和经过科学家几十年的研究讨论，有限元法已经成为一种非常重要的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
研究方法。
现在和通用CAD软件的集成使用是有限元分析软件的一个发展趋势，如果我们用CAD，UG等画图软件画出所需要的零件的三维模型，就可以直接把模型导入到有限元分析软件中进行网格划分和施加载荷进行形变应力的分析与计算，假如分析与计算的结果不符合该零件的设计要求那就重新进行设计和分析，进行优化处理，最后做到符合设计要求为止，这就很大程度上提高了设计的效率和水准。同时有限元分析软件为了满足设计人员的方便快速地处理复杂繁琐的工程问题的需求，大多数的常用CAD软件的接口被许多商业化有限元分析软件都研究开发[3]。一些有限元分析软件采用了CAD的建模技术为了实现和CAD软件的无缝集成，如基于Parasolid内核的ADINA软件采用了实体建模技术，就可以实现真正无缝的双向数据交换和以Parasolid为核心的CAD软件。
1.2 国内外发展现状
国外的发展现状：在国外，科学技术不断发展，国外的计算机是最先研究出来的，并且计算机技术不断地加强提高，因而关于计算机的各方面技术也不断提高，从而研究出了大量有限元分析软件，而且这些软件在实际工程中起到了越来越重要的作用；现在，国外专门软件的有限元分析公司有几十家，著名的通用有限元分析软件有ANSYS，ABAQUS，MSC/NATRAN，MSC/MARC，ADINA，ALGOR，PRO/MECHANICA，IDEAS[4]。有关有限元分析的学术论文，每年不计其数，学术活动非常活跃，为科研和制造业起到了具大的推动作用。
在我们国内，有限元技术也是不断发展，最初我国的有限元法是由我国的数学家冯康提出的。正是由他所发表的论文《基于差分格式的变分原理》，标志着我国有限元法的诞生[5]。这具有重大的意义，标志着我国的科学技术又得到进一步的发展，这篇文章不但提出了有限元法，而且还提出了有限元法的初步发展。后来在二十世纪七八十年代，我国也研制出了许多有限元分析的软件。但后来由于国外的有限元软件进入中国市场，由于国外的软件做的非常好，非常全面，所以对我国的有限元软件造成了很大的挑战。而且当时大家都不重视有限元的发展，所以我国的有限元一直处于低水平状态。直到21世纪，我国开始重视有限元的发展，注意到有限元的发展影响着整个国家综合实力的发展，于是开始大力发展有限元技术[6]。直到今天，我们的技术越来越先进，不断地向更好的方向发展。
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1.1飞机模型有限元分析
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1.2扳手有限元分析
1.3 课题研究的内容
现在随着机械制造业的飞速发展，机械生产力不断取代着手工劳动力。在机械设备中，发动机是整个机械设备的动力来源。如果发动机出现了问题，那么机械设备就无法正常运转，所以发动机是至关重要的部件，一定要保证它的结构和力学性质等十分合理。套管是发动机的重要组成部分，套管的强度决定着发电机的寿命。为了保证发动机的安全使用和寿命，我们先用UG软件画出发电机套管的三维模型图，然后我们要用Hypermesh软件对套管进行有限元分析，建立有限元分析工程，将发电机套管的三维模型导入Hypermesh软件，在软件中对发电机套管进行网格划分，设置好边界条件，施加外力或扭矩，计算零件的应变和应力分布情况，验证零件的合理性。如果结果不是很合理，可以进行进一步的优化工作，来减少应力和变形。
第二章 有限元概念与理论
2.1 有限元概念
用简单的问题代替复杂的问题来求解是有限元分析的基本概念[7]。有限元把一个整体的事物划分为许多小单元组成，然后通过对小单元的求解来得到整个整体的答案，当然这个答案并不是非常正确的解，只是一个比较近似的解。这种通过分析每个小单元，然后得到整体的分析结果就是有限元的基本效应[8]。尽管有限元的计算工作量非常的大，但它可以通过计算机程序来处理，非常的方便。现在有限元的广泛运用，很大程度上取决于计算机技术的飞速发展。有限元技术在各种科学工程领域中都有非常多的运用，而且正在往越来越好的方向发展。
（是某一单元的节点力矩阵，单元刚度矩阵）
总刚度方程：
（是节点载荷列阵，总刚度矩阵，节点位移矩阵）
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