分离机花键套的三维建模及其有限元分析
摘 要在现代工业设计体系中，尤其是机械设计行业，有限元分析技术已经成为设计方法和理念的前沿，这一技术的研究和发展水平将直接关系到我们国家未来的工业设计体系在国际上的地位和作用。分离机是当今社会所需的重要机器，它具有各种作用，对人们的生存生活具有重要的意义，而分离机花键套是其中的重要组成部分，因此对其三维建模以及有限元分析具有重要的实际意义。本文结合实际机械设计中的案列，充分而具体的展现有限元分析技术在当今机械设计过程的重大作用和意义。
目 录
第一章 绪论1
1.1有限元分析概述1
1.2选题背景1
1.2.1分离机的介绍、发展1
1.2.2有限元分析技术的介绍、发展2
1.3设计任务4
第二章 三维建模5
2.1分离机花键套二维图5
2.2建模过程5
第三章 有限元分析过程15
3.1Hypermesh网格划分15
3.2Hypermesh赋材料17
3.3Hypermesh加约束和载荷18
3.4ABAQU计算20
第四章 结果分析与结论24
结束语25
致谢26
参考文献27
第一章 绪论
1.1有限元分析概述
有限元分析方法，是一类效率高、频繁使用的数学算法。在多个计算机辅助计算领域，常常需要求出各种微分方程，而许多的解析解通常不容易得出，借助有限元分析方法把微分方程分离解散化之后，能够编写程序，借助电脑帮助求解。有限元分析法一开始是在积分变换原理的之上进化而来，因此被应用来解决各种物理系统问题中。它借助数学中极限的思想对现实存在的系统仿真，同时借助“有限元”来实现用可知数目的不可知量去无限靠近无数个不可知量的仿真物理。
有限元技术其本质上是以相对好懂的问题来解决相对难弄明白的问题，它把求解域当成是由很多个被称之为“单元”的相互连接的子域构成，对于每个单元假设一个适合的近似的解，接着推出解出域的所有的达成条件，最后得出该问题的最终解。这个最终解不是准确的解，而是近似解，这是由于原本复杂的问题被相对简单的问
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题替换了。因为占了大多数的实际问题不容易算出正确解，但是有限元计算准确度不低，可以应用于各个相对难以处理的形体，所以能够做为高效的工程分析方法。
有限元是诸多离散单元集合之后可以代表实际连续域的概念，其几百年前就已经诞生，而且得到了应用。有限元法在一开始被叫做矩阵近似法，被用在计算航空航天领域的结构强度的计算中，因为它的便捷、实用和高效，吸引了力学领域的专家们的关注的目光。伴随着电脑科技的迅猛发展，有限元方法很快被广泛的应用到更多的科学研究领域，变成了一个效率高、使用频繁的数学算法。
1.2选题背景
1.2.1分离机的介绍、发展
分离机：在古时候的我国，百姓们将绳子的一头绑在瓦罐，用手抓住绳子的另一头，将瓦罐甩开抡圆，从而产生离心力把果实的汁水压榨出来，这就是离心分离机的最开始的雏形。
1950年左右，欧洲出现了最早的工业离心机，这些离心机都是间歇运作与手动去渣。
在二十世纪上半叶因为去渣部件的进步，发明了可以持续工作的离心机，间歇式工作的由于能够自动化实现了发展。
瓦拉尔是十八世纪的瑞典发明家，他发明了一种可以从奶油中分离出奶酪的离心机，它以一个空空的筒子做为转鼓。之后转鼓中添加了圆锥形的碟片，大大改善了使用效果，这一项重大的发明改进促使了碟式分离机的迅猛发展。离心机的转速逐渐变高，转鼓渐渐变大，分离效果慢慢变好，处理能力很快变强。
工作原理：分离机有一个最为重要和关键的构件便是以超高速度自旋的圆筒——转鼓，它一般用电动马达驱使。原液被添加进转鼓之后，快速的开始同步旋转，离心力把各个成分分开，随后依次排泄。一般来说，转鼓的速度更高，工作的效率也更高。
离心分离机分为离心过滤与沉降这二者不同的分离类型。1.离心过滤：原液在离心力的作用下产生离心压力，并进一步施加在过滤网上，使之通过其中变为相对纯净的过滤物。同时颗粒物残留在网上，变为渣滓，最后实现两者的分离。此类过滤中，转鼓上布有孔，在其内垫上滤网。2.离心沉降：依靠原液不同组成成分之间密度的差异，离心施加压力，快速分离，最终得到原液的分离。这一类离心机的转鼓没有孔位。
离心分离机的研发趋势：1.进一步增强分离效率，将转鼓的速度加快；在工作过程中提供新的推力和动力；加快清渣效率和速度；延长离心沉降分离的时长。2.研发巨大化的离心分离机，其核心点在于增加转鼓直径的大小，还有选装两面的转鼓增强工作效率和分离能力，降低使用和维护费用。3.改善连续化的去渣装置结构。4.添加转鼓离心机的拼装组合，以应对多个分离条件。5.在研发技术方面，其核心工作在于是流体流动和废渣产生相互作用的理论，研究分离算法，分析应力和强度。6研究发展离心机工作工程最为高效的控制方法。
1.2.2有限元分析技术的介绍、发展
有限元分析方法和诸多求解相似度方法的最本质上的不同在于的它的相似度只局限在无数个较小的区域里。克拉夫在1960年左右第一次提出工程力学运算的分析理论，生动的把它描述成：“有限元分析法=拉格朗日算法+分片函数”，就是说有限元分析法是拉格朗日算法的其中一个分支和一个特别的方面。有限元分析法把函数定义于相对简单的几何平面和几何体上的单元区间内，即分片函数，同时不用顾及所有定义域的复杂的边界条件，这是与拉格朗日算法这种需要满足所有定义域边界条件的许可函数最大的区别，同时，这也是有限元分析法比诸多近似算法高效和普及的原因。
步骤方法：1.结合现实情况近乎确定有解域的物理特征和形状分布，这便是问题和求解域的确定。
2.把有解域近乎看作具备不一样模样和大小，但是又相互连接的可知数量的基本元构成的离散，这就是划分网格。很容易看出，随着网格越划越小，离散区的近似度也越来越高，其结果准确率也更高，然而同时该问题的计算任务变得更加庞大，因此这也是有限元分析方法的最为重要的技术。3.一般来说，实际存在的物理问题能够被一组具有变量、状态以及条件的微分方程写出来，同时要满足有限元的求解，就要把它转化为一个相等的函数表达式。4.推出有限数量基本元的式子，便是一个相对合适的近似解，这里面涵盖正确的坐标系以及单元函数，并依据各个诸多不同变量之间存在的相互离散，最终构成单元矩阵。单元的导出也必须依照诸多法则，这是因为确保实际问题在求出近似解时的收敛性。而在机械设计领域，最为关键的是性能和约束，比如说形状需要更加规范，不能出现畸变的形状，因为这会极大的影响准确率，甚至会导致实际问题最后无解。5.联立方程组体现了近似解的离散需求，就是说函数的连续性必须达成某种要求。6.联立方程组是有限元分析方法的结果，它的算法包括直接、迭代、随机。近似值是连接点状态不确定量的求解结果。把求解结果和设计要求的阈值相互对比，从而得到结果的是否准确。
一言以蔽之，有限元分析总的来说，能够拆开成三大主要部分，第一个是前置处理，第二个是近似求解，最后则为后置处理。构成有限元分析体，是前置处理，并最终实现划分网格。另一方面，吸收采纳分析结果，将重要的信息传达给受众便是后置处理的主要工作和任务。
目 录
第一章 绪论1
1.1有限元分析概述1
1.2选题背景1
1.2.1分离机的介绍、发展1
1.2.2有限元分析技术的介绍、发展2
1.3设计任务4
第二章 三维建模5
2.1分离机花键套二维图5
2.2建模过程5
第三章 有限元分析过程15
3.1Hypermesh网格划分15
3.2Hypermesh赋材料17
3.3Hypermesh加约束和载荷18
3.4ABAQU计算20
第四章 结果分析与结论24
结束语25
致谢26
参考文献27
第一章 绪论
1.1有限元分析概述
有限元分析方法，是一类效率高、频繁使用的数学算法。在多个计算机辅助计算领域，常常需要求出各种微分方程，而许多的解析解通常不容易得出，借助有限元分析方法把微分方程分离解散化之后，能够编写程序，借助电脑帮助求解。有限元分析法一开始是在积分变换原理的之上进化而来，因此被应用来解决各种物理系统问题中。它借助数学中极限的思想对现实存在的系统仿真，同时借助“有限元”来实现用可知数目的不可知量去无限靠近无数个不可知量的仿真物理。
有限元技术其本质上是以相对好懂的问题来解决相对难弄明白的问题，它把求解域当成是由很多个被称之为“单元”的相互连接的子域构成，对于每个单元假设一个适合的近似的解，接着推出解出域的所有的达成条件，最后得出该问题的最终解。这个最终解不是准确的解，而是近似解，这是由于原本复杂的问题被相对简单的问
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
题替换了。因为占了大多数的实际问题不容易算出正确解，但是有限元计算准确度不低，可以应用于各个相对难以处理的形体，所以能够做为高效的工程分析方法。
有限元是诸多离散单元集合之后可以代表实际连续域的概念，其几百年前就已经诞生，而且得到了应用。有限元法在一开始被叫做矩阵近似法，被用在计算航空航天领域的结构强度的计算中，因为它的便捷、实用和高效，吸引了力学领域的专家们的关注的目光。伴随着电脑科技的迅猛发展，有限元方法很快被广泛的应用到更多的科学研究领域，变成了一个效率高、使用频繁的数学算法。
1.2选题背景
1.2.1分离机的介绍、发展
分离机：在古时候的我国，百姓们将绳子的一头绑在瓦罐，用手抓住绳子的另一头，将瓦罐甩开抡圆，从而产生离心力把果实的汁水压榨出来，这就是离心分离机的最开始的雏形。
1950年左右，欧洲出现了最早的工业离心机，这些离心机都是间歇运作与手动去渣。
在二十世纪上半叶因为去渣部件的进步，发明了可以持续工作的离心机，间歇式工作的由于能够自动化实现了发展。
瓦拉尔是十八世纪的瑞典发明家，他发明了一种可以从奶油中分离出奶酪的离心机，它以一个空空的筒子做为转鼓。之后转鼓中添加了圆锥形的碟片，大大改善了使用效果，这一项重大的发明改进促使了碟式分离机的迅猛发展。离心机的转速逐渐变高，转鼓渐渐变大，分离效果慢慢变好，处理能力很快变强。
工作原理：分离机有一个最为重要和关键的构件便是以超高速度自旋的圆筒——转鼓，它一般用电动马达驱使。原液被添加进转鼓之后，快速的开始同步旋转，离心力把各个成分分开，随后依次排泄。一般来说，转鼓的速度更高，工作的效率也更高。
离心分离机分为离心过滤与沉降这二者不同的分离类型。1.离心过滤：原液在离心力的作用下产生离心压力，并进一步施加在过滤网上，使之通过其中变为相对纯净的过滤物。同时颗粒物残留在网上，变为渣滓，最后实现两者的分离。此类过滤中，转鼓上布有孔，在其内垫上滤网。2.离心沉降：依靠原液不同组成成分之间密度的差异，离心施加压力，快速分离，最终得到原液的分离。这一类离心机的转鼓没有孔位。
离心分离机的研发趋势：1.进一步增强分离效率，将转鼓的速度加快；在工作过程中提供新的推力和动力；加快清渣效率和速度；延长离心沉降分离的时长。2.研发巨大化的离心分离机，其核心点在于增加转鼓直径的大小，还有选装两面的转鼓增强工作效率和分离能力，降低使用和维护费用。3.改善连续化的去渣装置结构。4.添加转鼓离心机的拼装组合，以应对多个分离条件。5.在研发技术方面，其核心工作在于是流体流动和废渣产生相互作用的理论，研究分离算法，分析应力和强度。6研究发展离心机工作工程最为高效的控制方法。
1.2.2有限元分析技术的介绍、发展
有限元分析方法和诸多求解相似度方法的最本质上的不同在于的它的相似度只局限在无数个较小的区域里。克拉夫在1960年左右第一次提出工程力学运算的分析理论，生动的把它描述成：“有限元分析法=拉格朗日算法+分片函数”，就是说有限元分析法是拉格朗日算法的其中一个分支和一个特别的方面。有限元分析法把函数定义于相对简单的几何平面和几何体上的单元区间内，即分片函数，同时不用顾及所有定义域的复杂的边界条件，这是与拉格朗日算法这种需要满足所有定义域边界条件的许可函数最大的区别，同时，这也是有限元分析法比诸多近似算法高效和普及的原因。
步骤方法：1.结合现实情况近乎确定有解域的物理特征和形状分布，这便是问题和求解域的确定。
2.把有解域近乎看作具备不一样模样和大小，但是又相互连接的可知数量的基本元构成的离散，这就是划分网格。很容易看出，随着网格越划越小，离散区的近似度也越来越高，其结果准确率也更高，然而同时该问题的计算任务变得更加庞大，因此这也是有限元分析方法的最为重要的技术。3.一般来说，实际存在的物理问题能够被一组具有变量、状态以及条件的微分方程写出来，同时要满足有限元的求解，就要把它转化为一个相等的函数表达式。4.推出有限数量基本元的式子，便是一个相对合适的近似解，这里面涵盖正确的坐标系以及单元函数，并依据各个诸多不同变量之间存在的相互离散，最终构成单元矩阵。单元的导出也必须依照诸多法则，这是因为确保实际问题在求出近似解时的收敛性。而在机械设计领域，最为关键的是性能和约束，比如说形状需要更加规范，不能出现畸变的形状，因为这会极大的影响准确率，甚至会导致实际问题最后无解。5.联立方程组体现了近似解的离散需求，就是说函数的连续性必须达成某种要求。6.联立方程组是有限元分析方法的结果，它的算法包括直接、迭代、随机。近似值是连接点状态不确定量的求解结果。把求解结果和设计要求的阈值相互对比，从而得到结果的是否准确。
一言以蔽之，有限元分析总的来说，能够拆开成三大主要部分，第一个是前置处理，第二个是近似求解，最后则为后置处理。构成有限元分析体，是前置处理，并最终实现划分网格。另一方面，吸收采纳分析结果，将重要的信息传达给受众便是后置处理的主要工作和任务。
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