工字支承座结构静力学分析及优化设计(附件)【字数：8259】
摘 要工字支承座指工字型断面的支承座。主要起到支撑和定位作用，因此需要受到较大的力。本文将对工字支承座进行有限元分析，通过应力分析软件Hypermesh13.0对支承座的结构进行应力分布和形变的分析，并根据分析结果进行结构上的优化。在进行分析时，对工字支承座设置合理的网格划分和条件约束。通过应力分布云图找到最大应力点并进行结构改善。并将改善后的结果进行屈服强度的对比，如未达到要求则继续改善直至达到结构优化的目的。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 有限元分析的概念 1
1.3 有限元国内外发展状况 2
1.4 课题研究内容与目标 3
第二章 零件建模过程 4
2.1 UG NX软件的概述 4
2.2 零件图的分析 5
2.3 零件的建模 6
第三章 有限元分析 11
3.1 HyperMesh软件的概述 11
3.2 基本假设 11
3.3 有限元分析模型建立 11
3.3.1 电机支架的网格划分 12
3.3.2 参数设置 13
3.3.3 边界条件 14
第四章 计算结果分析与优化 18
4.1 应力与变形分析 18
4.2 优化设计 20
第五章 总 结 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪 论
1.1 课题背景与意义
随着工业的发展，支撑座被运用在生产制造的各个领域，其中工字支撑座因为其结构简单，抗弯能力强等优点被较为广泛的应用。它的工作性能，使用寿命等问题直接关系到工字支撑座的工作效率。因此验证工字支撑座的结构并优化工字支撑座，使其结构更加合理对提高工字支撑座的工作性能和使用寿命具有十分重要的意义。本文将通过有限元的方法对工字支撑座进行分析和结构优化。
由于工字支撑座运用较为广泛，因此产品的生产周期和生产成本应控制在合理范围内，有限元分析法能在产品的设计过程中发挥关键的作用。在当前的大环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
境下，有限元分析已经成为了当今设计环节不可缺少的重要组成部分，通过深入研究该课题，综合学校学习知识，学习和运用有限元软件。
1.2 有限元分析的概念
用有限元法求解复杂问题。我们通常先用一个比较简单的问题去取代一些复杂的难以求解的问题，然后用相关的数学方法去推出相应复杂问题所需要的答案。因为实际的问题被一个更简单的问题所取代，由于误差的存在，我们在问题的转换过程中不可避免的会造成这样或者那样的偏差。因为有限元计算所求得的解相比较而言准确度很高，而且在各种形状中都能游刃有余，所以广受欢迎。
有限元分析的基本步骤通常为：
第一步 前处理。根据实际问题定义求解模型，包括以下几个方面:
(1) 定义单元类型；
(2) 定义单元的材料属性；
(3) 定义单元的几何属性，如长度、面积等；
(4）定义单元的连通性；
(5) 定义单元的基函数；
(6) 定义边界条件；
(7) 定义载荷
第二步 总装求解: 将单元总装成整个离散城的总矩阵方程(联合方程组)。
第三步 后处理: 对所求出的解根据有关准则进行分析和评价。
1.3 有限元国内外发展状况
无论是零件的结构分析还是一些相关工程的求解，有限元法都能十分出色的 完成任务，上个世纪六十年代以来在国家的推动下，我国相关科研人员在对有限元的研究上取得了空前的进步。正因为如此，有限元在功能上也不断完善，尤其在设计和相关工程方面。在国内外众多科学家的努力下，有限元素的开发与应用呈现出多元化的趋势。专业化和精细化都有很长的路要走。国外有限元法(fem)在工程设计和科学研究价值和应用领域越来越广泛，尤其在工程方面大放异彩，不论是航天领域还是汽车领域都难以离开有限元分析。
有限元在国外的后期发展能够归为以下四个方面：第一，建立了严格的数字和工程学基础[3]；第二，它的应用范围扩展到了除了在结构力学上的广泛应用，它的应用范围已经扩展到了众多的领域；第三，收敛性得到了进一步研究，形成了系统的误差估计理论；第四，有限元软件除了在科学研究和工程计算领域的应用，其它相关的商业应用软件也得到了相应的发展。
为了满足强度与刚度的要求，我国东风107和东风113飞机由于要对机翼的改良，出于对效率的提高与对成本的节约，所以在设计环节使用了有限元分析去解决小展弦比机翼在计算上所造成的难题。
由于机翼需要较强的强度与刚度去满足厚度与应力相关的要求，可是传统方面的计算方法已经不能去解决结构繁琐，机翼内部空间不大等等所带来的一系列难题，这时我们就需要一种全新的方法去解决这些传统分析法所不能解决的问题。并且颤振分析又是设计上一座不得不跨越的高峰，由于当时国内技术水平的落后，我们对该问题束手无策，换句话说，有限元分析法就应时而生，因为其强大的功能在相关领域内独领风骚，一枝独秀。正因为如此，有限元法就理所当然的应用到了机翼的相关结构分析中，所以我国在相关技术层面上真正的站了起来，不再受国外的制约。使得机翼的相关研究成果获得业内人士的一致认可。图11为飞机机翼应力分析云图。
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图11飞机机翼有限元应力分析云图
1.4 课题研究内容与目标
尤其在机械相关领域有限元法有着不可或缺的重要地位，不仅原理通俗易懂，而且提高的工作效率十分喜人。在本课题中我们研究的零件是工字支撑座。齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。齿轮轴转动需要轴承支撑，在各类机械产品中常常需要不同高度支撑座来使轴承安装满足定位精度的要求。工字型截面支撑座由于其抗弯性能好，节省材料而得到大量应用。然而，如果支撑轴传动力过大，会导致工字支撑座的变形甚至断裂，影响传动效率和精度。因此，有必要对工字支撑座进行静力变形和强度分析，进行结构优化，减小应力变形，使之符合使用要求。出于对网格划分精度的考虑，用一个专业性能强的软件是十分必要的，Hypermesh能够出色的达到我们所需要的各种要求，工字支撑座更是不在话下。我们将在众多优化方案中最恰当的那一个称为优化设计。他是基于数学理论通过计算机辅助建立的一个有关于最大应力与形变量的数学函数，在满足各种限制的前提下，找到一个最为合适的零件设计方案才是我们所需要的。 第二章 零件建模过程
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 有限元分析的概念 1
1.3 有限元国内外发展状况 2
1.4 课题研究内容与目标 3
第二章 零件建模过程 4
2.1 UG NX软件的概述 4
2.2 零件图的分析 5
2.3 零件的建模 6
第三章 有限元分析 11
3.1 HyperMesh软件的概述 11
3.2 基本假设 11
3.3 有限元分析模型建立 11
3.3.1 电机支架的网格划分 12
3.3.2 参数设置 13
3.3.3 边界条件 14
第四章 计算结果分析与优化 18
4.1 应力与变形分析 18
4.2 优化设计 20
第五章 总 结 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪 论
1.1 课题背景与意义
随着工业的发展，支撑座被运用在生产制造的各个领域，其中工字支撑座因为其结构简单，抗弯能力强等优点被较为广泛的应用。它的工作性能，使用寿命等问题直接关系到工字支撑座的工作效率。因此验证工字支撑座的结构并优化工字支撑座，使其结构更加合理对提高工字支撑座的工作性能和使用寿命具有十分重要的意义。本文将通过有限元的方法对工字支撑座进行分析和结构优化。
由于工字支撑座运用较为广泛，因此产品的生产周期和生产成本应控制在合理范围内，有限元分析法能在产品的设计过程中发挥关键的作用。在当前的大环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
境下，有限元分析已经成为了当今设计环节不可缺少的重要组成部分，通过深入研究该课题，综合学校学习知识，学习和运用有限元软件。
1.2 有限元分析的概念
用有限元法求解复杂问题。我们通常先用一个比较简单的问题去取代一些复杂的难以求解的问题，然后用相关的数学方法去推出相应复杂问题所需要的答案。因为实际的问题被一个更简单的问题所取代，由于误差的存在，我们在问题的转换过程中不可避免的会造成这样或者那样的偏差。因为有限元计算所求得的解相比较而言准确度很高，而且在各种形状中都能游刃有余，所以广受欢迎。
有限元分析的基本步骤通常为：
第一步 前处理。根据实际问题定义求解模型，包括以下几个方面:
(1) 定义单元类型；
(2) 定义单元的材料属性；
(3) 定义单元的几何属性，如长度、面积等；
(4）定义单元的连通性；
(5) 定义单元的基函数；
(6) 定义边界条件；
(7) 定义载荷
第二步 总装求解: 将单元总装成整个离散城的总矩阵方程(联合方程组)。
第三步 后处理: 对所求出的解根据有关准则进行分析和评价。
1.3 有限元国内外发展状况
无论是零件的结构分析还是一些相关工程的求解，有限元法都能十分出色的 完成任务，上个世纪六十年代以来在国家的推动下，我国相关科研人员在对有限元的研究上取得了空前的进步。正因为如此，有限元在功能上也不断完善，尤其在设计和相关工程方面。在国内外众多科学家的努力下，有限元素的开发与应用呈现出多元化的趋势。专业化和精细化都有很长的路要走。国外有限元法(fem)在工程设计和科学研究价值和应用领域越来越广泛，尤其在工程方面大放异彩，不论是航天领域还是汽车领域都难以离开有限元分析。
有限元在国外的后期发展能够归为以下四个方面：第一，建立了严格的数字和工程学基础[3]；第二，它的应用范围扩展到了除了在结构力学上的广泛应用，它的应用范围已经扩展到了众多的领域；第三，收敛性得到了进一步研究，形成了系统的误差估计理论；第四，有限元软件除了在科学研究和工程计算领域的应用，其它相关的商业应用软件也得到了相应的发展。
为了满足强度与刚度的要求，我国东风107和东风113飞机由于要对机翼的改良，出于对效率的提高与对成本的节约，所以在设计环节使用了有限元分析去解决小展弦比机翼在计算上所造成的难题。
由于机翼需要较强的强度与刚度去满足厚度与应力相关的要求，可是传统方面的计算方法已经不能去解决结构繁琐，机翼内部空间不大等等所带来的一系列难题，这时我们就需要一种全新的方法去解决这些传统分析法所不能解决的问题。并且颤振分析又是设计上一座不得不跨越的高峰，由于当时国内技术水平的落后，我们对该问题束手无策，换句话说，有限元分析法就应时而生，因为其强大的功能在相关领域内独领风骚，一枝独秀。正因为如此，有限元法就理所当然的应用到了机翼的相关结构分析中，所以我国在相关技术层面上真正的站了起来，不再受国外的制约。使得机翼的相关研究成果获得业内人士的一致认可。图11为飞机机翼应力分析云图。
/
图11飞机机翼有限元应力分析云图
1.4 课题研究内容与目标
尤其在机械相关领域有限元法有着不可或缺的重要地位，不仅原理通俗易懂，而且提高的工作效率十分喜人。在本课题中我们研究的零件是工字支撑座。齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式。齿轮轴转动需要轴承支撑，在各类机械产品中常常需要不同高度支撑座来使轴承安装满足定位精度的要求。工字型截面支撑座由于其抗弯性能好，节省材料而得到大量应用。然而，如果支撑轴传动力过大，会导致工字支撑座的变形甚至断裂，影响传动效率和精度。因此，有必要对工字支撑座进行静力变形和强度分析，进行结构优化，减小应力变形，使之符合使用要求。出于对网格划分精度的考虑，用一个专业性能强的软件是十分必要的，Hypermesh能够出色的达到我们所需要的各种要求，工字支撑座更是不在话下。我们将在众多优化方案中最恰当的那一个称为优化设计。他是基于数学理论通过计算机辅助建立的一个有关于最大应力与形变量的数学函数，在满足各种限制的前提下，找到一个最为合适的零件设计方案才是我们所需要的。 第二章 零件建模过程
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