金剛石砂輪設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 課題：金剛石砂輪的修正 系 部：機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)電一體化 班 級(jí)：高機(jī)電 033 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2007 5 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 目錄 摘要 -3 第一章 序言 -3 1.2 激光修整超硬磨料砂輪的原理 -3 1.3 激光修整金剛石砂輪的試驗(yàn) -4 1.4 激光修銳后砂輪表面的微觀形貌 -5 1.5 有限元計(jì)算條件 -7 第二章 有限元熱分析原理的簡(jiǎn)介 -8 2.1.3 偶合場(chǎng)分析 -8 2.2 熱分析的基礎(chǔ)知識(shí) - 11 2.3瞬態(tài)熱分析 - 11 第三章 有限元分析的步驟 - 15 3.1：定義單元類型 - 15 3.2：定義材料性能參數(shù) -15 3.3：建立模型 -16 3.4：劃分網(wǎng) 格 - 18 3.5：加載求解 -20 3.6：查看計(jì)算結(jié)果 -25 第四章 結(jié) 論 - -27 結(jié)束語 -28 謝辭 -29 參考文獻(xiàn) -30 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 摘要 目前，金剛石砂輪在陶瓷或其他超硬材料的加工中已得到了普遍的應(yīng)用，特別是在精密磨削中，呈現(xiàn)出加工精度高、速度快、磨輪使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。金屬和樹脂結(jié)合劑砂輪由于結(jié)合劑強(qiáng)度高，有利于提高磨削速度，在應(yīng)用中占有重要的地位。 使用金剛石砂輪加工有許多優(yōu)點(diǎn)，但金剛石砂輪的自銳性能較普通砂輪差，又加上金剛石的高硬度，使得金剛石砂輪的修 整比較困難。 光學(xué)曲面磨床上的金剛石砂輪不允許有任何形式的冷卻液。而傳統(tǒng)的金剛石工具修整法、普通砂輪修整法、散粒磨料修整法、都需要冷卻液；而電解修整法、電火花修整法，也都是在工作液中進(jìn)行的。所以它們都不能適用于無工作液的情形。而激光修整法，由于不需要冷卻液而成為可選擇的方法。 第一章 序言 1.2 激光修整超硬磨料砂輪的原理 激光加工具有高功率密度、高注入速度、高加工效率、無工具損耗、非接觸、易控制和無公害等特點(diǎn)。利用光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦成極小的光斑作用于砂輪表面，理論上光的功率密度可達(dá)到 810 1010 W/ 2cm 可在極短的時(shí)間內(nèi)使砂輪局部表面的材料熔化或氣化，以達(dá)到修整目的 .如激光功率密度足夠高，可同時(shí)去除砂輪表面的金剛石磨粒和結(jié)合劑材料，達(dá)到砂輪整形的目的。金剛石磨料與結(jié)合劑材料的光學(xué)和熱物理性能相差較大，激光照射在砂輪表面時(shí)，金剛石對(duì)激光的吸收率一般在 0.10.3之間，而黃銅、鑄鐵等金屬結(jié)合劑對(duì)激光的實(shí)際吸收率在 0 7以上，樹脂結(jié)合劑激光吸收率可達(dá)0 9以上。所以砂輪的結(jié)合劑 要比金剛石磨粒吸收更多的激光能量。此外，金剛石的熱導(dǎo)率是 146W (m )，分別是黃銅和樹脂結(jié)合劑的 3倍和 350倍，其熱擴(kuò)散率是 82 smm/2 ，分別是黃銅和樹脂結(jié)合劑的 5倍和 400倍，金剛石的熔點(diǎn)是3700 4000 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于結(jié)合劑材料。因此，通過控制激光畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 參數(shù)可選擇性地去除砂輪表面的結(jié)合劑材料，而不損傷金剛石磨粒，使砂輪表面具有一定的磨粒突出高度和容屑空間，達(dá)到修銳砂輪的目的。 1.3 激光修整金剛石砂輪的試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)在多功能激光加工機(jī)上進(jìn)行，采用 HJ-3000橫流2CO激光器，額定輸出功率 3kw，機(jī)床為單臂懸梁式結(jié)構(gòu)，西門子802C數(shù)控控制， 4軸 3聯(lián)動(dòng)。分別對(duì)黃銅和樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行激光修整試驗(yàn)。利用 VH一 800三維數(shù)字顯微鏡觀察激光作用前后金剛石砂輪表面的微觀形貌。激光掃描過程中若能量密度過大會(huì)引起結(jié)合劑過熔而削弱結(jié)合劑對(duì)磨料的把持能力，同時(shí)還會(huì)對(duì)金剛石產(chǎn)生不利影響；若能量密度過小則不能熔化結(jié)合劑，起不到修整的作用。因此合理確定激光功率、掃描速度及焦點(diǎn)高度等基本參數(shù)對(duì)修整效果非常關(guān)鍵。設(shè)激光光斑直徑為 d(mm)，掃描速度 為 (mm/min)，功率為 P(W)，則單位掃描面積上的平均能量 E 可表達(dá)為 2/6000 cmJdv PE 對(duì)于給定的結(jié)合劑材料，根據(jù)上面的分析可知， E必須在某個(gè)相應(yīng)的范圍內(nèi)取值，即存在上下限。激光功率、掃描速度及焦點(diǎn)高度 (影響激光光斑直徑 )最終通過式 (1)對(duì)修銳效果綜合產(chǎn)生影響。激光修銳砂輪時(shí)，激光束垂直作用于砂輪表面，通過數(shù)控系統(tǒng)控制砂輪的切向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度，激光器控制激光輸出功率，砂輪表面離光束焦點(diǎn)的距離為 2mm。試驗(yàn)裝置實(shí)物照片如圖 1所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 1.4 激光修銳后砂輪表面的微觀形貌 樹脂結(jié)合劑、黃銅結(jié)合劑金剛石砂輪磨損后的表面形貌分別見圖 2、圖 3。 金剛石砂輪磨損形式主要表現(xiàn)為磨粒脫落、破碎和磨耗，砂輪表面的有效磨粒數(shù)減少，磨粒突出高度和容屑空間減少。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 經(jīng)過修銳后的樹脂結(jié)合劑、黃銅結(jié)合劑金剛石砂輪表面的微觀形貌分別見圖 4、圖 5。 一 從圖中可看出，單顆金剛石磨粒形狀完整，未產(chǎn)生損傷。樹脂結(jié)合劑是高分子材料，沒有固定熔點(diǎn)，在激光作用下表面局部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其分解溫度 350 ，樹脂材料以氣化形式被去除，去除量均勻。對(duì)于黃銅結(jié)合劑而言，當(dāng)材料表面溫度升到稍低于其蒸發(fā)溫度時(shí)，固 態(tài)金屬首先熔化，繼而出現(xiàn)氣相，金屬蒸氣攜液相一起噴出。金屬氣化后，激光仍繼續(xù)提供能量，而金屬蒸氣比固態(tài)金屬吸收更多的激光能量，使照射區(qū)域的底部形成更強(qiáng)烈的金屬噴射和飛濺。激光作用停止后，部分濺出的液相金屬形成再結(jié)晶的球狀物附著在砂輪表面，熔化而未濺出的液相金屬在凹坑周圍形成再結(jié)晶層。修銳后的砂輪表面具有較大的磨粒突出高度和容屑空間。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 1.5 有限元計(jì)算條件 由于砂輪是一種非均質(zhì)多相的各相異性的復(fù)合材料，并且砂 內(nèi)各點(diǎn)的屬性隨溫度變化而變化，因此要對(duì)砂輪體內(nèi)的每一點(diǎn)的屬性作出計(jì)算，其計(jì)算量和難度都相當(dāng)大。麥 克斯韋研究了兩相混合物的導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式 1x2x11x22x11m 上式中的 m 為金剛石砂輪混合物的導(dǎo)熱系數(shù)； x= 21/ 為樹脂結(jié)合劑或金屬結(jié)合劑導(dǎo)熱系數(shù)與金剛石砂輪磨粒導(dǎo)熱系數(shù)之比； 為金剛石磨粒的體積分?jǐn)?shù)。另外科伯 -奈曼定律給出了兩混合物的比熱容的計(jì)算公式為 NCMCC BpApp 式中的 ApC是 A 相金屬的比熱容，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 M； BPC是 B相屬比熱容，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 N。 邊界條件的處理如下：激光輔助機(jī)械修整金剛石砂輪相 在其上施加一個(gè)局部瞬時(shí)熱源，熱流密度為 2D4/P ， P為激光功率， D 為光班直徑，作用時(shí)間為 D/V；工作出使溫度溫度為砂輪周圍環(huán)境溫度 25 C ；對(duì)流換熱系數(shù)為200 Cm/W 2 ；其他計(jì)算條件如下圖所示。 表 1 激光輔助機(jī)械修整金剛石砂輪的條件 Characteristics Parameters Diamondwheel 1A1/T2 100x10x20x4RVD150 M75 Speed of wheel/(mm/s) 6 Power of continuous 2CO laser/W 55 Distance from laser focus /mm +2 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 表 2 聚酰亞胺和金剛石的熱物理特性 Polyimide Diamond Density /(g/ 3cm ) 1.38 3.483.56 Thermal conductivity /W/(m.K) 0.350.95 146 Specific heat /J/(kg.K) 11301297 509 Melting point / C 250400 37004000 有以上 的公式和砂輪的材料性能參數(shù)可以得到砂輪的密度為2.985g/ 3cm ,熱系數(shù)為 6.2 W/(m.K)；比熱容為 464.13 J/(kg.K)其熱流密度為 1100Kw/ 2m 。 第二章 有限元熱分析原理的簡(jiǎn)介 2.1.3 偶合場(chǎng)分析 ANSYS 不僅能解決純粹的熱分析問題，還能解決與熱相關(guān)的其他諸多問題，如熱 應(yīng)力、熱 電、熱 磁等。我們稱這類涉及兩個(gè)或多個(gè)物理場(chǎng)相互作用的問題為偶合場(chǎng)分析。 ANSYS 提供了兩種 分析偶合場(chǎng)的方法：直接偶合和間接偶合。 1.1.1 直接偶合法 直接偶合解法的偶合單元包含所以必須的自由度，僅僅通過一次求解就能得出偶合場(chǎng)分析結(jié)果。這種方法實(shí)際上是通過計(jì)算包含所以必須項(xiàng)的單元矩陣或單元載荷向量來實(shí)現(xiàn)的。 下面列出了所以與熱分析相關(guān)的偶合場(chǎng)單元。 PLANE 13 維度： 2-D 偶合場(chǎng)：熱 應(yīng)力 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 4 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移、電勢(shì)、矢量磁位 CONTACT 48 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 維度： 2-D 偶合場(chǎng)：熱 應(yīng)力 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 3 自由度：溫度、結(jié) 構(gòu)位移 CONTACT 49 維度： 3-D 偶合場(chǎng)：熱 應(yīng)力 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 5 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移 FLUID 66 維度： 3-D 偶合場(chǎng)：熱 流體 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 2 或 4 自由度：溫度、壓力 FLUID 116 維度： 3-D 偶合場(chǎng)：熱 流體 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 2 或 4 自由度：溫度、壓力 SOLID 5 維度： 3D 偶合場(chǎng)：熱 應(yīng)力、熱 電 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 8 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移、電勢(shì)、磁標(biāo)勢(shì) SOLID 98 維度： 3-D 偶合場(chǎng)：熱 應(yīng)力、熱 電 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 10 自由度：溫度、結(jié)構(gòu)位移、電勢(shì)、矢量磁位 PLANE 67 維度： 2-D 偶合場(chǎng)：熱 電 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 4 自由度：溫度、電勢(shì) LINK 68 維度： 3-D 偶合場(chǎng)：熱 電 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 2 自由度：溫度、電勢(shì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 SOLID 69 維度： 3-D 偶合場(chǎng)：熱 電 節(jié)點(diǎn)數(shù)： 8 自由度：溫度、電勢(shì) SHELL 157 維度： 3-D 偶合場(chǎng)：熱 電 節(jié)電數(shù)： 4 自由度：溫度、電勢(shì) 間接偶合 間接偶合法又稱序貫偶合法，通過把第一次場(chǎng)分析的結(jié)果作為第二次場(chǎng)分析的載荷來實(shí)現(xiàn)兩種場(chǎng)的偶合。例如熱 應(yīng)力偶合分析是將熱分析得到的接點(diǎn)溫度作為載荷施加在后序的應(yīng)力分析中來實(shí)現(xiàn)偶合的。 圖 1-5為間接偶合法數(shù)據(jù)流圖，先進(jìn)行分析 1 的計(jì)算，產(chǎn)生的結(jié)果文件 1。然后將其載入到分析 2 中，進(jìn)行計(jì)算后，最后形成結(jié)果文件 2。 2.2 熱分析的基礎(chǔ)知識(shí) 2.2.1 三種基本傳熱方式 傳導(dǎo) 當(dāng)物體內(nèi)部存在溫度差時(shí)，熱量將從高溫部分傳遞到低溫部分；而且不同溫度的物體相 互接觸時(shí)熱量會(huì)從高溫物體傳遞到低溫物體。這種熱量傳遞的方式稱為熱傳導(dǎo) 。 分析 1 分析 2 結(jié)果文件 1 結(jié)果文件 2 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 對(duì)流 對(duì)流是指溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的熱量傳遞方式。高溫物體表面常常發(fā)生對(duì)流現(xiàn)象。這是因?yàn)楦邷乇砻娓浇目諝庖蚴軣岫蛎?，密度降低并向上流?dòng)。與此同時(shí)，密度較大的冷空氣將下降并代替原來的受熱空氣。 輻射 與傳導(dǎo)和對(duì)流不同，熱輻射是通過電磁波的方式傳遞能量的過程。輻射不需要物體之間的直接接觸，也不需要任何中間介質(zhì)。 同一物體，溫度不同時(shí)的熱輻射能力不一樣，溫度相同的不同物體的熱輻射能力也不一樣。同一溫度下黑體的熱輻射能 力最強(qiáng)。 自然界中的任何物體都在不斷地向周圍空間發(fā)射輻射能，并吸收來自空間其他物體的輻射能。這種輻射和吸收過程的綜合作用便形成了輻射換熱過程。 2.2.2熱分析基本材料屬性 用 ANSYS 進(jìn)行熱分析時(shí)，需要給出每一實(shí)體材料屬性。與熱分析直接相關(guān)的屬性包括：熱傳導(dǎo)率、比熱容，焓、對(duì)流換熱系數(shù)、輻射系數(shù)、生熱率。 比熱容 比熱容是指單位質(zhì)量的物質(zhì)每升高（或降低） 1C 所吸收（或放出）的熱量。單位為 J/Kg.C) 焓 焓的定義式為： H=U+PV 式中， H 為焓， U 為內(nèi)能， P、 V 分別為壓力和溫度。 生熱率 生熱率既可用作材料屬性賦予材料，又可用作體載荷施加到單元上，用以模擬化學(xué)反應(yīng)生熱或電流生熱，其單位是單位體積的熱流率。 2.3 瞬態(tài)熱分析 2.3.1 瞬態(tài)熱分析的應(yīng)用 溫度場(chǎng)隨時(shí)間而發(fā)生變化的傳熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)傳熱。實(shí)際上，無論是在自然界還是在工程中，絕大部分傳熱過程畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 都是非穩(wěn)態(tài)傳熱。這類傳熱按照其過程進(jìn)行的特點(diǎn)，可分為周期性傳熱和非周期性傳熱兩種。在周期性傳熱過程中，導(dǎo)熱物體內(nèi)的溫度以一定的規(guī)律，隨時(shí)間周期性變化。如自然界大地表層土壤在一晝夜和一年四季中，它的溫度場(chǎng)都是周期性變化的。又如在穩(wěn)定情 況下運(yùn)行中的往復(fù)式熱機(jī)，汽缸壁內(nèi)的導(dǎo)熱也是周期性的。而在非周期性的傳熱過程中物體內(nèi)的溫度隨著時(shí)間的不斷升高或降低，并在經(jīng)歷相當(dāng)長時(shí)間后逐漸趨于周期介質(zhì)的溫度而最終達(dá)到平衡。這類傳熱過程又稱為瞬態(tài)傳熱。如熱力機(jī)械的啟動(dòng)過程和挺機(jī)過程，各種熱處理過程中的工件被加熱或被冷卻時(shí)，都是瞬態(tài)傳熱。 2.3.2 瞬態(tài)熱分析的基本步驟 ANSYS 瞬態(tài)熱分析的基本步驟包括構(gòu)件模型、施加載荷、求解與后處理。 構(gòu)建模型 模型的夠建步驟如下所示： （ 1） 確定作業(yè)名，標(biāo)題與單位 （ 2） 進(jìn)入 Preprocessor 前處理。 （ 3） 設(shè)置單元類型，設(shè)置單元選 項(xiàng)，定義單元實(shí)常數(shù)； （ 4） 設(shè)置材料屬性。 （ 5） 創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格 。 施加載荷計(jì)算 定義分析類型 若進(jìn)行新的瞬態(tài)熱分析 GUI： Main Menu/Solution/AnslysisType/Transient 若接著上次的計(jì)算繼續(xù)進(jìn)行分析 GUI： Main Menu/Solution/AnslysisType/Restart 設(shè)置熱分析的初始條件 1 設(shè)置均勻溫度場(chǎng) 如果已知模型的初始溫度是均勻的，可設(shè)定所以的節(jié)點(diǎn)的初始溫度值。 點(diǎn)擊 Main Menu/Solution/Loads-Setting/Uniform Temp。 2. 設(shè)置參考溫度 定義參考溫度是用于熱應(yīng)變的計(jì)算，熱應(yīng)變?cè)跀?shù)值上等于 a*(T-TREF),其中 a 為熱膨脹系數(shù)， TREF 為參考溫度。參考溫度值默認(rèn)為零，但可通過如下方式進(jìn)行設(shè)定： GUI: Main Menu/Solution/Loads-Setting/Reference Temp,用于輸入?yún)⒖紲囟戎怠?畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 2 設(shè)置節(jié)點(diǎn)溫度 節(jié)點(diǎn)溫度的設(shè)定則可以按如下方法進(jìn)行： GUI: Main Menu/Solution/Loads-Apply/Thermal-Temperature/On node.按 GUI 的方式操作，將出現(xiàn)如圖 4-5 所示的畫面。若節(jié)點(diǎn)溫度值設(shè)為常數(shù)，則該節(jié)點(diǎn)的溫度在整個(gè)瞬態(tài)熱分析過程中將保持不變。當(dāng)然，節(jié)點(diǎn)的溫度也可以通過現(xiàn)存的表格（ Existing Table）或新建表格（ New Table）的方式進(jìn)行設(shè)定。 3 設(shè)置節(jié)點(diǎn)初始溫度 在瞬態(tài)熱分析中，若節(jié)點(diǎn)溫度的初始值是已知的，則可 通 過 如 下 方 法 進(jìn) 行 設(shè) 定 ： Main Menu/Solution/Loads-Apply/Initial Conditn/Define,GUI方式操作，選中欲施加初始溫度值的節(jié)點(diǎn)后，將出現(xiàn)如圖 4-6 所示的畫面，在圖 4-6 中， 從 DOF to be specified 下拉列表中選擇 Temp，并 Initil value of DOF文本框中輸入一定的溫度值，然后點(diǎn)擊 OK 確定，即可定義所選節(jié)點(diǎn)的初始溫度值。 4 通過穩(wěn)態(tài)熱分析獲取初始溫度基本參數(shù) 如果初始溫度場(chǎng)是不均勻的且又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析建立初始條件： 設(shè)定載荷（如已知的溫度、熱對(duì)流等） 寫入載荷步文件： GUI:Main Menu/Preprocessor/Loads/Write LS File 或先求解： Main Menu/Solution/Solve/Current LS 求解 在對(duì)一個(gè)瞬態(tài)熱分析問題進(jìn)行求解時(shí)，與穩(wěn)態(tài)熱分析類似，通常也需要指定一些關(guān)鍵的載荷步選項(xiàng)。其中包括：Time/Frequenc 選項(xiàng)、非線性選項(xiàng)以及輸出選項(xiàng)。 （ 1） Time/Frequenc 選項(xiàng) 指定載荷步的結(jié)束時(shí)間： GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 設(shè)置載荷步的載荷子步數(shù)（或時(shí)間增量） 對(duì)于非線性分析，每個(gè)載荷步需要多個(gè)載荷子步。時(shí)間步長的大小關(guān)系到計(jì)算的精度。步長越小，計(jì)算精度 越 高 ， 同 時(shí) 計(jì) 算 的 時(shí) 間 越 長。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 設(shè)置 Stepped 選項(xiàng)與 Ramped 選項(xiàng) 如果載荷在這個(gè)載荷步是恒定的，需要設(shè)為 Stepped選項(xiàng)；如果載荷值隨著時(shí)間線性變化，則要設(shè)定為Ramped 選項(xiàng)。 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 自動(dòng)時(shí)間步長：本選項(xiàng)為 ON 時(shí)，在求解過程中將自動(dòng)調(diào)整時(shí)間步長。 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps 時(shí)間積分效果：如果將此選項(xiàng)設(shè)定為 OFF，將進(jìn)行熱穩(wěn) 態(tài) 分 析 。 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time Integration （ 1） 非線性選項(xiàng) 若點(diǎn)擊 GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Nonlinear,將出現(xiàn)如圖 3-3 所示的非線性選項(xiàng)對(duì)話框。 （ 2） 求解 GUI:Menu/Solution/Current LS 后處理 對(duì)于瞬態(tài)熱分析問題， ANSYS 提供了兩種后處理方式，POST1 和 POST26。 POST1 用于對(duì)整個(gè)模型在某一載荷步（時(shí)間點(diǎn)）的結(jié)果進(jìn)行后處理： GUI： Main Menu/General Postproc （ 1） 用 POST1 進(jìn)行后處理 進(jìn)入 POST1 后，可以讀取某一時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果： GUI：Main Menu/General Postproc/Read Results/By Time/Freq 如果設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)不在任何一個(gè)子步的時(shí)間帶點(diǎn)上，ANSYS 會(huì)進(jìn)行線性插值。 此外還可以讀取某一載荷步 的結(jié)果： GUI： Main Menu/General Postproc/Read Results/By Load Step 然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類似的方法，對(duì)結(jié)果進(jìn)行彩色云圖顯示、適量圖顯示、打印列表等后處理。 （ 2） 用 POST26 進(jìn)行后處理 首先要定義變量： GUI ： Main Menu/TimeHist Postproc/Define Variables 或列表輸出： GUI： Main Menu/TimeHist Postproc/List Variables 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 第三章 有限元分析的步驟 （ 1） 3.1：定義單元 類型 （ 1） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete 命令，出現(xiàn) Element Types 對(duì)話框。 （ 2） 點(diǎn)擊 Add 按鈕，出現(xiàn) Library of Element Types 對(duì)話框。所示。 （ 3） 在 Library of Element Types 第一列表框中選擇 Thermal Solid,在第二個(gè)列表框中選擇 Brick 8node 70, 在 Element type reference number 文本中輸入 1。 （ 4） 單擊 Apply 按鈕，重新在 Library of Element Types 第一列的對(duì)話框中選擇 Surface Effect, 在第二列表框中選擇 3D thermal 152, 在 Element type reference number 文本框中輸入 2。 （ 5） 單擊 OK 按鈕 ,關(guān)閉 Library of Element Types 對(duì)話框，所選擇的單元類型。 （ 6）單擊 OK 按鈕 , 關(guān)閉 Element Types 對(duì)話框。 3.2：定義材料性能參數(shù) 選擇 Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models 命令，出現(xiàn) Define Material Modle Behavior 窗口。 （ 1） 在 Material Modle Available 一欄中雙擊 Thermal 選項(xiàng)，出現(xiàn)Conductivity 項(xiàng)后雙擊之，然后再雙擊 Isotropic 選項(xiàng)，出現(xiàn)Conductivity for Material Number 1 對(duì)話框，在 KXX 文本中輸入砂輪的混合的導(dǎo)熱系數(shù) 6.2，。 （ 2） 單擊 OK，關(guān)閉 Conductivity for Material Number 1 對(duì)話框。 （ 3） 在 Define Material Modle Behavior 窗口中雙擊 Density 選項(xiàng)，出現(xiàn) Density for Material Number 1 對(duì)話框，在 DENS 文本框中輸入砂輪的混合密度 298。 （ 4） 單擊 OK，關(guān)閉 Density for Material Number 1 對(duì)話框。 （ 5） 在 Define Material Modle Behavior 窗口中雙擊 Spec ific Heat 選項(xiàng)，出現(xiàn) Specific Heat for Material Number 1 對(duì)話框，在 C 文本框中輸入砂輪的混合比熱 464.13，。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 （ 6） 單擊 OK，關(guān)閉 Specific Heat for Material Number 1 對(duì)話框。 （ 7） 在 Define Material Modle Behavior 窗口中雙擊 Convection or Film Coef.選項(xiàng)，出現(xiàn) Convection or Film Coef for Material Number 1 對(duì)話框，在 HF 中輸入砂輪的對(duì)流熱交換系數(shù) 200。 （ 8） 單擊 OK，關(guān)閉 Convection or Film Coef for Material Number 1對(duì)話框。 所定義的材料性能參數(shù)。 （ 9） 選擇 Material|Exit 命令關(guān)閉 Define Material Modle Behavior 窗口。 3.3：建立模型 （ 1） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|In Active CS 命令會(huì)彈出 Create Keypoints In Active CS 對(duì)話框。 （ 2） 在 NTP Keypiont number 文本框中輸入關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào) 1，在X,Y,ZLocation in active CS文本框中分別輸入第 1個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的 3個(gè)坐標(biāo)值 1， 0， 0，單擊 Apply 按鈕。 （ 3） 重新在 NTP Keypiont number 文本框中輸入關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào) 2，在 X,Y,ZLocation in active CS 文本框中分別輸入第 2 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的 3 個(gè)坐標(biāo)值 -1， 0， 0。 （ 4） 單擊 OK按鈕，關(guān)閉 Create Keypoints In Active CS 對(duì)話框。生成如的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。 （ 5 ） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Rectangle|By Dimensions 命令，出現(xiàn) Create Rectangle by Dimensions 對(duì)話框。 （ 6）在 X1,X2 X-coordinates 文本框中分別輸入 0,0.01, 在 Y1,Y2 Y-coordinates 文本框中分別輸入 0.02,0.1, 單擊 OK 按鈕，關(guān)閉 Create Rectangle by Dimensions 對(duì)話框。 （ 6） 將工作面轉(zhuǎn)換到 Y-Z 平面內(nèi)， （ 8 ） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis 命令，出現(xiàn) Sweep Areas about axis 對(duì)話框。 （ 9）在對(duì)話框中輸入 1，單擊 OK 按鈕，然后在輸入 1， 2，單擊 OK， 關(guān)閉該對(duì)話框。同時(shí)彈出新的對(duì)話框。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 （ 10） 在 ARC Arc length in degrees 中輸入 1。 （ 10）單擊 OK，關(guān)閉 Sweep Areas about axis 對(duì)話框。將得到如下 （ 11 ）重新選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis 命令，出現(xiàn) Sweep Areas about axis 對(duì)話框。 （ 12）在 ARC Arc length in degrees 中輸入 -359。 （ 13）單擊 OK，關(guān)閉 Sweep Areas about axis 對(duì)話框。將得到如下圖所示的其余 359 度的砂輪外型。 （ 14 ）選擇 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Glue|Volumes, 彈出 Glue Volumes 對(duì)話框，單擊 Pick All,將著兩部分粘結(jié)在一塊，得到如下圖所示的砂輪模型。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 3.4：劃分網(wǎng)格 （ 1 ）選 擇 Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Default Attribs 命令，將出現(xiàn)Mesh Attributes 對(duì)話框。 （ 2）在 TYPE Element Type number 中選擇 1 SOLIOD70。如下圖所示。 （ 3）單擊 OK，關(guān)閉 Mesh Attributes 對(duì)話框。 （ 4 ）選 擇 Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool 命令，將出現(xiàn) MeshTool 對(duì)話框。如下圖所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 （ 5）選擇 Hex/Wedge,Sweep,然后單擊 Sweep 按鈕，彈出 Volume Sweeping 對(duì)話框， （ 6） 選中要?jiǎng)澐值乃膲K較大的體積，單擊 OK 按鈕，即顯示出其被劃分后的網(wǎng)格情況。 （ 7） 選擇 Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool 命令，將出現(xiàn) MeshTool對(duì)話框。 （ 8） 選擇 Hex/Wedge,Sweep,然后單擊 Sweep 按鈕，彈出 Volume Sweeping 對(duì)話框。 （ 9） 選中要?jiǎng)澐值妮^小的體積，單擊 OK 按鈕，即顯示出其被劃分后的網(wǎng)格情況。 （ 10） 單擊 Close，關(guān)閉 MeshTool 對(duì)話框。將得到如下圖所示的砂輪的網(wǎng)格。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 其局部放大圖如下圖所示。 3.5：加載求解 （ 1） 選擇 Main 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|Elem Attributes 命 令，出現(xiàn) Element Attributes 對(duì)話框。在 TYPE Elenment type number 中選擇 2 SURF152,如下圖所示。 （ 2） 單擊 OK，關(guān)閉 Element Attributes 對(duì)話框。 （ 3） 選擇 Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis 命令，出現(xiàn) New Analysis 對(duì)話框。 （ 4） 選中 Transient 單選按鈕，如下圖所示。 （ 5） 單擊 OK 按鈕，出現(xiàn) Transient Analysis 對(duì)話框，如下圖所示，采用默認(rèn)設(shè)置，單擊 OK 按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 （ 6） 選擇 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time Integration|Amplitude Decay命令，出現(xiàn) Time Integration Control對(duì)話框。 （ 7） 在 TIMINT 選項(xiàng)中激活 Off，關(guān) 閉瞬態(tài)分析選項(xiàng)，其他采用默認(rèn)設(shè)置，單擊 OK 關(guān)閉該對(duì)話框。 （ 8） Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step 命令，出現(xiàn) Time And Time Step Options 對(duì)話框。 （ 9） 在 TIME Time at end of Load step 文本框中輸入終止時(shí)間0.01，在 DELTIM Time step size 文本框中輸入時(shí)間步長0.01，其他采用默認(rèn)設(shè)置，單擊 OK 按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 （ 10） 選擇 Utility Menu|Select|Entities 命令，出現(xiàn) Select Entities 對(duì)話框。 （ 11） 在第 1 個(gè)下拉列表框中選擇 Elements,在第 2 個(gè)下拉列表框中選擇 By Attributes,在第 3 選項(xiàng)組中選中 Material num 單選按鈕，在 Min,Max,Inc 文本框中輸入 1。 （ 12） 單擊 Apply 按鈕，在第 1 個(gè)下拉列表框中選擇 Nodes，在第 2個(gè)下拉列表框中選擇 Attached to，在第 3 選項(xiàng)組中選中Elements 單選按鈕，單擊 OK 按鈕。 （ 13） 選擇 Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Temperature|On Nodes 命令，出現(xiàn) Apply TEMP Nodes 對(duì)話框。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 （ 14） 單擊 Pick All 按鈕，出現(xiàn) Apply TEMP on Nodes 對(duì)話框。 （ 15） 在 VALUE Load TEMP value 文本框中輸入 25，單擊 OK 按鈕。 加載環(huán)境溫度后的砂輪如下圖所示。 （ 16） 選擇 Utility Menu|Select|Entities 命令，出現(xiàn) Select Entities 對(duì)話框。 （ 17） 在第 1 個(gè)下拉列表框中選擇 Areas,在第 2 個(gè)下拉列表框中選擇By Num/Pick,在第 3 選 項(xiàng)組中選中 From Full 單選按鈕。 （ 18） 單擊 Apply,出現(xiàn) Select lines 對(duì)話框。 （ 19） 用鼠標(biāo)在熒屏上選取需要加載的面，單擊 OK 按鈕。 （ 20） 在 Select Entities 對(duì)話框中重新進(jìn)行選擇，在第 1 個(gè)下拉列表框中選擇 Nodes，在第 2 個(gè)下拉列表框中選擇 Attached to，在第 3 選項(xiàng)組中選中 Areas,All 單選按鈕，單擊 OK 按鈕。 （ 21） 選擇 Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Heat Flux|On Nodes 命令，出現(xiàn) Apply HFLUX Nodes 對(duì)話框。 （ 22） 單擊 Pick All 按鈕，出現(xiàn) Apply HFLUX on Nodes 對(duì)話框。 （ 23） 在 VALUE Load HFLUX value 文本框中輸入 1100000，單擊OK 按鈕。如下圖所示。 加載后的效果如下圖所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 （ 24） 選擇 Utility Menu|Select|Everything 命令，選中所以的點(diǎn)、線、面、體。 （ 25） 選擇 Main Menu|Solution|Solve|Current LS 命令，出現(xiàn) Solve Current Load Step 對(duì)話框，同時(shí)出現(xiàn) /STATUS Command 窗口 ，選擇 File|Close 命令，關(guān)閉該窗口。如下圖所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 （ 26） 單擊 Solve Current Load Step 對(duì)話框中的 OK 按鈕， ANSYS 開始進(jìn)行求解計(jì)算。 （ 27） 求解結(jié)束時(shí)，出現(xiàn) Solution is done 提示框，單擊 Close 按鈕關(guān)閉該提示框。 （ 28） 選擇 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step 命令，出現(xiàn) Time And Time Step Options 對(duì)話框。 （ 29） 在 TIME Time at end of Load step 文本框中輸入終止時(shí)間 1.3，在 DELTIM Time step size 文本框中輸入時(shí)間步長 0.1，在DELTIM Manimum time step size 文本框中輸入最小的時(shí)間步長 0.1，在 DELTIM Maximum time step size 選項(xiàng)中輸入最大時(shí)間步長 0.5，在 AUTOTS Automatic time stepping 選項(xiàng)組中選中 ON 單選按鈕，如下圖所示，其他采用默認(rèn)設(shè)置，單擊OK 按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 （ 30） 選擇 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time Integration|Amplitude Decay命令，出現(xiàn) Time Integration Control對(duì)話框。 （ 31） 在 TIMINT 選項(xiàng)中激活 ON，打開瞬態(tài)分析選項(xiàng)，其他采用默認(rèn)設(shè)置，如下圖所示，單擊 OK 關(guān)閉該對(duì)話框。 （ 32） 選擇 Main Menu|Solution|Define Loads|Delete|Thermal|Temperture|On Nodes 命令，出現(xiàn) Delete TEMP on Nodes 對(duì)話框，單擊 Pick All 按鈕。 （ 33） 選擇 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Output Ctrls|DB/Results File 命令，出現(xiàn) Controls for Database and Results File Writing 對(duì)話框。 （ 34） 在 Item Item to be controlled 下拉列表框中選取 All items,在FREQ File write frequency選項(xiàng)中選擇 Last substep單選按鈕，在 Value of N 文本框中輸入 1，如下圖所示，單擊 OK 按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 （ 35） 選擇 Main Menu|Solution|Solve|Current LS 命令，出現(xiàn) Solve Current Load Step 對(duì)話框，同時(shí)出現(xiàn) /STATUS Command 窗口，選擇 File|Close 命令，關(guān)閉該窗口。如下圖所示。 （ 36） 單擊 Solve Current Load Step 對(duì)話框中的 OK 按鈕， ANSYS 開畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 始進(jìn)行求解計(jì)算。 （ 37） 求解結(jié)束時(shí)，出現(xiàn) Solution is done 提示框，單擊 Close 按鈕關(guān)閉該提示框。 （ 38） 選擇 Utility Menu|Finish 命令。 3.6：查 看計(jì)算結(jié)果 （ 1） 選擇 Main Menu|General Postproc|Read Result|Last Set 命令。 （ 2） 選擇 Utility Menu|Select|Entities 命令，出現(xiàn) Select Entities 對(duì)話框。 （ 3） 在第 1 個(gè)下拉列表框中選擇 Elements,在第 2 個(gè)下拉列表框中選擇 By Attributes,在第 3 選項(xiàng)組中選中 Material num 單選按鈕，在 Min,Max,Inc 文本框中輸入 1。 （ 4） 單擊 Apply 按鈕，在第 1 個(gè)下拉列表框中選擇 Nodes，在第 2個(gè)下拉列表框中選擇 Attached to，在第 3 選項(xiàng)組中選中Elements 單選按鈕，單擊 OK 按鈕。 （ 5） 選擇 Main Menu|General Postproc|Plot Result|Contour Plot|Nodal Solu 命令，出現(xiàn) Contour Nodal Solution Data 對(duì)話框。 （ 6） 在 Item,Comp Item to be contoured 單選按鈕中選取 DOF solution, 在 KUND Items to be plotted 選項(xiàng)組中選取 Def shape only 選項(xiàng)組中選取 Def shape only 單選按 鈕。如下圖所示。 （