一、問題描述

下圖（a）為機(jī)車輪軸的簡(jiǎn)圖，試校核該軸的靜強(qiáng)度，已知直徑，，，，，,材料為45鋼，彈性模量，泊松比，屈服應(yīng)力。

 

該工程問題可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁外端受載荷問題，七簡(jiǎn)化模型及彎矩圖見（b）。梁段AB上，只有彎矩，沒有剪力，是純彎曲狀態(tài)；梁外伸到輪軸加載段，既有彎矩又有剪力，屬于橫力彎曲。根據(jù)材料力學(xué)，最大彎曲應(yīng)力產(chǎn)生在C截面，C截面強(qiáng)度為：

 

下面利用workbench的結(jié)構(gòu)靜力分析進(jìn)行數(shù)值模擬并和理論結(jié)果對(duì)比。由于施力點(diǎn)F的外側(cè)不承受載荷，所以在數(shù)值模擬中的集合模型長(zhǎng)度設(shè)為，采用三維有限應(yīng)變梁?jiǎn)卧?/span>。

對(duì)于梁?jiǎn)卧Ｓ玫挠衎eam3,beam4,beam188這三種，他們的區(qū)別在于：

1)beam3是2D的梁?jiǎn)卧荒芙鉀Q2維的問題。

2)beam4是3D的梁?jiǎn)卧梢越鉀Q3維的空間梁?jiǎn)栴}。

3)beam188是3D梁?jiǎn)卧梢愿鶕?jù)需要自定義梁的截面形狀。

二、Linear Elastic材料選擇

Isotropic：各向同性彈性性能參數(shù)

Orthtropic：正交各向異性彈性性能參數(shù)

Anisotropic：各向異性彈性性能參數(shù)

故此，我們選擇Isotropic Elastidty（各向同性彈性性能參數(shù)）。

何為各向同性：

各向同性指物體的物理、化學(xué)等方面的性質(zhì)不會(huì)因方向的不同而有所變化的特性，即某一物體在不同的方向所測(cè)得的性能數(shù)值完全相同，亦稱均質(zhì)性。物理性質(zhì)不隨量度方向變化的特性。即沿物體不同方向所測(cè)得的性能，顯示出同樣的數(shù)值。如所有的氣體、液體（液晶除外）以及非晶質(zhì)物體都顯示各向同性。例如：金屬和巖石雖然沒有規(guī)則的幾何外形，各方向的物理性質(zhì)也都相同，但因?yàn)樗鼈兪怯稍S多晶粒構(gòu)成的，實(shí)質(zhì)上它們是晶體，也具有一定的熔點(diǎn)。由于晶粒在空間方位上排列是無(wú)規(guī)則的，所以金屬的整體表現(xiàn)出各向同性。

具體彈性模量與泊松比選擇如上述問題所述，見下圖，在此不再贅述。

三、模型建立

此部分不便文字描述，小編只挑關(guān)鍵加以說(shuō)明。

 在XY平面上利用[Construction Point]建立六個(gè)點(diǎn)。

具體尺寸見上文問題描述。

選擇[Modeling]標(biāo)簽，根據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建線體：菜單欄選擇[concept]-[Line From Points]。明細(xì)窗口點(diǎn)擊[Details of Line1]-[Point Segment]=Apply確認(rèn)所選點(diǎn)，[Operation]=Add Frozen，則將線體冰凍。工具欄選擇[Generate]。

冰凍線體將線體分離，否則線體會(huì)合成一個(gè)線體，而無(wú)法設(shè)置不同的截面；下面要將線體組合為一個(gè)零件，這將使線體之間的節(jié)點(diǎn)合并成一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞力，否則，后續(xù)的分析模型會(huì)出現(xiàn)散架分離的錯(cuò)誤結(jié)果，所以這兩步相當(dāng)重要。

給線體賦予圓形截面，半徑分別為75mm和90mm，見下圖。

 

 

線體組合成零件，導(dǎo)航樹選擇[5 Part,5 Body]下面的5個(gè)線體[Line Body]，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊[Form New Part]。

四、分析過(guò)程

對(duì)實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在此小編將默認(rèn)尺寸設(shè)為10mm。

對(duì)于輪軸梁?jiǎn)卧治觯ǔＮ覀儗⒁欢嗽O(shè)置為僅有Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，另一端設(shè)置為有Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和X軸位移自由度。上文問題描述中，我們可以得知支撐點(diǎn)分別在第三點(diǎn)和第四點(diǎn)處，故約束施加于此。對(duì)于力的施加，分別施加于第一點(diǎn)與第六點(diǎn)處即可，均為沿Y軸-300KN。

接下來(lái)，進(jìn)行求解，需要求解內(nèi)容如下，對(duì)于Total Shear-Moment Diagram的求解，需為模型添加一條路徑，如下圖：

求解結(jié)果如下：

 

通過(guò)將結(jié)果的最大應(yīng)力181.46Mpa與理論結(jié)果181.083Mpa對(duì)比可知，偏差在0.1%內(nèi)，屬于可接受范圍，故此種分析方法分析結(jié)果較為準(zhǔn)備，也比較適合。