基于ANSYS有限元的热学力模拟分析全文
第1章绪论
1.1选题背景及意义
随着时代的发展，现代各个领域包括船舶，航天等对于新型高分子纳米材料的诉求越来越高，基于这种背景下，石墨烯（G）和碳纳米管（CNTs）诞生了。虽然二种材料从发明开始，就受到了极大的推崇，但是不能否认的是，它们也有一些缺陷，比如团聚现象；这一种现象在某些特殊的背景下应用，缺陷暴露的就更加明显了。因此，必众多学者从本质上出发，根据二种材料的最外层电子为4的特性，从共价非共价改性进行探索，进而拓宽了二种材料的应用。
并且基于实际情况的需求，由于离子液体（ILs）一些优良性能，比如不易挥发等；完美的契合了这些实际情况的需求，并且ILs对于石墨烯材料以及碳纳米管材料有着很好地改良作用，进而进一步得到了推崇。
本文最大的创新就在于对于三者的综合应用，本文选用的离子液体是绿色溶剂离子液体，选用此溶剂是因为其对于石墨烯材料以及碳纳米管材料有着物理吸附作用，物理吸附可以不破外这些材料本身的化学结构，并且使得二种材料在基体中具有之前没有的特性：分散性，进而得到导电润滑脂。这一新的研究，是一种三种元素结合起来的新的研究方向。最后，把本文比较了ILs改性后和未改性后的二种高分子纳米材料作为润滑添加剂的各项性能。
1.2 石墨烯
1.2.1 石墨烯的结构与性质
对于石墨烯（G）这样一种新型高分子纳米材料而言，本质是碳原子组成的
二维晶体，其各个维面是六边形蜂窝状。首次发现是在21世纪初期，是由Novoselov[1]等通过胶带法首次获得的。石墨烯具有一个特殊的离域大π键，其穿透了只有一个碳原子厚度的石墨烯。这一特性使得石墨烯具有强度高，导电性好[2]、几乎完全透明、比表面积大[3]、载流子迁移率高[4]。
1.2.2石墨烯的制备方法
对于石墨烯（G）获得的方法划分可以分为三种、石墨烯超声研磨法制取、石墨烯热剥离法制取、、石墨烯电化学法制取，三种方法具体情况如下：（1）超声研磨法
第一种方法主要是根据超声波的原理，使得完整的石墨内部承受超过其承受能力的剪切应力，进而其二侧会造成缺陷，也就得到了石墨烯；该方法对于石墨的剥落产生了极大地便利。但是这种方法也是有着一定的缺陷的，由于巨大的剪切应力会造成所使用的石墨片层不完整[5]，进而影响生成的石墨烯的产量以及性能。
2010 年，Wang 等[6]最早采用超声进行剥离。从一种叫做三氟甲磺酰基形成的亚胺盐使用石墨烯超声研磨法制取得到，并且经过试验，最好的时候，获得了0.95 mgmL?1 的悬浮液，然后利用得到的悬浮液经过相应的离心干燥处理，就可以得到石墨烯片。基于Wang 等研究，著名学者Nuvoli 等[7]进一步改进，采用了改进的1-己基-3-甲基六氟磷酸盐，使用同样的方法，经过试验，最好的时候，获得了5.33 mgmL?1 的悬浮液。
Shang 等[8]在上面二者的研究基础上，直接物理层面的对于使用研钵和杵研磨，对于1-丁基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐进行了处理，进而进一步得到了相应的凝胶。然后加入化学原料二甲基甲酰胺以及化学原料丙酮，继续进行离心操作，然后对于所得物进行改造，就得到了需要的石墨烯。Shang 等改进的方法在一定程度上来说，可以一定程度的降低成本，操作也变得更为简单了，但是制取的产品会变得隔更加容易破碎。
（2）热剥离法
对于石墨烯的制取的研究从未停止，在2012年的时候，著名学者Safavi 等[9]通过对于大于或者等于12个碳阳离子的烃基链进行研究，发现了烃基链如果
加大的话，对应的离子液体也会相应的液晶态，进而得到了石墨烯片。
Jin 等[10]在惰性气氛下，将重氮盐和离子液体还有碳酸钾混合，其中离子液体可以选取二种，一种是1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；另一种是己基吡啶四氟硼酸盐，将三种混合物加热到上千度，进而进一步研磨，然后过滤，即可以得到一种含氧量不超过百分之三的石墨烯。
第二种方法获取石墨烯，相对于第一种方法来说，条件相对苛刻一些。在剥落的过程之中，由于任然存在着少量的气体小分子，进而使得剥落获得的石墨烯有一定程度的缺陷。并且总的来说烃基链的长度不同，对于最终剥离的效果而言，也是不尽相同的，
（3）电化学法
对于第三种方法来说，其原理是电解原理，电解液选择的是离子液体，离子液体会根据电解原理使得这里面的阴离子、阳离子移动到相对应的电极。并且可以进一步作为电极材料也就是石墨的表面，在电场力的作用下，移动到相对应的石墨的表面的阴离子、阳离子就会产生点化学剥离。由于这种方法，是借用的电化学知识，非常适合批量的生产，但是在进行电化学剥离的时候，石墨的表面的阴离子、阳离子会伴随着发生额外氧化还原反应发生，从而影响石墨烯的质量。
2008 年，Liu 等[11]分别采用4种离子液体([C8MIm]PF6、[C8MIm]BF4、[C8MIm]Cl、[C4MIm]PF6) 和水的混合液作为电解质，根据上面的原理，进而进一步得到了功能化的石墨烯，其厚度大约是1.1 nm，并且该功能化的石墨烯可以溶解在二甲基甲酰胺等极性非质子溶剂。
Singh 等[12]研究学者，选用16V的电压，在二铂一石墨材料的三电极体系下，电解液选择的是上面所描述的[S222]Tf2N，利用上面所描述的原理，使得石墨铅笔材料的电极产生对应的剥离反应，进而得到我们所需要的石墨烯。Zeng 等[13]在微观层面，模拟电化学的剥离反应，使得石墨烯片侧边的解离，得到了本文所需要的碳纳米颗粒。
第三种方法获得的石墨烯，得到的石墨烯片是人为可以控制的，可以控制其尺寸以及外观形状一致，并且得到的石墨烯片的比容量可以进一步加大，这一种方法得到的石墨烯更加适合应用在电池方面。
1.2.3石墨烯的功能化改性
为了进一步拓展石墨烯的功能，有必要对其功能进行改进，一方面是共价键改性，这一方面又可以具体划分为氧化共价键改性、加成共价键改性和原位接枝聚合共价键改性，用的最多的是氧化共价键改性方法，该方法具体的原理是石墨烯遇到强氧化物的时候，会反应形成羧基等官能团，并且强酸会使得石墨烯的化学结构破坏，使得原本的六边形变成五边形或七边形环，这样使得原本的电热等方面性能下降。改进方法就是可以表面堆叠大π键，并且这一方法也受到越来越多的人的关注。
（1）共价键改性
以共价键改性获得的材料稳定一些，相应的性能就会差一点，对所使用的离子液体来说，那些只要是参与共价键合的，不是阴离子就是阳离子，也可能有其他作用，如起氧化或剥离作用等。
Yang 等[14]研究学者通过对于石墨烯片分散性的研究，发表了一种新的分散到聚合物里的策略。该方法利用化学中的亲核开环反应来对于石墨烯的功能化进行实施，其中用到的液体就是1-3-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐([NH2C3MIm]Br)。该亲核开环反应的原理就是，增加静电斥力，达到增加石墨烯不同层的间距，一般是从9.6到14.9?，继而达到了增强石墨烯稳定性和分散性的能力。Bhunia 等[15]研究学者同样使用1-3-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐得到了不会挥发的记忆装置。
Fan 等[16]研究学者为了研究共价键改性，结合前面所用到的电化学法，选择1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C4MIm)]BF4)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4MIm)]BF6)和1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺盐([C6MIm]Tf2N)作为其中用来点解的溶液。然后给与相应的10V的电压，对于石墨棒就行电解，离子液体会根据电解原理使得这里面的阴离子、阳离子移动到相对应的电极。并且可以进一步作为电极材料也就是石墨的表面，在电场力的作用下，移动到相对应的石墨的表面的阴离子、阳离子就会产生点化学剥离，得到了功能化石墨烯。
（2）非共价键改性
石墨烯除了有共价键形式也可以以非共价键组合成复合材料。以非共价键组合成复合材料中，通过协同作用，提高以非共价键组合成复合材料的某些性能。与前者相比，后者只有π-π作用以等，石墨烯的各种性质不会受到共价键形
式的影响。
王赟[17]首创性的用[C4MIm]BF6对天然石墨进行操作，接着使用水热合成法，对于石墨烯表面原位进行操作，从而达到了生长钛酸锂(LTO)的目的，也就得到了LTO/石墨烯形式的纳米复合材料。
Xiao 等[18]研究学者以1-丁基-3-甲基咪唑氯化钠和胆酸钠为原料，通过离子交换反应合成了新型离子液体1-丁基-3-甲基咪唑胆酸盐。在超声波作用下，石墨烯在白介素存在下发生剥落，得到稳定的水分散体，透射电子显微镜和拉曼光谱表明，稳定的石墨烯片材仅存在少量（＜5）层。此外，利用IL-G固定贵金属纳米粒子（Pt、Pd、Ru、Rh等），得到了一系列金属尺寸<=2nm、尺寸分布非常窄的石墨烯金属（G-M）复合材料。所得G-M在芳烃加氢反应中表现出优异的催化性能。。
Choi 等[19]研究学者演示了通过电化学自组装的分层结构的MnO2 /离子液体还原的氧化石墨烯（IL-RGO）纳米复合材料的合成。用光谱方法研究了MnO2/IL-RGO纳米复合材料的结构及其形成机理，并与电化学行为进行了关联。
1.3 碳纳米管
1.3.1 碳纳米管的种类、结构与性质
由碳元素所组成的中空管状结构叫做碳纳米管[20] ，这种管可以被看成是多层或者单层石墨片（石墨六边形网格平面）沿手性矢量卷绕而成的中空的、无缝的微管。这种管的轴向尺寸以微米量级为单位，径向尺寸以纳米量级为单位。碳管两端碳原子的五边形封顶是一种特殊结构的一维量子材料。它主要是由碳原子（呈六边形排列）构成的数层到数十层的同轴圆管。
每个碳纳米管侧壁上的碳原子都会与相邻的三个碳原子连接并形成六角型网格结构，然后经过SP2杂化轨道最终形成很多高度离域化的π电子. 这种结构性能决定了CNTs拥有良好的导电性，因此电子就能够通过CNTs 侧壁的共轭大π键实现高速传递。另一方面，也因为较强的分子间作用力，碳纳米管之间容易聚集形成管束，也就导致他们在溶剂介质很难分散从而影响了对碳纳米管性质的研究和开发。
1.3.2 碳纳米管的制备方法
根据使用原理的不同CNTs 的制备方法可分为：气相沉积法、激光蒸发法、电弧放电法、（CVD 法）等，下面就是关于上述几种方法的简单介绍。
（1）电弧放电法
因为受到富勒烯这种生产工艺的启发，最早开发出来并且用于制造碳纳米管这种工艺的方法就是通过电弧放电，而这一工艺也对碳纳米管的发展具有重大意义。要生产碳纳米管，首先不仅需要在真空放电室中加入惰性气体，还要在石墨电极之间放电产生电弧，这样，在碳原子的作用和催化下，这些结构就会在内部进行重组然后在阴极产生碳纳米管。而通过改变催化剂的配方或者种类，或者改变气体的配比，将会极大地影响碳纳米管的形态和它的生产率。
（2）激光蒸发法
此种方法则是通过利用激光将石墨片蒸发然后生成气态的碳原子，然后在催化剂的作用下，通过控制其所在环境的温度并加入相关惰性气体，让气态碳原子转化成CNTs。这种方法常用于实验情况下且难以进行大面积推广，因为它所需要的设备要求高，设备庞大，因此成本也很高。
（3）气相沉积法（CVD 法）
气相沉积法也叫做催化热裂解法。这种制作工艺主要是通过将利用催化剂Fe、Ni，将放置在600-1200℃温度里的含碳原料CO、CH4、C2H2等进行分解并制成CNTs。由该方法的优点为：设备要求不高，简单，并且成本少，在实际的生产过程中利于连续生产和放大。但该方法生产的CNTs 含有的杂质较多[22]。
1.3.3碳纳米管的功能化改性
非共价键改性和共价键改性是对CNTs 功能化改性的最主要方法。其中加成、氧化和原位接枝聚合等方法属于共价键改性方法；用的最多的是氧化方法：将CNTs放在类似强酸等物质中让其表面的碳原子在氧化作用下形成羧基等官能团，然后让形成的羧基等官能团以共价键的方式再与其他功能小分子连接，因为被强酸处理过的碳纳米管会形成七边形环或五边形的缺陷，进而破坏CNTs 的部分结构并影响它的韧性、导电性、导热性和补强性能。所以非共价键改性如离子
液体大π键堆叠、表面活性剂覆盖改性等获得了越来越多的关注。
（1）共价键改性
氧化反应是最常用的共价键改性方式。这种方式主要是利用强氧化剂对CNTs进行处理，然后在CNTs外壁上加入氧化基团或者羧基。而氧化改性则主要是对CNTs利用混合酸（硝酸+硫酸）液或者加热浓硝酸来进行处理，这种方式可以使CNTs外壁引入氧元素时更加高效。
Kalyva [23]等人主要是通过采用酸碱滴定法去测定改性后的碳纳米管外壁上的羧基的。这种方法主要是用磁子将加入到25ml，0.05mol/L的NaOH水溶液中的羧基化的碳纳米管持续搅拌48小时以上，从而确保NaOH和碳纳米管外壁的羧基完全发生反应。然后我们需要利用0.05mol/L的稀HCl溶液将反应过后的混合物进行滴定以此来确定剩余NaOH的量，最终对碳纳米管中羧基的量进行确定。徐元[24]利用硝酸修饰碳纳米管，然后将无水三氟化铁和改性后的碳纳米管合成纳米复合材料。
佟斌[25]等人发明了一种利用共价改性而得到的碳纳米管。这种碳纳米管主要是通过采用光敏性三联吡啶衍生物4-苯基-三联吡啶氟硼酸盐制作而成。在进行共价改性之后，我们还需要将碳纳米管进行修饰，然后将其和各种功能基体材料以配位键的形式进行组装，最后使得基体材料和碳纳米管全共轭组装。
（2）非共价键改性
非共价键改性跟共价键改性不一样，它最大的好处就是并不会对碳纳米管侧壁上的共价结构造成破坏，也不会给碳纳米管带来本身性能的改变。而这些优点主要是因为利用了改性化合物和碳纳米管之间的作用力，比如疏水作用力、大π键之间相互堆叠作用等。同样，非共价改性的典型表面活性剂，阳离子、阴离子、或非离子型能够让碳纳米管在水溶液中得到良好的分散。
为了帮助碳纳米管分解在机溶剂中，王召君等[26]制作了利用多壁碳纳米管表面的非公价的大π键与CH 键和超支化聚乙烯表面制作了超支化聚乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物。
1.4 离子液体
在室温或者在接近室温的环境中，由阴阳离子构成的呈液体状态的熔融盐叫
做离子液体，这种液体具有很多优点，比如热稳定性高、熔点低、电化学窗口宽、蒸汽压低等，所以它的应用领域也十分广泛，比如有机反应、电化学[30]、材料制备[31]、分离和萃取领域等。
1.4.1 离子液体的合成
因为我们需要使用的离子液体是由阴阳两种离子构成的，那么就可以通过改变阴阳这两种离子去组成成不同的离子液体。要合成离子液体，一般情况下有两种办法。第一种是两步合成，第二种是直接合成。
（1）直接合成法
直接合成法是一种一步合成离子液体的方法。它通过季铵化反应或者酸碱中和反应来实现。此方法具有成本低，操作简单没有副产品并且产品是已纯化的优点。我们将硝酸和乙胺的水溶液通过中和反应就能够得到硝基乙胺离子液体。具体操作步骤是：将反应后的硝酸和乙胺水溶液在真空中去除水分，然后让离子液体保持纯净状态并溶解于四氢呋喃或者乙腈等此类有机溶剂里面，然后用活性炭进行处理并且在真空中进行纯化，进而将多余的有机溶剂去除掉，最后就可以得到纯净的离子溶液。Hirao 等最近就采用直接合成法制作了一批阳离子不同的四氟硼酸盐离子液体。当然其它类型的离子液体也可以通过季铵化反应来制造。
1.4.2离子液体的应用领域
因为离子液体性质和结构的原因，它的应用范围主要在这三个方面：电化学、分离过程和聚合物的改性上。
（1）分离过程的应用
因为溶剂溶质成分十分复杂，那么对溶液溶质进行分离和提纯则一直是一个化学难题。具有亲水性要求的就只能在水中进行提纯，挥发性不好的则最好不要采用蒸馏分离法，同时很大一部分的有机溶剂都对环境不利，会导致环境污染。因为这种液体的独特的特点，加上上面提到的可以组合的阴阳离子，那么就非常适合将其作为分离和提纯的溶剂。来自Alabama 大学（美国）的Rogers 小组就甲苯、苯胺、苯甲酸、氯苯（苯的衍生物）在bmim这种离子液体中和水相的分配系数进行了观察。这种液体不会在分离过程中造成损失，因为这种液体不具备
挥发性也不溶于水，所以可以重复利用。更重要的是，这种液体还对环境特别友好，是一个非常环保的绿色溶剂。
（2）电化学
完全由阴阳离子组成的离子液体是一种液态电解质。这种电解质具有不挥发、不燃、导电和电化学窗口大的特点，因此可以降低自放电。上述特点也使得离子液体的应用前景广泛，使用领域包括电容器、电沉积、电池、晶体管等方面。在研发的DIME 电池中，Wilkes 等人添加使用了阳离子如[emim]+、[epmim]+，阴离子如BF4-、PF6-、AlCl4-、CF3SO3-的离子液体。而Bonh 等则在太阳电池中加入了离子液体作为电解质进行研究。因为离子液体具有粘度低、化学窗口宽、蒸气压极低、水氧中化学稳定和热稳定性好、导电性高等一系列优点，所以Bonh 等就研发了很多稳定性高并且适合长期操作的离子液体。
（3）聚合物中的应用
制备及填充：因为在300℃至室温的环境中大多数的离子液体都是以液体的方式存在，并且在这种情况下，它的热稳定性高，蒸气压又低，所以使得离子液体能够参与复合材料的共用和纳米材料的制备[33-37]。同时，如果将离子液体添加到聚合物中，还可以起到增塑剂作用。非共价改性：就是一种存在咪唑环的咪唑类离子液体，这种液体可以让石墨烯和碳纳米管表面的π电子跟阳离子-π 或π-π 形式发生作用，以此来帮助石墨烯和碳纳米管的分散，进而防止他们发生团聚，从而影响性能。另外，石墨烯的和碳纳米管的结构并不会被非共价改性破坏，所以上述效果会更好。
共价改性[38-43]：通过利用离子液体对石墨烯材料和碳纳米管进行共价改性，就可以让他们在水中以及有机溶剂中的分散性得到增强。比如我们可以通过改变阴离子的种类或者阳离子上的取代基从而让离子液体的亲疏水性得到改变，进而可以使其与水或有机溶剂互溶。改变亲疏水性还可以通过让离子液体中的取代基团和材料发生共价反应，然后接枝到材料这种方式来实现。
1.5 国内外研究现状
为应对不同的环境，电力复合脂必须是具有较高滴点，此外，需要根据不同
的性能需求添加不同的添加剂，对基础润滑脂进行修饰、改性。国内外的很多学者对将碳系材料如石墨烯、离子液体和碳纳米管等作为润滑添加剂进行了大量深入且广泛的研究，并且取得了很多惊人的成果。
1.5.1离子液作为导电添加剂国内外研究现状
为了研究烷基咪唑四氟硼酸盐离子液作为润滑剂时的摩擦学性能，刘维民[44–45]等人制作了此液体并将其在钢/陶瓷、钢/铜、陶瓷/陶瓷、钢/钢、钢/单晶硅、钢/铝、等摩擦副上进行研究，最终发现用离子液体做润滑剂时摩擦系数极低，此液体的抗磨性能比全氟聚醚或膦嗪这类添加剂的抗磨性能要优越很多，是一种很实用和很有发展前景的润滑液。
韩云燕[46]等人在微动摩擦磨损试验机SRV－IV上研究了他们所制备的三种膦酸酯类离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂时的摩擦学性能，并且将得到的结果跟传统离子液体1－甲基－3－丁基咪唑六氟磷酸盐和全氟聚醚进行了对比。通过利用X射线光电子能谱仪( XPS)和扫描电子显微镜( SEM)对磨斑表面进行了分析，发现在高温和常温下合成的三种离子液体的摩擦学性能都比全氟聚醚1－甲基－3－丁基咪唑六氟磷酸盐的性能要优越。经过分析认为可能原因是吸附润滑膜（离子液体的分子的极性而形成的）和摩擦化学反应膜（膦酸酯类离子液体与金属基底中的摩擦化学反应而形成的）的形成让此类离子液体的摩擦学性能特别优异。
胡丽天等[47]人利用SRV振动摩擦磨损试验机测验了他们所制备的PEH106（1-甲基-3-己基咪唑啉磷酸盐离子液体）在不同滑动频率和载荷下的球-盘摩擦磨损试验。结果显示相对于传统的离子液体，1-甲基-3-己基咪唑啉磷酸盐离子液体的摩擦磨损性能要优越的多，这是因为附着在铝块磨损表面的边界润滑膜阻隔了摩擦副的直接接触，从而使得1-甲基-3-己基咪唑啉磷酸盐离子液体的摩擦学性能得到提高。
王春风、杨胜凯[48]等对离子液体参与石墨烯及其复合物制备的研究进展进行了综述。他们在论述制备原理的基础上，对离子液体的各种制作方法进行了系统总结和评判。并且还关注了离子液体的其它作用，指出了具有潜力的液体所具有的结构特点，还对用离子液体做基础的复合物和石墨烯的制作方法提出了一些
建议。
通过对拥有优异润滑性能的离子液体的研究进行综述，夏延秋等[49]介绍了离子液体的作为润滑剂的摩擦学性能，并分析了它的导电性能。然后重点介绍了作为润滑脂导电材料的离子液体在润滑脂中的摩擦性能和导电能力。同时也指出了如果将此液体作为添加剂时需要解决的问题和未来的发展方向。
六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）和双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiNTf2）这三种由葛翔宇[50,51]等制作的锂盐电力复合脂接受了对其摩擦系数和接触电阻损耗量的测验。最终结果显示上面三种复合脂都可以使润滑脂的摩擦性能和导电性能得到有效提升，可能是因为化学反应膜和物理吸附膜这种形成与摩擦过程中的膜让其抗磨和减摩性能得到了提升。
吴礼宁[52]等以一定比例的PAO和PAG为基础油，聚四氟乙烯作稠化剂，分别以LB106 (1－己基－3－甲基咪唑四氟硼酸盐)和LB104 (1－丁基－3－甲基咪唑四氟硼酸盐)离子液体为添加剂，制作了离子液体润滑脂，结果显示，跟商业导电脂相比，离子液体润滑脂不仅导电性能良好，并且润滑性能也十分优秀。此项研究也为将来在电力设备中运用离子液体润滑脂提供了技术和理论支持。
为了考察此种导电润滑脂的接触电阻导电性能和体积电阻率，赵悅菊，王国刚[53]等利用离子液体（PAG也就是聚亚烷基二醇作为基础油和LiNTf2 锂盐为添加剂原位的离子液体）和高碱值复合磺酸钙作为基础油和稠化剂做了导电润滑脂。通过研究，LiBF4比LiNTf2 不仅可以提高该润滑脂的导电性，并且前面一种的导电效果比第二种更好。在摩擦过程中，前一种物质能够形成摩擦保护膜，所以这种物质也就具有更加良好的抗磨和减摩作用。
为了对离子液体的润滑成膜能力进行研究，解国新等[54]采用纳米级的膜厚测量仪进行了测量。研究显示，如果卷吸的速度较快，那么这些离子液体的润滑行为就会跟弹流润滑规律相符，而速度较低时，就会跟薄膜润滑规律相符合。
1.5.2碳系材料作为导电添加剂国内外研究现状
刘椿[55]等制备电力复合脂时加入了广泛使用的碳纳米管，结果表明，与添加导电炭黑的电力复合脂相比，用碳纳米管制作的导电膏不仅在润滑性能上更加优异，在体积电阻率上也表现不俗。
在对我们所制作的电力复合脂的摩擦性能和导电率进行测试之后，我们发现炭黑种类和含量的多少能够严重影响电力复合脂的摩擦性能和电学性能。而如果要求润滑脂的性能表现最优，那就要将HD-2 类炭黑的含量调到5%。平均摩擦系数小于0.09，电导率为374 μs /cm。
为了研究不同添加剂对润滑脂化学和物力性能的影响性，张秋晨以膨润土为稠化剂只做了润滑脂。最终他认为纳米添加剂可以强化润滑脂的抗磨性能和减摩性能[57]。
为了研究作为添加剂时的石墨烯和碳纳米管对磨损和摩擦性能的影响情况，李瑞[58]等采用四球机对此进行了研究，最终发现当石墨烯和碳纳米管含量很小时，摩擦和磨损情况就会减小，并且在碳纳米管酸化后，这种减摩和抗摩擦性能更为明显。如果采用碳纳米管作为添加剂，要使抗磨性能达到最佳，那么添加剂的质量分数就要跟载荷相关。如果用石墨烯作为添加剂，那么质量分数跟载荷之间的关系就比较小。通过观察钢球磨斑表面的情况，可以得出石墨烯和碳纳米管能够起填充和润滑的作用，最终减少摩擦和磨损。在高载荷下，如果石墨烯和碳纳米管添加过量的话，由于其团聚性反而使磨损急剧增加。
赵生光[59]等在在铜基体上用电镀方法分别制备了银石墨复合镀层和纯银镀层。并且利用XRD（X射线衍射仪）和SEM（扫描电镜）对镀层成分和结构进行了确认。赵生光[59]等还利用MFT-R4000这种载流往复摩擦磨损试验机研究了复合镀层在载流条件下的抗磨损性能。最终得出银石墨复合镀层不仅能够提高材料的导电能力，还能提高材料的抗摩擦和减摩擦性能。并且也降低了接触的电阻。
赵磊[60]等使用UTM-2摩擦磨损试验机，通过采用球面接触往复移动方式对石墨烯作为润滑油添加所具有的磨损和摩擦性能进行了考察。并利用红外光谱、SEM、TEM、拉曼光谱、XRD等方法对石墨烯的结构和外貌进行了表征，并研究了他们的摩擦性能在不同温度和不同结构面积下的情况，最终发现添加了石墨烯的润滑油能够很好地改善摩擦和磨损性能。
通过将聚四氟乙烯作为催化剂和将PAG（聚环氧乙烷聚环氧丙烷单丁基醚）作为基础油，曹正锋[61]等以银粉、VGCF（气相生长碳纤维）还有铜粉作为导电的填料分别制备了电力复合脂。经过研究，含有聚环氧乙烷聚环氧丙烷单丁基醚的电力复合脂在室温和100 ℃下都具有比较低的体积电阻率。同时这种润滑脂
的润滑性能还相当优异，当聚环氧乙烷聚环氧丙烷单丁基醚的添加量达到了1.5%时，那它的抗磨性能和减摩性能都达到最优。
1.6本文的主要研究内容
本文为了得到所需的离子液体改性的石墨烯（IL-G）以及离子液体改性的碳纳米管（IL-CNT），通过机械研磨操作，利用离子液体来对于IL-G和IL-CNT 实时非共价改性操作。以聚脲润滑脂（PAO）作为基体，离子液体改性石墨烯和离子液改性纳米管作为润滑添加剂，制备离子液改性石墨烯（IL-G-PAO）和离子液改性碳纳米管（IL-CNT-PAO）两种导电润滑脂，并且通过对于离子液体改性后的G和CNTs与未改性的G和CNTs作为润滑添加剂的相关特性进行对比，得出如下结论：
将得到的石墨烯胶体（IL-G）和碳纳米管胶体（IL-CNT）加入到各方面性能都很好的聚脲润滑脂（PAO），制备好的电力复合脂具有导电性强、传热性强、高滴点、减摩抗磨等优点。研究了不同物理载荷和电载荷的工况下电力复合脂边界润滑的导电性能和载流摩擦学性能。
综上所述，本文的研究工作如下：
（1）将得到的（IL-G）和（IL-CNT）胶体按照0.5%、1.0%、1.5%和2.0%四种比例分别添加到聚脲润滑脂中去，进而即可以得到所需质量分数的（IL-G-PAO）导电润滑脂和（IL-CNT-PAO）导电润滑脂。再将未改性的G和CNTs以同样的方式加入到聚脲润滑脂中，进而即可以得到所需质量分数的（IL-G-PAO）导电润滑脂和（IL-CNT-PAO）导电润滑脂。
（2）利用ABAQUS软件模拟石墨烯和碳纳米管在基础脂中的随机分布情况，分析润滑脂的体积电阻和浓度的关系。在Cu-Cu摩擦副，以及导电润滑脂边界润滑条件的条件下，探究了（IL-G-PAO）、（IL-CNT-PAO）、（G-PAO）、（CNT-PAO）等物质的动态导电能力以及它们的载流摩擦学特性。通过磨痕形貌和大小以及表面积留的元素分析可能的导电润滑机理。
（3）利用ANSYS热分析模块，分析实验过程中的热量分布情况，研究热量与导电性能和关系。
第2章材料的制备及表征
2.1引言
电力复合脂的组成成分可以分为基础油成分和稠化剂成分以及添加剂成分，它的本质可以说也是一种润滑脂。先将特定稠化剂加入基础油后充分混合后得到半流体润滑剂，之后根据润滑脂使用工况对性能的要求不同加入特定的添加剂。电力复合脂具有导电能力强、抗水性比较良好、可以承受高温高压等优良的特性。通常而言，基础脂的性能已经不便更改，所以主要通过使用不同添加剂来改善其性能。电力复合脂是在润滑脂中加入了导电填料，用于电气连接部位，增强接触部位导电导热性能，提高电气线路的稳定性。因此，电力复合脂对于日常以及工业过程中的输电线路以及电接触的安全来书，起着十分重要的作用。
本文选择聚脲润滑脂（PAO）作为基础脂，在基础脂中加入G、CNT、IL 三种混合物，以用来达到增强润滑脂性能的目的。凡明锦[62]等研究学者通过对于锂盐和聚乙二醇( PEG)的研究，发现二者只要进行搅拌均匀，很容易就形成了离子液体。，而且通过这种方法得到的溶液其性能更加良好，特别是在摩擦学性能方面，并且成功的将这种溶液作为了基础油进而来制作润滑脂[63]。这种方法简单方便，无需复杂的工艺环境，只需在最为简单的室温下，进行为最为简单搅拌操作即可。因此本实验选择原位法来制备四氟硼酸离子液。
基于上述讨论，本章的主要内容如下：
（1）介绍离子液和电力复合脂制备的主要仪器设备和材料试剂；
（2）介绍电力复合脂的具体的制作的流程和性能；
（3）寻找性能最优的电力复合脂中改性石墨烯（G）和改性碳纳米管（CNT）的添加浓度，以制备后续实验所需的电力复合脂。
2.2 实验设备及材料
2.2.1 制备离子液和电力复合脂的实验设备
对于本文来说，选用郑州某公司制造制造的磁力搅拌机以及上海某有限公司
生产精密天平来制造本文所需求的电力复合脂，具体示意图如下2-1、2-2：:
图2-1 磁力搅拌机图2-2 精密天平
2.2.2 实验材料
聚环氧乙烧聚环氧丙持单下基酸PAG（50-HB-660），购自南京古田化工有限公司；聚α烯（PAO），产自埃克森美孚化工公司（ExxonMobil Chemical）。作为添加剂的LiBF4锂盐(域伦)，性能如表2-1所示，产于上海域伦实业有限公司；添加剂石墨烯（下图2-3）由装甲兵工程学院提供，由SEM分析石墨烯为3-5层结。
表2-1 iLBF4锂盐的基本性质
样品熔点（0C）密度（Kg/m3）分子量
iLBF4296.5 852 93.74
图2-3石墨烯的SEM照片图2-4 碳纳米管的TEM 照片[62]
2.3 电力复合脂的制备及表征
2.3.1 电力复合脂的制备
利用原位法按照1:10（锂盐：基础油）的比例将锂盐加入到基础油PAG中，在磁子搅拌机中搅拌6小时，等锂盐完全溶解后就制备好了需要用到的离子液。
将石墨烯加入到离子液中，在玛瑙研钵中研磨十小时左右配成2%浓度的石墨烯-离子液（G-IL）胶体，同样的方法制备出碳纳米管-离子液（CNT-IL）胶体
如图2-5所示，如果有必要可以加入一定量的丙酮。研磨结束后将(G+IL）、（CNT-IL）放到保温箱中升温至80 ℃并维持二十四小时，待丙酮充分挥发后，将（G+IL）混合物与基础脂（聚脲PAO）混合，配成质量分数为0.5%，1.0%，1.5%和2%的（L+G+PAO）润滑脂。用相同的方法配出0.5%，1.0%，1.5%和2%的（L+CNT+PAO）润滑脂，润滑脂和0.5%，1.0%，1.5%和2%的（L+PAO）润滑脂，为了更好的对比出离子液改性后的石墨烯、碳纳米管和未改性的石墨烯、碳纳米管作为添加剂的区别，这里使用了上文所描述的二种材料添加到基础脂中，分别为碳纳米管，以及未改性的石墨烯，进而得到了0.5%，1.0%，1.5%和2%的（G+PAO）和0.5%，1.0%，1.5%和2%的（CNT+PAO），制备的一部分导电润滑脂如下图2-6所示。
图2-5石墨烯-离子液胶体图2-6导电润滑脂
2.3.2 电力复合脂的表征
电力复合脂的性能主要是由二种，也就是滴点性能和铜片腐蚀性能。其中，滴点是指电力复合脂由脂态变为液体的临界温度。滴点越高复合脂的热安定性越好，通常用来判定复合脂是否适用于高温工况。滴点判定复合脂是否适用于高温工况标准是GB/T 3498-83，并且选用的测量仪器是SYP4110-I，该仪器产自上海某有限公司。铜片腐蚀测试的目的是为了检测电力复合脂是否具有金属腐蚀性，测试标准为GB/T 7326-1987，并且选用的恒温仪器是上海某有限公司生产的GZX系列鼓风干燥箱。测量结果如下表2-2。
表2-2 聚脲润滑脂理化性能
样品滴点（℃）铜片腐蚀(T2铜, 100℃, 24h)
基础脂（PAO）275 1a PAO+IL 289 1b PAO+CNT 300 1a PAO+G 304 1a
PAO+IL+CNT 298 1b
PAO+IL+G 296 1b
2.3.3 电力复合脂的选择
为了进一步研究电力复合脂中存在的改性石墨烯的不同浓度可能会对电力复合脂性能造成的影响，本文设计了4种不同浓度，其改性石墨烯的含量分别为0.5%、1%、1.5%、2%。图2-7所示为电力复合脂中不同改性石墨烯浓度下摩擦系数、接触电阻和磨痕宽度，实验条件为，载荷10 N，频率2 Hz，电压1V，室温。根据图2-7所示，当电力复合脂中石墨烯加离子液（G+IL）含量为1%时摩擦系数达到最低，约为0.09。接触电阻也明显小于其他浓度下的测试结果，约为34mΩ。为了更好地选择电力复合脂，选择磨痕宽度的时候不仅要参考摩擦系数的因素，同时还要兼顾磨痕宽度以及接触电阻二个因素，认为石墨烯加离子液（G+IL）含量为1%时效果最优，故后续的实验均以这种浓度来做对比。
图2-7不同石墨烯浓度摩擦系数和接触电阻
图2-7不同浓度磨痕宽度
为了探究电力复合脂中改性碳纳米管浓度对其性能的影响，共制备4种浓度的电力复合脂，改性碳纳米管含量分别为0.5%、1%、1.5%、2%。图2-8所示为电力复合脂中不同改性石墨烯浓度下摩擦系数、接触电阻和磨痕宽度，实验条件为，载荷5 N，频率2 Hz，电压1V，室温。根据图2-8所示，当电力复合脂中碳纳米管加离子液（CNT+IL）含量为1.5%时摩擦系数达到最低，约为0.1。接触电阻明显小于其他浓度下的测试结果，约为35mΩ。磨痕宽度也要略优于其他浓度，综合考虑到摩擦系数和接触电阻，最终认为碳纳米管加离子液（CNT+IL）含量为1.5%时效果最优，故后续的实验均以这种浓度来做对比。
图2-8不同浓度摩擦系数和接触电阻
图2-8不同浓度磨痕宽度
第3章石墨烯作为导电添加剂在润滑下的摩擦学性
能和导电性能
3.1引言
电力复合脂的组成成分可以分为基础油成分和稠化剂成分以及添加剂成分，它的本质可以说也是一种润滑脂。其具有多种不同的名字，比如导电脂、抗氧化剂、电接触用油脂、电力复合脂或导电膏等不同的称呼。电力复合脂的形成步骤主要如下：
选择矿物油作为合成电力复合脂的基础油，然后通过调化剂进行增稠操作，至于添加剂则是视情况而定，接着进行改性操作->均匀分散操作->研磨均化操作，就可以得到半固体润滑材料。
而这里我们最需要注意的就是添加剂，因为它对于半固体润滑材料造成的影响是最大的，不过，我国在这方面的技术已经趋于成熟，经过30多年的发展，我国已经可以独自研发制作各种性能的半固体润滑材料。
如果要说到电力复合脂所具有的导电能力，不得不谈到的是“隧道效应”。所谓的隧道效应具体是指电子在电力复合脂内进行流动的物理现象，具体来说，如果金属电子想要逃逸出去，其具有的势能一定要大于电子的逃逸势能，如果能量不够，则一定需要外界的能量来补充。当电子层本身的势能小于空气层所具有的的势能，那么二侧会形成势垒，大小为U；而这个时候电子在绝缘层本身所具有的动能大小为E，当电子的动能E＜势垒U时，，电子依旧会发生从绝缘层的一段穿越到另一端的现象，这种现象通常被科学界称之为“隧道效应。
电力复合脂由于其优良的导电性能，可以用在很多连接的链接处，比如用在导体的连接处的时候，一方面由于含有油脂可以减少摩擦，并且防腐蚀；另一方面良好的导电性，使得电力设备可以更加稳定并且更加安全的运行。当用在电连接的接续处的时候，因为电力复合脂是一种半固体半液体的的物质，可以完全覆盖电连接的接续处的缝隙；这个时候由于电力复合脂良好的导电性能，进而使得实质上的通电的物质的面积也增大了，也就达到了一种更好的通电状态，从传统的＂点接触＂通电进一步转变为＂面接触＂的状态，进而减小了收缩电阻。具体
２ 梁壳组合结构的有限元建模 ２．１ 单元类型的选择 对于需要混合使用多种类型单元的梁壳组合结构而言，为了在不同类型的单元间实现无缝连接，保证相互间载荷传递的正确性，根据所分析问题的要求选择合适的单元类型是非常重要的。要实现这一点，最基本的就是要保证所选梁单元和壳单元具有相同的结点自由度类型及数量，进一步的，对于一些特殊类型的结构保证单元具有相同的阶次或相近的形函数形式也是非常重要的。此外，为了保证加强板的作用能被充分考虑，加强板需要用多个单元离散，与之焊接的梁也相应的需要划分多个单元，这可能导致最终的梁单元为深梁，此时就应考虑选用计及剪切变形影响的梁单元。 ＡＮＳＹＳ提供了多种用于梁、壳建模的单元类型，以满足不同分析场合的要求。由于工程机械结构的重要性，在设计时不需要考虑其塑性的扩展和利用、其始终处于弹性阶段，因此对梁构件可选用ＢＥＡＭ１８８单元类型、壳体构件可选用ＳＨＥＬＬ４３单元类型。ＢＥＡＭ１８８单元与ＳＨＥＬＬ４３单元均为一次单元，每个单元结点均有６个自由度：三个平动自由度（ｕｘ，ｕｖ，ｕｚ）和三个转动自由度（θｘ ，θｖ，θｚ），可以保证受力的正确传递。Ｓｈｅｌｌ４３单元考虑了剪切变形的影响，适合于中等厚度的壳体建模。Ｂｅａｍ１８８单元是Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁单元，采用如下形式的形函数： （１） 式中：ｕｉ—某方向位移场；ｓ—ｕｉ方向的自然坐标； 梁壳组合结构的有限元合理建模 王强 贵州交通职业技术学院 ５５０００８ １ 引言 在当前实际应用的工程结构中，出于结构形式、连接条件、承载要求等方面的考虑，很多工程结构都采用梁壳组合结构的形式作为各种外加载荷的支撑件，如工程机械领域的港口起重机、动臂式塔机等的桁架吊臂往往在臂头和臂根焊接钢板以局部加强。此外，为了分析的需要或简化建模与计算，也往往将一些纯板壳焊接结构作为梁壳组合结构进行分析。 对梁壳组合结构进行力学分析以保证其强度和刚度满足使用要求是设计中必不可少的一环。显然要获得此类结构的理论解析解几乎是不可能的，在工程实际中往往要借助于有限元方法。有限元分析中最重要的步骤是有限元模型的建立和约束、载荷的施加，后者需要满足特定行业设计规范的要求，有一定的程式可循，而针对此类结构的特点，快速、合理建模问题还少有谈及。因此，本文以当前应用较为广泛的通用有限元软件ＡＮＳＹＳ为平台，探讨复杂梁壳组合结构有限元模型的快速、合理建模方法及在建模过程中应注意的问题，对同类结构的有限元建模提供一些可供借鉴的有益经验。 ｕｉＩ、ｕｉＪ—ｕｉ方向的单元始、终结点位移。与Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁相比，其计入了剪切变形对梁弯曲的影响，适合于短粗梁的有限元建模。 ２．２ 有限元模型的建立 ＡＮＳＹＳ提供了两种建模方式：一是首先建立结构的几何模型，通过对几何模型进行有限元网格离散而获得有限元模型；二是首先生成结点，随后由结点直接生成单元而获得有限元模型。至于具体使用何种建模方式或综合使用此两种建模方式应依据结构的实际情况灵活决定。 工程机械等领域中的梁壳组合结构往往以梁为主要承载构件，板壳仅起局部加强作用。有限元方法中的梁单元属线单元，当使用二结点线性梁单元时，其有限元模型的几何表现为一条直线，通常在其形心轴线位置上建立有限元模型。在梁壳组合结构中，梁是主要构件，且需要与其它构件相连，因此在其有限元建模时位置不能改变，即仍应按其形心轴线建模；板壳属附属构件，在对其进行有限元建模时，由于壳体构件需要使用许多单元离散，而通过结点生成单元的方式逐一生成这些单元无疑将非常烦琐，尤其是当加强板较多时，因此对壳体应采用第一种建模方式。 综合上述分析，工程机械中复杂梁壳组合结构的有限元建模有两种方法，本文通过图１（ａ）中所示结构为例加以说明，图中两根梁之间焊接了一块加强板，在此假设梁为圆管（工程机械的此类结构中的梁大部分为圆管，对其它截面形式的梁建模方法基本相同）。第一种建模方法的步骤如下： （１）在梁的形心线和加强板的中平面位 图３ 港口起重机桁架吊臂的有限元模型和分析结果 图１ 梁壳组合结构几何模型和有限元模型示意图图２ 梁壳组合结构及其有限元模型
Project1 梁的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。 NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。 梁承受均布载荷：1.0e5 Pa 图1-1梁的计算分析模型 梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）： 矩形截面：圆截面：工字形截面： B=0.1, H=0.15 R=0.1 w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007 1.1进入ANSYS 程序→ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK 1.5定义截面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 →Apply →圆截面：ID=2,R=0.1 →Apply →工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK
Ansys有限元分析实例[教学] 有限元分析案例:打点喷枪模组(用于手机平板电脑等电子元件粘接)，该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出(喷嘴尺寸,0.007”)。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是:AISI 4140 最高工作频率是160HZ(一个周期中3ms开3ms关)，压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图:
2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建:
3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度:mm 压强: 3Mpa 密度:Ton/M。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性:杨氏模量 2.1E5; 泊松比:0.29; 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果: 5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷:
说明: 约束在顶针底端球面位移全约束; 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论: 当压缩空气压力是8Bar时: 当压缩空气压力是5Bar时:
当压缩空气压力是4Bar时: 结论: 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。
第1章 习题 1.ANSYS软件程序包括几大功能模块？分别有什么作用？ 2.如何启动和退出ANSYS程序？ 3.ANSYS程序有哪几种文件类型？ 4.ANSYS结构有限元分析的基本过程是什么？ 5.两杆平面桁架尺寸及角度如习题图1.1所示，杆件材料的弹性模量为2.1×1011Pa，泊松 比为0.3，截面面积为10cm2，所受集中力载荷F=1000N。试采用二维杆单元LINK1计算集中力位置节点的位移和约束节点的约束反力。 习题图1.1 两杆平面桁架 第2章 习题 1.建立有限元模型有几种方法？ 2.ANSYS程序提供了哪几种坐标系供用户选择？ 3.ANSYS程序中如何平移和旋转工作平面？ 4.试分别采用自底向上的建模方法和自顶向下的建模方法建立如习题图2.1所示的平面图 形，其中没有尺寸标注的图形读者可自行假定，并试着采用布尔运算的拉伸操作将平面图形沿法向拉伸为立体图形。
习题图2.1 平面图形 5.试分别利用布尔运算建立如习题图2.2所示的立体图形，其中没有尺寸标注的图形读者 可自行假定。 习题图2.2 立体图形 6.试对习题图2.3所示的图形进行映射网格划分，并任意控制其网格尺寸，图形尺寸读者 可自行假定。 习题图2.3 映射网格划分
第3章 习题 1.试阐述ANSYS载荷类型及其加载方式。 2.试阐述ANSYS主要求解器类型及其适用范围。 3.如何进行多载荷步的创建，并进行求解？ 4.试建立如习题图3.1所示的矩形梁，并按照图形所示施加约束和载荷，矩形梁尺寸及载 荷位置大小读者可自行假定。 习题图3.1 矩形梁约束与载荷 5.试建立如习题图3.2所示的平面图形，并按照图形所示施加约束和载荷，平面图形的尺 寸及载荷大小读者可自行假定。 习题图3.2 平面图形约束与载荷 第4章 习题
ANSYS复习试卷 一、填空题 1.启动ANSYS有命令方式和菜单方式两种方式。 2.典型的ANSYS分析步骤有创建有限元模型（预处理阶段）、施加载荷并求解（求解阶段）、查看结果（后处理阶段）等。 3.APDL语言的参数有变量参数和数组参数，前者有数值型和字符型，后者有数值型、字符型和表。 4.ANSYS中常用的实体建模方式有自下而上建模和自上而下建模两种。 5.ANSYS中的总体坐标系有总体迪卡尔坐标系 [csys,0]、总体柱坐标系(Z)[csys,1]、总体球坐标系[csys,2]和总体柱坐标系(Y)[csys,3]。 6.ANSYS中网格划分的方法有自由网格划分、映射网格划分、扫掠网格划分、过渡网格划分等。 7.ANSYS中载荷既可以加在实体模型上，也可以加在有限元模型上。 8.ANSYS中常用的加载方式有直接加载、表格加载和函数加载。 9.在ANSYS中常用的结果显示方式有图像显示、列表显示、动画显示等。 10.在ANSYS中结果后处理主要在通用后处理器 (POST1) 和时间历程后处理器 (POST26) 里完成。 11.谐响应分析中主要的三种求解方法是完全法、缩减法、模
态叠加法 。 12.模态分析主要用于计算结构的 固有频率 和 振型(模态) 。 13. ANSYS 热分析可分为 稳态传热 、 瞬态传热 和 耦合分析 三类。 14. 用于热辐射中净热量传递的斯蒂芬-波尔兹曼方程的表达式是4411212()q A F T T εσ=-。 15. 热传递的方式有 热传导 、 热对流 、 热辐射 三种。 16. 利用ANSYS 软件进行耦合分析的方法有 直接耦合 、 间接耦合 两种。 二、 简答题 1. 有限元方法计算的思路是什么包含哪几个过程 答：（1）有限元是将一个连续体结构离散成有限个单元体，这些单元体在节点处相互铰结，把荷载简化到节点上，计算在外荷载作用下各节点的位移，进而计算各单元的应力和应变。用离散体的解答近似代替原连续体解答，当单元划分得足够密时，它与真实解是接近的。 （2）物体离散化；单元特性分析；单元组装；求解节点自由度。 2. ANSYS 都有哪几个处理器各自用途是什么 答：（1）有6个，分别是：前处理器；求解器；通用后处理器；时间历程后处理器；拓扑优化器；优化器。 （2）前处理器：创建有限元或实体模型； 求解器：施加荷载并求解； 通用后处理器：查看模型在某一时刻的结果； 时间历程后处理器：查看模型在不同时间段或子步历程上的结果； 拓扑优化器：寻求物体对材料的最佳利用； 优化器：进行传统的优化设计；
《有限元基础教程》作业二：平面薄板的有限元分析 班级：机自101202班 姓名：韩晓峰 学号：201012030210 一．问题描述： P P h 1mm R1mm 10m m 10mm 条件：上图所示为一个承受拉伸的正方形板，长度和宽度均为10mm ，厚度为h 为1mm ，中心圆的半径R 为1mm 。已知材料属性为弹性模量E=1MPa ，泊松比为0.3，拉伸的均布载荷q ＝ 1N/mm 2。根据平板结构的对称性，只需分析其中的二分之一即可，简化模型如上右图所示。 二．求解过程： 1 进入ANSYS 程序 →ANSYS 10.0→ANSYS Product Launcher →File management →input job name: ZY2→Run 2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK → Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK →Close 4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 1e6, PRXY:0.3 → OK 5定义实常数以及确定平面问题的厚度 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants …→Add/Edit/Delete →Add →Type 1→OK →Real Constant Set No.1,THK:1→OK →Close 6生成几何模型 a 生成平面方板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By 2 Corners →WP X:0,WP Y:0,Width:5,Height:5→OK b 生成圆孔平面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle →Solid Circle →WPX=0,WPY=0,RADIUS=1→OK b 生成带孔板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans → Subtract →Areas →点击area1→OK →点击area2→OK 7 网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) Global: Set →SIZE: 0.5 →OK →iMesh →Pick All → Close 8 模型施加约束
有 限 元 分 析 作 业 作业名称 输气管道有限元建模分析 姓 名 陈腾飞 学 号 3070611062 班 级 07机制（2）班 宁波理工学院
题目描述： 输气管道的有限元建模与分析 计算分析模型如图1所示 承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5 管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。 图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图） 题目分析： 由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注意分析过程中的单位统一。 操作步骤 1.定义工作文件名和工作标题 1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。 2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。 3.更改目录。执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK
2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。 图2 3.设置材料属性。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。 图3 3.创建几何模型 1. 选择ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) →OK
ansys有限元分析工程实例大作业
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
辽宁工程技术大学 有限元软件工程实例分析 题目基于ANSYS钢桁架桥的静力分析专业班级建工研16-1班（结构工程）学号 471620445 姓名 日期 2017年4月15日
基于ANSYS钢桁架桥的静力分析 摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了有限元建模;对桁架桥进行了静力分析，作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构内力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面。 关键词：ANSYS；钢桁架桥；静力分析；结构分析。 引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其应用计算机和求解软件快速进行力学分析了解其受力特性具有重要的意义。 1、工程简介 某一下承式简支钢桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1，材料属性见表2。桥长32米，桥高5.5米，桥身由8段桁架组成，每个节段4米。该桥梁可以通行卡车，若只考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2，和P3，其中P1=P3=5000N，P2=10000N,见图2,钢桥的形式见图1，其结构简图见图3。
有限元分析习题及大作业试题 要求：1）个人按上机指南步骤至少选择习题中3个习题独立完成，并将计算结果上交； 2）以小组为单位完成有限元分析计算； 3）以小组为单位编写计算分析报告； 4）计算分析报告应包括以下部分： A、问题描述及数学建模； B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方 案、载荷及边界条件处理、求解控制） C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分 析评判） D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单 元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的 影响分析等） E、建议与体会 4）11月1日前必须完成，并递交计算分析报告（报告要求打印）。
习题及上机指南：（试题见上机指南） 例题1 坝体的有限元建模与受力分析 例题2 平板的有限元建模与变形分析 例题1：平板的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: plane 0.5 m 0.5 m 0.5 m 0.5 m 板承受均布载荷：1.0e 5 P a 图1－1 受均布载荷作用的平板计算分析模型 1.1 进入ANSYS 程序 →ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: plane →Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu : Preferences →select Structural → OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element T ype →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element T ypes window) → Options… →select K3: Plane stress w/thk →OK →Close (the Element T ype window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY :0.3 → OK 1.5定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add … →select T ype 1→ OK →input THK:1 →OK →Close (the Real Constants Window)
ansys有限元分析大作业
有限元大作业 设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析 专业班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成日期: 2016.11.23
单车的设计及ansys模拟分析 一、单车实体设计与建模 1、总体设计 单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。 在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks) Proe》文件》属性》修改
2、车架 车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。
二、单车有限元模型 1、材料的选择 单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。 其属性如下： 弹性模量：） .6+ 90E （2 N/m 10 泊松比：0.33 质量密度：） 3 2.70E+ N/m （2 抗剪模量：） 60E .2+ N/m （2 10 屈服强度：） .2+ （2 75E 8 N/m 2、单车模型的简化 为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算
效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。 3、单元体的选择 单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid）。查资料可以知道3D实体常用结构实体单元有下表。 单元名称说明 Solid45 三维结构实体单元，单元由8个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、 大变形、大应变功能，其高阶单元是 solid95
有限元分析 一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况 P 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 (1)启动ANSYS软件，选择File→Change Jobname命令，弹出如图所示的[Change Jobname]对话框。 (2)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定 (3)选择File→Change Title菜单命令，弹出如图所示的[Change Title]对话框。 (4)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。 1.2定义单位
在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI” 1.3定义单元类型 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出如图所示[Element Types]对话框。 (2)单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的如下所示[Library of Element Types]对话框。 (3)选择左边文本框中的[Solid]选项，右边文本框中的[8node 82]选项，单击确定，。 (4)返回[Element Types]对话框，如下所示 (5)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。
平面问题斜支座的处理 如图5-7所示，为一个带斜支座的平面应力结构，其中位置2及3处为固定约束，位置4处为一个45o的斜支座，试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。 (a)平面结构(b)有限元分析模型 图5-7 带斜支座的平面结构 基于ANSYS平台，分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行处理。 (7) 模型加约束 左边施加X,Y方向的位移约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →-Structural→Displacement On Nodes →选取2，3号节点→OK →Lab2: All DOF(施加X,Y方向的位移约束) →OK 以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 ?采用约束方程来处理斜支座 ANSYS Main Menu：Preprocessor →Coupling/ Ceqn →Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1→OK 或者?采用斜支座的局部坐标来施加位移约束 ANSYS Utility Menu：WorkPlane →Local Coordinate System →Create local system →At specified LOC + →单击图形中的任意一点→OK →XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 →OK ANSYS Main Menu：Preprocessor →modeling →Move / Modify →Rotate Node CS →To active CS → 选择4号节点 ANSYS Main Menu：Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement On Nodes →选取4号节点→OK →选择Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) →OK 命令流； !---方法1 begin----以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1) !---方法1 end --- !--- 方法2 begin --以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !在4号节点建立局部坐标系 !nrotat, 4 !将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !D,4,UY !在局部坐标下添加位移约束 !--- 方法2 end
基于有限元软件ABAQUS的组合结构分析 摘要：本文通过大型有限元工程模拟软件ABAQUS对波纹钢腹板组合梁建立有限元模型，并与试验数据作对比，检验有限元分析的正确性。 关键词：组合梁、有限元 Abstract: this paper through the large finite ABAQUS software engineering simulation of the corrugated steel beams webs, a finite element model and with the test data as compared to test the validity of the finite element analysis. Key words: the composite beams, finite element 0引言 有限元数值分析方法起源于20世纪50年代飞机结构分析，并由其理论依据的普遍性己被推广到其它很多领域。在结构分析领域，几乎所有的弹塑性结构静、动力学问题都可以用它求得满意的数值结果。桥梁结构作为众多结构中的一种，利用有限元数值方法分析其力学特性同样可以得到很好的数值分析结果。 波纹钢腹板预应力组合箱梁桥是20世纪80年代起源于法国的一种新型组合桥梁，此类新型结构与传统的混凝土箱梁相比有以下优点：(1) 自重降低，抗震性能好。腹板采用较轻的波形钢板，其桥梁自重与一般的预应力混凝土箱梁桥相比大为减轻，地震激励作用效果显著降低，抗震性能获得一定的提高。(2) 改善结构性能，提高预应力效率。波形钢腹板的纵向刚度较小，几乎不抵抗轴向力，因而在导入预应力时不受抵抗，从而有效地提高预应力效率。(3)充分发挥各种材料特性。在波形钢腹板预应力箱梁桥中，混凝土用来抗弯，而波形钢腹板用来抗剪，几乎所有的弯矩与剪力分别由上、下混凝土翼缘板和波形钢腹板承担，而且其腹板内的应力分布近似为均布图形，有利于材料发挥作用。[1-5] 本文通过大型有限元工程模拟软件ABAQUS对波纹钢腹板试验梁建立有限元模型，并与试验数据作对比，检验有限元分析的正确性。 1 有限元建模 1.1单元选择 有限元工程模拟软件的实体单元库包含二维和三维的一阶插值单元和二阶插值单元，积分方式有完全积分和减缩积分。三维实体单元有四面体和六面体。四面体单元有4节点12自由度和10节点30自由度的四面体单元，六面体单元
《有限元法及其应用》课程作业ANSYS应用分析 学号： 姓名： 专业：建筑与土木工程
角托架的有限元建模与分析 一 、模型介绍 本模型是关于一个角托架的简单加载，线性静态结构分析问题，托架的具体形状和尺寸如图所示。托架左上方的销孔被焊接完全固定，其右下角的销孔受到锥形压力载荷，角托架材料为Q235A 优质钢。角托架材料参数为：弹性模量366E e psi =；泊松比0.27ν= 托架图（厚度：0.5） 二、问题分析 因为角托架在Z 方向尺寸相对于其在X,Y 方向的尺寸来说很小，并且压力荷载仅作用在X,Y 平面上，因此可以认为这个分析为平面应力状态。 三、模型建立 3.1 指定工作文件名和分析标题 （1）选择菜单栏Utility Menu → 命令.系统将弹出Jobname(修改文件名)对话框,输入bracket （2）定义分析标题 GUI ：Utility Menu>Preprocess>Element Type>Add/Edit/Delete 执行命令后，弹出对话框，输入stress in a bracket 作为ANSYS 图形显示时的标题。 3.2设置计算类型 Main Menu: Preferences … →select Structural → OK 3.3定义单元类型 PLANE82 GUI ：Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete 命令，系统将弹出Element Types 对话框。单击Add 按钮，在对话框左边的下拉列表中单击Structural Solid →Quad 8node 82，选择8节点平面单元PLANE82。单击ok ，Element Types 对话框，单击Option ，在Element behavior 后面窗口中选取Plane strs w/thk 后单击ok 完成定义单元类型。 3.4定义单元实常数 GUI ：Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete ，弹出定义实常数对话框，单击Add ，弹出要定义实常数单元对话框，选中PLANE82单元后，单击OK →定义单元厚度对话框，在THK 中输入0.5.
有 限 元 分 析 作 业 作业名称 输气管道有限元建模分析 姓 名 陈腾飞 学 号 3070611062 班 级 07机制（2）班 宁波理工学院
题目描述： 输气管道的有限元建模与分析 计算分析模型如图1所示 承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5 管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。 图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图） 题目分析： 由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注意分析过程中的单位统一。 操作步骤 1.定义工作文件名和工作标题 1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。 2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。 3.更改目录。执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK
2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。 图2 3.设置材料属性。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。 图3 3.创建几何模型 1. 选择ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) →OK
/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches) ! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3 MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 ! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125 ! Define specific heat values（比热） MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 ! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题 ! Define parameters for model generation RI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tank RO1=1.5 ! Outside radius Z1=2 ! Length RI2=.4 ! Inside radius of pipe RO2=.5 ! Outside pipe radius Z2=2 ! Pipe length CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tank WPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axis CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipe WPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default setting BOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warning VOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders /PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on /VIEW,,-3,-1,1
有限元分析作业 作业名称输气管道有限元建模分析 姓名邓伟 学号 p1202100706 班级：浦机械1007 题目描述： 输气管道的有限元建模与分析 计算分析模型如图1所示 承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5
管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。 图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图） 题目分析： 由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注意分析过程中的单位统一。 操作步骤 1.定义工作文件名和工作标题 1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。 2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。 3.更改目录。执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。
有限元大作业 设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析 专业班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成日期: 2016.11.23
单车的设计及ansys模拟分析 一、单车实体设计与建模 1、总体设计 单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。 在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks) Proe》文件》属性》修改
2、车架 车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。 二、单车有限元模型 1、材料的选择 单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。 其属性如下： 弹性模量：）（2 N/m 1090E .6
泊松比：0.33 质量密度：）（2 N/m 32.70E + 抗剪模量：）（2N/m 1060E .2+ 屈服强度：） （2N/m 875E .2+ 2、单车模型的简化 为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。 3、单元体的选择 单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid ）。查资料可以知道3D 实体常用结构实体单元有下表。