学校代号 学 号
分 类 号 密 级
HUNAN UNIVERSITY
硕士学位论文
阶梯轴的有限元分析及其优化
专用软件的开发
学位申请人姓名 李 实
培 养 单 位 机械与汽车工程学院
导师姓名及职称 陈芳祖 副教授
学 科 专 业 机械电子工程
研 究 方 向 机械制造自动化及有限元分析
论文提交日期 2008年4月
摘 要
轴是组成机械的重要零件之一，它用来安装各种传动零件，使之绕其轴线旋转，传递转矩或回转运动，并通过轴承与机架或机座相联结。其结构参数和加工工艺水平不仅影响着整个机械的尺寸和重量，也在很大程度上影响着机械的可靠性与寿命。因此阶梯轴的设计研究是机械设计必不可少的重要组成部分。
ANSYS是一个功能十分强大的、通用性很强的有限元分析软件，本文采用ANSYS的参数化设计语言APDL与VISUAL C++结合起来进行开发阶梯轴的有限元分析及其优化专用软件。
该系统共包括四个部分:用户界面模块、ANSYS计算模块、VC调用接口模块和后处理模块。用VC的对话框编程来编制用户界面模块，用ANSYS的参数化设计语言APDL编写ANSYS计算模块，并通过VC调用接口模块，将VC与APDL编写的命令流嵌套起来:用VC将APDL命令流写入指定的文本文件中，并提取对话框控件中的数据赋给APDL中的数据变量，然后通过批处理方式启动ANSYS调用APDL命令流进行建模、网格划分、载荷施加以及计算等有限元分析过程，计算完毕之后针对阶梯轴现有结构的薄弱环节，进行优化设计。以阶梯轴为优化对象，以提高性能和节约成本为优化目标。利用ANSYS的APDL参数化设计语言，选用ANSYS自带的优化工具完成阶梯轴的优化，使阶梯轴结构重量最轻，并具有良好的强度性能。最后通过将该系统应用于六阶阶梯轴的实例，并将该实例的理论计算值与有限元分析值进行比较，验证了该系统的可行性和计算结果的可参考性。
实践证明，采用大型有限元分析软件ANSYS的二次开发语言APDL和VISUAL C++ 6.0的界面开发技术，研究开发阶梯轴的有限元分析及其优化专用软件系统，实现了阶梯轴建模和分析计算的自动化、智能化，大大减小阶梯轴建模与分析的工作量，提高了新产品研发效率。
关键词:阶梯轴、有限元分析、参数化用户界面、重量优化、APDL
ABSTRACT
Axis is an important component parts of machinery, It used to install a variety of transmission parts, so that the rotation around its axis, transmission torque or rotary movement, and through the bearing and a rack or frame of the association. The structure parameters and the level of processing technology not only affects the entire machinery of the size and weight, are largely affect the reliability of machinery and life. Therefore stepped shaft on the design of mechanical design is essential for an important component part.
ANSYS is a function of very powerful, very strong universal finite element analysis software, Based on APDL of the current finite element analysis software ANSYS and the object-oriented programming language Visual C++，the parameterized finite element analysis system of multidiameter is developed.
