1.定义文件名

GUI：Utility Menu|File|Change Jobname

操作后弹出一个对话框，在输入栏中输入“The Torque and bending moment Analysis in ANSYS”，单击OK。

2.定义单元和属性

（1）定义单元

GUI：Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete

操作后弹出对话框，单击Add，在弹出对话框的左边选择Solid，然后在右边选择Brick8node185单元，单击Apply；继续在其左边选择Constraint，在右边选择MPC184。

（2）定义单元属性

在单元类型对话框中选择MPC184。然后单击Options选项，在弹出的对话框中选择RigidBeam（刚性梁），单击OK会弹出一个新对话框，保持默认设置，再单击OK；返回单元类型界面，然后单击Close关闭对话框。

（3）定义单元材料常数

GUI：Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models

操作后弹出一个对话框，双击Structural|Liner|Elastic|Isotropic，又弹出一个输入材料属性的对话框，输入EX=2.12E11，PRXY=0.288，单击OK，关闭对话框。

3.建立模型

（1）建立第一段轴

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Volumes|Cylinder|By Dimensions。在弹出的对话框中输入RAD1=0.2，含义为轴外半径为0.2m；RAD2=0，含义为轴内半径为0；Z2=1，含义为轴长为1m；THETA1和THETA2保持默认值，含义为建立完整的轴，数据输入完毕后单击Apply。

（2）建立第二段轴

在弹出的对话框中继续输入RAD1=0.3，RAD2=0，Z1=1，Z2=1.5，HETA1和THETA2保持默认值，单击Apply。

（3）建立第三段轴

在弹出的对话框中继续输入RAD1=0.25，RAD2=0，Z1=1.5，Z2=2.3，HETA1和THETA2保持默认值，单击OK。

（4）布尔操作加运算

使用布尔操作中的加运算，把分离的三段轴合为一根阶梯轴。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Add|Volumes

操作后，在弹出的拾取对话框中单击PickAll，即可完成模型的建立，阶梯轴的三维实体模型，如图10-3所示。

4.网格划分

（1）显示线号

GUI：Utility Menu|PlotCtrls|Numbering

在弹出的对话中，勾选Line，单击OK，关闭对话框。

GUI：Utility Menu|Plot|Line

操作后将在屏幕上看到模型中各线的编号。

（2）打开网格划分工具

GUI：Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool

（3）设置单元尺寸

单击网格划分工具Lines中的Set按钮会弹出拾取对话框，单击鼠标选取编号35，36，37，38的线，选择完毕后单击拾取对话框的Ok。在弹出的单元尺寸设置对话框的NDIV选项中输入8，含义为刚才选中的每条线将划分为8份，单击OK。

图10-3 阶梯轴的三维实体模型

（4）对阶梯轴进行网格划分

勾选网格划分工具面板上的Smart Size，并设置为4；设置Mesh为Volumes；设置Shape为Tet，网格划分类型为Free，单击Mesh，单击弹出拾取对话框中的Pick All，完成网格划分。

5.创建刚性梁单元(www.daowen.com)

（1）生成一个节点

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Nodes|In Active CS

操作后在弹出的对话框中输入X=0，Y=0，Z=2.4，单击OK。

（2）设置单元属性

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|Elem Attributes

操作后在弹出的单元属性对话框的TYPE选项中，选择MPC184。

（3）创建刚性梁单元

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|Auto Numbered|Thru Nodes

操作后弹出拾取对话框，用鼠标单击选择刚创建的节点和阶梯轴外缘的节点，单击Apply则会创建出一个刚性梁，按照此方法继续选择，直到把阶梯轴外缘上的节点都选择完。选择完成后的所有刚性梁单元如图10-4所示。

6.设置分析类型

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis

操作后在弹出的对话框中选中Static，含义为进行静态问题求解。

7.设置边界条件

（1）约束底面的所有自由自由度

GUI：Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Structural|Displacement|On Areas

操作后弹出拾取对话框，拾取阶梯轴的底面，单击OK，在弹出的对话框中选择ALL DOF（即约束底面的所有自由度），单击OK。

图10-4 阶梯轴的刚性梁单元

（2）施加扭矩

GUI：Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Structural|Force/Moment|On Nodes

操作后弹出拾取对话框，选择阶梯轴外面的节点，单击OK，设置弹出对话框Lab选项为MZ，即施加载荷为绕Z轴的力矩（扭矩），在VALUE选项中输入1000，即设定扭矩大小为1000N.m，单击OK。

8.进行求解

GUI：Main Menu|Solution|Current LS

操作后弹出求解对话框，单击OK。忽略警告，单击Yes。

9.后处理

（1）查看节点总体位移云图

GUI：Main Menu|General Postproc|Plot Results|Nodal Solu

操作后弹出节点求解数据云图对话框，选择DOFSolution|Displacementvectorsun，单击OK，总体位移云图如图10-5所示。

由图可知，阶梯轴的轴心和底端的总体位移为0，这符合实际情况，说明本方法施加扭矩是可行的。

（2）查看节点Mises等效应力

GUI：Main Menu|General Postproc|Plot Results|Nodal Solu

操作后弹出节点求解数据云图对话框，选择Stress|von Mises stress，单击OK，总体等效应力云图如图10-6所示。由图10-6可知，应力的最大处发生阶梯轴的几何突变处，因此在实际工程设计处阶梯中都会加工圆角，就是为了减小应力集中。

说明：施加弯矩和施加扭矩的方法是一样的，在施加载荷是把选项改为MX或MY即可，在本章的视频操作中有详细的讲解。

图10-5 阶梯轴的总体位移云图

图10-6 阶梯轴的总体等效应力云图