二維分析設(shè)置

1、二維分析設(shè)置l取8萬(wàn)噸模鍛液壓機(jī)的中間牌坊主框架(將承受4萬(wàn)噸壓力)作為計(jì)算模型，作為一個(gè)應(yīng)用算例，這里將該中間牌坊簡(jiǎn)化為一個(gè)二維計(jì)算模型，并進(jìn)行初步的分析。參數(shù)取為，H =17 m，D =3.4 m（厚度），取材料參數(shù)E2.11011 Pa，0.3，這里僅考慮工作狀態(tài)，即在垂直方向上承受400MN的壓力，則在上、下拱梁的內(nèi)表面上有均布?jí)毫 = 4108 /（4.53.4）Pa。l(1)進(jìn)入進(jìn)入ANSYS（設(shè)定工作目錄和工作文（設(shè)定工作目錄和工作文件）件）l程序程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory（設(shè)置工作目錄） Initial jobna

2、me（設(shè)置工作文件名）：Press Run OKl(2)設(shè)置分析特性設(shè)置分析特性lANSYS Main Menu：Preferences Structural OKl(3)定義單元類(lèi)型定義單元類(lèi)型lANSYS Main Menu：Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Solid: Quad 4node 42 OK（返回到Element Types窗口） Options K3：Plane Strs w/thk（帶厚度的平面應(yīng)力問(wèn)題） OK Closel(4)定義材料參數(shù)定義材料參數(shù)lANSYS Main Menu：Preprocessor

3、Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic：EX：2.1e11（彈性模量），PRXY：0.3（泊松比） OK 點(diǎn)擊該窗口右上角的“”來(lái)關(guān)閉該窗口l(5)定義實(shí)常數(shù)以確定平面問(wèn)題的厚度定義實(shí)常數(shù)以確定平面問(wèn)題的厚度lANSYS Main Menu：Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add Type 1 PLANE42 OK Real Constant Set No：1（第1號(hào)實(shí)常數(shù)），THK：3.4（平面問(wèn)題的厚度） OK Closel（6）生成幾何模型

4、）生成幾何模型l 生成上拱形梁lANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：-4.5，8.5 Apply 同樣輸入后5個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo)（坐標(biāo)分別為（-2.25，8.5），（），（2.25，8.5），（），（4.5，8.5），（），（0，13），（），（0，10.75） OK Lines Lines Straight Line 用鼠標(biāo)分別連接特征點(diǎn)1，2和3，4生成直線 OK Arcs By End KPs &

5、amp; Rad 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)2，3 OK 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)6 OK RAD Radius of the arc：2.25 Apply （出現(xiàn)Warning對(duì)話框，點(diǎn)Close關(guān)閉） 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)1，4 OK 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)5 OK RAD Radius of the arc：4.5 OK（出現(xiàn)Warning對(duì)話框，點(diǎn)Close關(guān)閉） Areas Arbitrary By Lines 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊剛生成的線 OK l 生成下拱形梁lANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS NPT Keypoi

6、nt number：7，X，Y，Z Location in active CS：-4.5，-8.5 Apply 同樣輸入后5個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo)（坐標(biāo)分別為（-2.25，-8.5），（），（2.25，-8.5），（），（4.5，-8.5），（），（0，-13），（），（0，-10.75） OK LinesLines Straight Line 用鼠標(biāo)分別連接特征點(diǎn)7，8和9，10生成直線 OK Arcs By End KPs & Rad 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)8，9 OK用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)12 OK RAD Radius of the arc：2.25 Apply（出現(xiàn)Warning對(duì)話框，點(diǎn)Clos

7、e關(guān)閉） 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)7，10 OK 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊特征點(diǎn)11 OK RAD Radius of the arc：4.5 OK（出現(xiàn)Warning對(duì)話框，點(diǎn)Close關(guān)閉）Areas Arbitrary By Lines 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊剛生成的線 OK l 生成兩根立柱lANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Areas Rectangle By 2 Corners WP X：-4.5，WP Y：-8.5，Width：2.25，Height： 17 Apply WP X：2.25，WP Y：-8.5，Width：2.25，Height：17 OKl

8、 粘結(jié)所有面lANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Areas Pick alll（7）網(wǎng)格劃分）網(wǎng)格劃分lANSYS Utility Menu：PlotCtrls Numbering LINE：On， OK（顯示線的編號(hào)） lANSYS Main Menu：Preprocessor Meshing MeshTool 位于Size Controls下的Lines：Set Element Size on Picked：1，2，5，6 Apply NDIV：4（每一條線分為4段） Apply Element Size

9、 on Picked：17，18，19，20 Apply NDIV：20（每一條線分為20段） Apply Element Size on Picked：3，4，7，8 Apply NDIV：10（每一條線分為10段） OK Shape：Mapped Mesh Pick all l（8）模型施加載荷和約束）模型施加載荷和約束l 在上下拱梁內(nèi)側(cè)施加工作載荷lANSYS Main Menu：Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines Apply PRES on Lines：4，8 OK VALUE：4e8/(4.5*3.4) O

10、K l 在左立柱左下角節(jié)點(diǎn)加X(jué)和Y兩個(gè)方向的約束lANSYS Utility Menu：Select Entities . Nodes（第1個(gè)方框中）By Location（第2個(gè)方框中） X coordinates -4.5 Apply Reselect Y coordinates -8.5 OK（返回到Structural窗口中） Displacement On NodesPick allLab2：All DOFOKlANSYS Utility Menu：SelectEverythingl 在右立柱右角節(jié)點(diǎn)加Y方向的約束lANSYS Utility Menu：Select Entities

11、 . Nodes（第1個(gè)方框中） By Location（第2個(gè)方框中）X coordinates4.5From full Apply Reselect Y coordinates -8.5 OK （返回到Structural窗口中）Displacement On NodesPick allLab2：UYOK lANSYS Utility Menu：Select Everythingl（9）分析計(jì)算）分析計(jì)算lANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OKl（10）結(jié)果顯示）結(jié)果顯示lANSYS Main Menu：General Postproc P

12、lot Results Deformed shape Def shape only OK（返回到Plot Results） Contour PlotNodal Solu Stress von Mises stressOK（還可以繼續(xù)觀察其他結(jié)果）l按以上計(jì)算方案，可得到最大的Von Mises等效應(yīng)力和最大的Y方向應(yīng)力分別為：48.9 MPa、33.4 MPa，等效應(yīng)力與Y方向應(yīng)力分布分別如圖所示。 l為驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，以立柱為對(duì)象，假設(shè)其受均布載荷，Y方向(垂直)應(yīng)力為：400MN/（22.253.4）=26.1 MPa，可見(jiàn)與上右圖相吻合。l 可以看出，主牌坊的立柱都處于承受拉應(yīng)力的狀態(tài)，最

13、大值達(dá)到33.4 MPa，這對(duì)材料提出了較高的要求；一種改進(jìn)方式就是在機(jī)架的外圈采用鋼絲纏繞技術(shù)來(lái)施加預(yù)緊力，以此來(lái)抵消液壓機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使得機(jī)架處于完全的壓應(yīng)力狀態(tài)，這將完全改善機(jī)架的應(yīng)力狀態(tài)。l8萬(wàn)噸模鍛液壓機(jī)主牌坊的參數(shù)化建模與分析萬(wàn)噸模鍛液壓機(jī)主牌坊的參數(shù)化建模與分析(命令流命令流) lANSYS中的APDL可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)置，基于8萬(wàn)噸模鍛液壓機(jī)的中間牌坊主框架(將承受4萬(wàn)噸壓力)的有限元分析，給出相應(yīng)的參數(shù)化設(shè)置操作過(guò)程。l解答解答 給出參數(shù)化建模與分析的命令流。l(1)如果希望將拱梁的半徑和立柱高度設(shè)為參數(shù)（每個(gè)變量不超過(guò)8個(gè)字符）：l beam_R1=2.25l be

14、am_R2=4.5l stud_H=17l(2)如果希望將牌坊的厚度設(shè)為參數(shù)： l stud_D=3.4l(3)將彈性模量和泊松比設(shè)為參數(shù)：l e_modu=2.1e11l prxy_Poi=0.3l(4)將每邊的單元分段設(shè)為參數(shù)：l 立柱短邊: line_div1=4l 立柱長(zhǎng)邊: line_div2=20l 拱梁圓弧: arc_div1=10l(5)將外載值設(shè)為參數(shù)：l pressure=4e8/(4.5*3.4)l完整的命令流如下：l!% ANSYS算例6.4.2(2) % begin %l!-注：以下命令流中的符號(hào)$，表示可將多行命令流寫(xiě)成一行-l/prep7 !進(jìn)入前處理l/PLOP

15、TS,DATE,0 !設(shè)置不顯示日期和時(shí)間l!=進(jìn)行參數(shù)化建模的參數(shù)設(shè)置lbeam_R1=2.25 !設(shè)置拱梁的內(nèi)半徑lbeam_R2=4.5 !設(shè)置拱梁的外半徑lstud_H=17 !設(shè)置立柱的高度lstud_D=3.4 !設(shè)置牌坊的厚度le_modu=2.1e11 !彈性模量lprxy_Poi=0.3 !泊松比lline_div1=6 !立柱短邊劃分單元份數(shù)lline_div2=40 !立柱長(zhǎng)邊劃分單元份數(shù)larc_div1=20 !拱梁圓弧劃分單元份數(shù)lpressure=4e8/(4.5*3.4) !工作載荷l!=設(shè)置單元和材料 lET,1,PLANE42 !定義單元類(lèi)型（PLANE42

16、）lKEYOPT,1,3,3 !帶厚度的平面應(yīng)力問(wèn)題lMP,EX,1,e_modu !定義彈性模量lMP,NUXY,1,prxy_Poi !定義泊松比lR,1,stud_D, !設(shè)置實(shí)常數(shù)l!=進(jìn)行幾何建模l!基于幾何參數(shù)定義上拱梁的6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)lK,1,-1*beam_R2,0.5*stud_H, lK,2,-1*beam_R1,0.5*stud_H, lK,3,beam_R1,0.5*stud_H, lK,4,beam_R2,0.5*stud_H, lK,5,0,beam_R2+0.5*stud_H, lK,6,0,beam_R1+0.5*stud_H, l!-連接上拱梁的線，并生成上拱梁的

17、面 lL,1,2 $L,3,4 !連接兩點(diǎn)生成直線 lLARC,1,4,5,beam_R2, !生成半徑為beam_R2的半圓弧 lLARC,2,3,6,beam_R1, !生成半徑為beam_R1的半圓弧 lAL,1,2,3,4 !選擇線生成半圓環(huán)面 l!基于幾何參數(shù)定義下拱梁的6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)lK,7,-1*beam_R2,-0.5*stud_H, !定義關(guān)鍵點(diǎn) lK,8,-1*beam_R1,-0.5*stud_H, lK,9,beam_R1,-0.5*stud_H, lK,10,beam_R2,-0.5*stud_H, lK,11,0,-1*(beam_R2+0.5*stud_H), lK,

18、12,0,-1*(beam_R1+0.5*stud_H), l!-連接下拱梁的線，并生成下拱梁的面 lL,7,8 $L,9,10 !連接兩點(diǎn)生成直線 lLARC,7,10,11,beam_R2, !生成半徑為beam_R2的半圓弧 lLARC,8,9,12,beam_R1, !生成半徑為beam_R1的半圓弧 lAL,5,6,7,8 !選擇線生成半圓環(huán)面 l!生成兩個(gè)立柱 lBLC4,-1*beam_R2,-0.5*stud_H,beam_R1,stud_H !指定角點(diǎn)位置生成矩形 lBLC4,beam_R1,-0.5*stud_H,beam_R1,stud_H !指定角點(diǎn)位置生成矩形l!lA

19、glue,all !讓所有面間相互粘接l!=進(jìn)行單元?jiǎng)澐謑!設(shè)置幾何線上的單元?jiǎng)澐謳追N分段 llsel,s,1 $lsel,a,2 $lsel,a,5 $lsel,a,6 !選擇線llesize,all,line_div1 !設(shè)置被選線上的單元分段數(shù)llsel,s,17 $lsel,a,18 $lsel,a,19 $lsel,a,20 !選擇線llesize,all,line_div2 !設(shè)置被選線上的單元分段數(shù)llsel,s,3 $lsel,a,4 $lsel,a,7 $lsel,a,8 !選擇線llesize,all,arc_div1 !設(shè)置被選線上的單元分段數(shù)lMSHKEY,1 !采用映射網(wǎng)格劃分方式lMSHAPE,0,2D !指定單元形狀為四邊形lAMESH,all !對(duì)所有的面劃分網(wǎng)格l!=在求解模塊中，施加位移約束、外力，進(jìn)行求解l/solutionlnsel,s,loc,x,-1*beam_R2 !選擇X坐標(biāo)為-1*beam_R2的節(jié)點(diǎn)lnsel,r,loc,y,-0.5*stud_H !在選擇Y坐標(biāo)為-0.5*stud_H的節(jié)點(diǎn)