第例靜力學問題的求解實例—扳手的受力分析

1、第8例 靜力學問題的求解實例扳手的受力分析本例提示 介紹了利用ANSYS進行空間問題靜力學分析的方法、步驟和過程。8.1 問題描述a) b)圖 8-1 扳手圖8-1a所示為一內(nèi)六角螺栓扳手，其軸線形狀和尺寸見圖8-1b，橫截面為一外接圓半徑為10 mm的正六邊形，擰緊力F為600 N，計算扳手擰緊時的應力分布。8.2 分析步驟8.2.1 改變工作名拾取菜單Utility MenuFileChange Jobname。彈出圖8-2所示的對話框，在“/FILNAM” 文本框中輸入EXAMPLE8 ，單擊“Ok”按鈕。8.2.2 過濾界面圖 8-2 改變工作名對話框拾取菜單Main MenuPref

2、erences。彈出圖8-3所示的對話框，選中“Structural”項，單擊“Ok” 按鈕。圖 8-4 單元類型對話框圖 8-3 過濾界面對話框8.2.3 創(chuàng)建單元類型拾取菜單Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。彈出圖8-4所示的對話框，單擊“Add”按鈕；彈出圖8-5所示的對話框，在左側(cè)列表中選“Structural Solid”，在右側(cè)列表中選“Quad 4node 42”， 單擊“Apply” 按鈕；再在右側(cè)列表中選“Brick 8node 45”, 單擊“Ok” 按鈕；單擊圖8-4所示的對話框的“Close”按鈕。8.2.

3、4 定義材料特性拾取菜單Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models。彈出圖8-6所示的對話框，在右側(cè)列表中依次雙擊“Structural”、 “Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，彈出圖8-7所示的對話框，在“EX”文本框中輸入2e11（彈性模量），在“PRXY” 文本框中輸入0.3（泊松比），單擊“Ok” 按鈕，然后關(guān)閉圖8-6所示的對話框。圖 8-5 單元類型庫對話框圖 8-6 材料模型對話框圖 8-7 材料特性對話框8.2.5 創(chuàng)建正六邊形面拾取菜單Main MenuPreprocessorModeling

4、CreateAreasPolygonHexagon。彈出圖8-8所示的拾取窗口，在“WP X”、“WP Y”和“Radius”文本框中分別輸入0、0和0.01，單擊“Ok” 按鈕。圖 8-8 拾取窗口8.2.6 改變視點拾取菜單Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate。在彈出的對話框中，依次單擊“Iso”、“Fit”按鈕。8.2.7 顯示關(guān)鍵點、線號拾取菜單Utility MenuPlotCtrlsNumbering。在彈出對話框中，將關(guān)鍵點號和線號打開，單擊“Ok” 按鈕。8.2.8 創(chuàng)建關(guān)鍵點拾取菜單Main MenuPreprocessorModeling

5、CreateKeypointsIn Active CS。彈出圖8-9所示的對話框，在“NPT”文本框中輸入7，在“X,Y,Z”文本框中分別輸入0,0,0，單擊“Apply” 按鈕；在“NPT”文本框中輸入8，在“X,Y,Z”文本框中分別輸入0,0,0.05，單擊“Apply” 按鈕；在“NPT”文本框中輸入9，在“X,Y,Z”文本框中分別輸入0,0.1,0.05，單擊“Ok”按鈕。圖 8-9 創(chuàng)建關(guān)鍵點的對話框8.2.9 創(chuàng)建直線拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line。彈出拾取窗口，分別拾取關(guān)鍵點7和8、8和

6、9，創(chuàng)建兩條直線，單擊“Ok” 按鈕。圖 8-10 圓角對話框圖 8-11 劃分單元工具對話框圖 8-12 單元尺寸對話框8.2.10 創(chuàng)建圓角拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet。彈出拾取窗口，分別拾取直線7、8，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-10所示的對話框，在“RAD”文本框中輸入0.015，單擊“Ok” 按鈕。8.2.11 創(chuàng)建直線拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line。彈出拾取窗口，分別拾取關(guān)鍵點1和4，單擊“Ok” 按鈕。8

7、.2.12 將六邊形面劃分成兩部分拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideArea by Line。彈出拾取窗口，拾取六邊形面，單擊“Ok” 按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取上一步在關(guān)鍵點1和4間創(chuàng)建的直線，單擊“Ok” 按鈕。8.2.13 劃分單元拾取菜單Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool。彈出圖8-11所示的對話框，單擊“Size Controls”區(qū)域中“Lines”后“Set”按鈕，彈出拾取窗口，拾取直線2、3、4，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-12所示的對話框，在“NDIV”文本框中

8、輸入3，單擊“Apply” 按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取直線7、9、8，單擊“Ok” 按鈕，刪除“NDIV”文本框中的3，在“SIZE”文本框中輸入0.01，單擊“Ok” 按鈕。在“Mesh”區(qū)域，選擇單元形狀為“Quad”（四邊形），選擇劃分單元的方法為“Mapped”（映射）。單擊“Mesh” 按鈕，彈出拾取窗口，拾取六邊形面的兩部分，單擊“Ok” 按鈕。8.2.14 顯示直線拾取菜單Utility MenuPlotLines。8.2.15 由面沿直線擠出體拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAlong Lines。彈出拾

9、取窗口，拾取六邊形面的兩部分，單擊“Ok” 按鈕；再次彈出拾取窗口，依次拾取直線7、9、8，單擊“Ok” 按鈕。8.2.16 清除面單元拾取菜單Main MenuPreprocessorMeshingClearAreas。彈出拾取窗口，拾取z=0的兩個平面，單擊“Ok” 按鈕。面單元模擬著一個平面結(jié)構(gòu)，如果不清除掉的話，分析模型實際是有兩個結(jié)構(gòu)。8.2.17 顯示單元拾取菜單Utility MenuPlotElements。圖 8-13 在面上施加約束對話框8.2.18 施加約束拾取菜單Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplaceme

10、ntOn Areas。彈出拾取窗口，拾取z=0的兩個平面，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-13所示的對話框，在列表中選擇“All DOF”，單擊“Ok” 按鈕。8.2.19 施加載荷拾取菜單Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Keypoints。彈出拾取窗口，拾取扳手長臂端面的六個頂點，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-14圖 8-14 在關(guān)鍵點施加力載荷對話框所示的對話框，選擇“Lab”為“FX”，在“VALUE”文本框中輸入100，單擊“Ok” 按鈕。圖 8-15 顯示變形對話框8.2.20 求解拾取菜單Main

11、MenuSolutionSolveCurrent LS。單擊“Solve Current Load Step” 對話框的“Ok” 按鈕。出現(xiàn)“Solution is done!”提示時，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果了。8.2.21 查看結(jié)果，顯示變形圖 8-16 扳手的變形拾取菜單Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape。彈出圖8-15所示的對話框，選中“Def+undef edge”(變形+未變形的模型邊界)，單擊“Ok” 按鈕。結(jié)果如圖8-16所示。圖 8-18 扳手的Von Mises應力圖 8-17 用等高線顯示節(jié)點結(jié)果對話框8.

12、2.22 查看結(jié)果，用等高線顯示Von Mises應力拾取菜單Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。彈出圖8-17所示的對話框，在列表中依次選擇“Nodal SolutionStress Von Mises SEQV”（Von Mises應力即第四強度理論的當量應力，式中1、2和3為主應力），單擊“Ok” 按鈕。結(jié)果如圖8-18所示，可以看出，Von Mises應力的最大值為0.149×109 Pa，即149 MPa。8.2.23 偏移工作平面到關(guān)鍵點圖 8-19 結(jié)果圖形類型對話框圖 8-20 切片拾

13、取菜單Utility MenuWorkPlaneOffset WP toNodes。彈出拾取窗口，拾取扳手圓角內(nèi)側(cè)中間的節(jié)點159，單擊“Ok” 按鈕。8.2.24 選擇結(jié)果圖形類型，作切片圖拾取菜單Utility MenuPlotCtrlsStyleHidden Line Options。彈出圖8-19所示的對話框，選擇“/TYPE Type of Plot”為“Section”，選擇“/CPLANE”為“Working plane”單擊“Ok” 按鈕。圖8-20即為工作平面所在位置模型的切片圖。利用步驟8.2.22顯示的結(jié)果圖形是模型外表面各點的結(jié)果，利用切片圖可以顯示模型內(nèi)部各點的結(jié)果。

14、8.2.25 保存結(jié)果拾取菜單Utility MenuFileSave as Jobname.db。ANSYS沒有UNDO（撤消）功能，在做一些可能出現(xiàn)錯誤的操作時，最好先保存一下數(shù)據(jù)庫文件，以備需要時可以恢復原來的數(shù)據(jù)庫。本文為了保證敘述的連貫，僅僅在分析過程的最后進行了保存操作，讀者可不局限于此。8.3 命令流：/CLEAR/FILNAME, EXAMPLE8/PREP7ET,1,PLANE42ET,2,SOLID45MP,EX,1,2E11MP,PRXY,1,0.3RPR4, 6, 0, 0, 0.01K,7,0,0,0K,8, 0,0,0.05K,9, 0,0.1,0.05LSTR,7,8LSTR,8,9LFILLT, 7, 8, 0.015LSTR,1,4ASBL, 1, 10LESIZE,2,3LESIZE,3,3LESIZE,4,3LESIZE,7,0.01LESIZE,8,0.01LESIZE,9,0.01MSHAPE,0MSHKEY,1AMESH,ALLVDRAG, ALL,7,9,