第例靜力學(xué)問(wèn)題的求解實(shí)例—扳手的受力分析

1、第8例 靜力學(xué)問(wèn)題的求解實(shí)例扳手的受力分析本例提示 介紹了利用ANSYS進(jìn)行空間問(wèn)題靜力學(xué)分析的方法、步驟和過(guò)程。8.1 問(wèn)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(xiàn)形狀和尺寸見(jiàn)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(jì)算扳手?jǐn)Q緊時(shí)的應(yīng)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(duì)話(huà)框，在“/FILNAM” 文本框中輸入EXAMPLE8 ，單擊“Ok”按鈕。8.2.2 過(guò)濾界面圖 8-2 改變工作名對(duì)話(huà)框拾取菜單Main MenuPref

2、erences。彈出圖8-3所示的對(duì)話(huà)框，選中“Structural”項(xiàng)，單擊“Ok” 按鈕。圖 8-4 單元類(lèi)型對(duì)話(huà)框圖 8-3 過(guò)濾界面對(duì)話(huà)框8.2.3 創(chuàng)建單元類(lèi)型拾取菜單Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。彈出圖8-4所示的對(duì)話(huà)框，單擊“Add”按鈕；彈出圖8-5所示的對(duì)話(huà)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(duì)話(huà)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(duì)話(huà)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(duì)話(huà)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(duì)話(huà)框。圖 8-5 單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話(huà)框圖 8-6 材料模型對(duì)話(huà)框圖 8-7 材料特性對(duì)話(huà)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(diǎn)拾取菜單Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate。在彈出的對(duì)話(huà)框中，依次單擊“Iso”、“Fit”按鈕。8.2.7 顯示關(guān)鍵點(diǎn)、線(xiàn)號(hào)拾取菜單Utility MenuPlotCtrlsNumbering。在彈出對(duì)話(huà)框中，將關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)和線(xiàn)號(hào)打開(kāi)，單擊“Ok” 按鈕。8.2.8 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)拾取菜單Main MenuPreprocessorModeling

5、CreateKeypointsIn Active CS。彈出圖8-9所示的對(duì)話(huà)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(diǎn)的對(duì)話(huà)框8.2.9 創(chuàng)建直線(xiàn)拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line。彈出拾取窗口，分別拾取關(guān)鍵點(diǎn)7和8、8和

6、9，創(chuàng)建兩條直線(xiàn)，單擊“Ok” 按鈕。圖 8-10 圓角對(duì)話(huà)框圖 8-11 劃分單元工具對(duì)話(huà)框圖 8-12 單元尺寸對(duì)話(huà)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(xiàn)7、8，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-10所示的對(duì)話(huà)框，在“RAD”文本框中輸入0.015，單擊“Ok” 按鈕。8.2.11 創(chuàng)建直線(xiàn)拾取菜單Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line。彈出拾取窗口，分別拾取關(guān)鍵點(diǎn)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(diǎn)1和4間創(chuàng)建的直線(xiàn)，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(duì)話(huà)框，單擊“Size Controls”區(qū)域中“Lines”后“Set”按鈕，彈出拾取窗口，拾取直線(xiàn)2、3、4，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-12所示的對(duì)話(huà)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(xiàn)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(xiàn)拾取菜單Utility MenuPlotLines。8.2.15 由面沿直線(xiàn)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(xiàn)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(gè)平面，單擊“Ok” 按鈕。面單元模擬著一個(gè)平面結(jié)構(gòu)，如果不清除掉的話(huà)，分析模型實(shí)際是有兩個(gè)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(duì)話(huà)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(gè)平面，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-13所示的對(duì)話(huà)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(zhǎng)臂端面的六個(gè)頂點(diǎn)，單擊“Ok” 按鈕，彈出圖8-14圖 8-14 在關(guān)鍵點(diǎn)施加力載荷對(duì)話(huà)框所示的對(duì)話(huà)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(duì)話(huà)框8.2.20 求解拾取菜單Main

11、MenuSolutionSolveCurrent LS。單擊“Solve Current Load Step” 對(duì)話(huà)框的“Ok” 按鈕。出現(xiàn)“Solution is done!”提示時(shí)，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(duì)話(huà)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(yīng)力圖 8-17 用等高線(xiàn)顯示節(jié)點(diǎn)結(jié)果對(duì)話(huà)框8.

12、2.22 查看結(jié)果，用等高線(xiàn)顯示Von Mises應(yīng)力拾取菜單Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。彈出圖8-17所示的對(duì)話(huà)框，在列表中依次選擇“Nodal SolutionStress Von Mises SEQV”（Von Mises應(yīng)力即第四強(qiáng)度理論的當(dāng)量應(yīng)力，式中1、2和3為主應(yīng)力），單擊“Ok” 按鈕。結(jié)果如圖8-18所示，可以看出，Von Mises應(yīng)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(diǎn)圖 8-19 結(jié)果圖形類(lèi)型對(duì)話(huà)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(diǎn)159，單擊“Ok” 按鈕。8.2.24 選擇結(jié)果圖形類(lèi)型，作切片圖拾取菜單Utility MenuPlotCtrlsStyleHidden Line Options。彈出圖8-19所示的對(duì)話(huà)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(diǎn)的結(jié)果，利用切片圖可以顯示模型內(nèi)部各點(diǎn)的結(jié)果。

14、8.2.25 保存結(jié)果拾取菜單Utility MenuFileSave as Jobname.db。ANSYS沒(méi)有UNDO（撤消）功能，在做一些可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的操作時(shí)，最好先保存一下數(shù)據(jù)庫(kù)文件，以備需要時(shí)可以恢復(fù)原來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)。本文為了保證敘述的連貫，僅僅在分析過(guò)程的最后進(jìn)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,