連桿受力分析實例

1、連桿受力分析問題描述:如圖1所示的幾何模型，連桿的厚度為0.5in。在小頭孔的內側90°范圍內承受P=l 000psi的面載荷作用，利用有限元分析該連桿的受力狀態(tài)。連桿的材料屬性為楊氏模量E=30×106psi，泊松比為0.3。圖1 連桿的幾何模型1. 定義工作文件名和工作標題(1) 定義工作文件名：執(zhí)行Utility Menu>File>Change Jobname命令，在彈出的【ChangeJobname】對話框中輸入“c-rod”，選擇【New log and error files】復選框，單擊按鈕。(2) 定義工作標題：執(zhí)行Utility Menu&g

2、t;File>Change Title命令，在彈出的【Change Title】對話框中輸入“The stress calculating of c-rod”，單擊按鈕。(3) 重新顯示：執(zhí)行Utility Menu>Plot>Replot命令。2. 定義單元類型及材料屬性(1) 設置單元類型：執(zhí)行Main Menu>Preprocessro>Element Type>Add/Edit/Delete命令，彈出【Element Tpyes】對話框。單擊按鈕，彈出【Labrary of Element Types】對話框。選擇“Not Solved”和“Mesh

3、 Facet 200”選項，單擊按鈕。(2) 設置單元選項：單擊Element Types對話框中的按鈕，彈出如圖2所示的【MESH200 Element Type Option】對話框。設置“K1”為“QUAD 8-Node”，單擊按鈕。單擊按鈕，彈出【Library Of Element Type】對話框。選擇“Structural Solid”和“Brick 20node 95”選項，單擊按鈕，單擊按鈕。圖2 【MESH200 Element Type Option】對話框(3) 設置材料屬性：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Material Props&g

4、t;Material Models命令，彈出如圖3所示的【Define Material Models Behavior】窗口。雙擊【Material Model Available】列表框中的“StructuralLinearElasticIsotropic” 選項，彈出【Linear Isotropic Material Properties For Material Number l】對話框。輸入“EX=30e6，PRXY=0.3”，單擊按鈕。執(zhí)行Material>Exit命令，完成材料屬性的設置。圖3 【Define Material Models Behavior】窗口3. 建

5、立2D模型(1) 創(chuàng)建兩個圓環(huán)面：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>By Dimensions命令，顯示【Circular Area by Dimensions】對話框。如圖4所示輸入數(shù)據(jù)，單擊按鈕。在【THETAl】文本框中輸入“45”，單擊按鈕。圖4 輸入數(shù)據(jù)(2) 打開面編號控制：執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls>Numbering命令，彈出如圖5所示的【Plot Numbering Controls】對話框。選擇【Areas Number】復選框，單

6、擊按鈕。圖5【 Plot Numbering Controls】對話框4. 創(chuàng)建兩個矩形面(1) 生成矩形面：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Areas> Rectangle> By Dimensions命令，彈出【Create Rectangle by Dimensions】對話框。如圖6所示輸入數(shù)據(jù)，單擊按鈕?！癤1，X2”及“Y1，Y2”中分別輸入“-1.8，-1.2”及“0，0.3”，單擊按鈕。圖6 輸入數(shù)據(jù)(2) 平移工作平面：執(zhí)行Utility Menu>WorkPlane>Offs

7、et WP to>XYZ Locations命令，彈出一個拾取框。在坐標欄中輸入“6.5”，單擊按鈕。(3) 將激活的坐標系設置為工作平面坐標系：執(zhí)行Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Working Plane命令。(4) 創(chuàng)建另兩個圓環(huán)面：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor> Modeling>Create>Areas> Circle> By Dimensions命令，彈出【Circular Area by Dimensions】對話框。輸入“RADl=0.7”，“R

8、AD2=0.4”，“THETAI=0”，“THETA2=180”，單擊按鈕。輸入“THETA2=135”，單擊按鈕。(5) 面疊分操作：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans> Overlap> Areas命令，彈出一個拾取框。拾取編號為A1、A2、A3和A4的面，單擊按鈕。選擇編號為A5和A6的面，單擊按鈕，生成結果如圖7所示。圖7 生成結果(6) 激活總體笛卡兒坐標系：執(zhí)行Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Ca

9、rtesian命令。(7) 定義4個新的關鍵點：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS命令，彈出【Create Keypoints in Active Coordinate System】對話框，如圖8所示。在【Keypoint number】和【Location in active CS】文本框中輸入“28”、“2.5”和“0.5”，單擊按鈕。輸入“29”、“3.25”和“0.4”，單擊按鈕，輸入“30”、“4”和“0.33”，單擊按鈕，輸入“31”、“4.75”和“0.28

10、”。單擊按鈕，生成結果如圖9所示。圖8 輸入數(shù)據(jù)圖9 生成關鍵點的結果(8) 激活總體柱坐標系：執(zhí)行Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cylindrical命令。(9) 創(chuàng)建樣條線：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Splines>With Options >Spline Thru KPs命令，彈出一個拾取框。按順序拾取編號為5、28、29、30、31和22 這6個關鍵點。單擊按鈕，彈出【B-Spline】對話

11、框。如圖10所示輸入數(shù)據(jù)，單擊按鈕，生成的樣條曲線如圖11所示。圖10 輸入數(shù)據(jù)圖11 生成的樣條曲線5. 生成一個新面(1) 在關鍵點間創(chuàng)建直線： 執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines> Lines> Straight Line命令，彈出一個拾取框。拾取編號為 1和18的關鍵點，單擊按鈕。(2) 打開線的編號并顯示線：執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls>Numbering命令，彈出【Plot Numbering Controls】對話框。選擇【Line Number】復選框，

12、單擊按鈕。執(zhí)行Utility Menu>Plot>Lines命令，顯示結果如圖12所示。圖12 顯示所有線及其編號(3) 由線生成新的面：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas> Arbitrary> By Lines命令，彈出一個拾取框。拾取編號為6、1、7和25的4條線，單擊按鈕，生成結果如圖13所示。圖13 連桿體面的生成結果(4) 放大連桿的左面部分：執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls>Pan Zoom Rotate命令，顯示【Pan-Zoom-Rotate】

13、工具欄。單擊按鈕。然后拾取連桿的左面大頭孔部分，單擊完成放入操作。(5) 線倒角：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Line Fillet命令，彈出一個拾取框。拾取編號為36和40的線，單擊按鈕，彈出【Line Fillet】對話框。如圖14所示輸入數(shù)據(jù)，單擊按鈕。然后重復上述操作，對編號為40、31、30和39的線進行倒角。單擊按鈕，生成結果如圖15所示。圖14 輸入數(shù)據(jù)圖15 生成結果(6) 由前面定義的3個線倒角創(chuàng)建新的面：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modelin

14、g >Create>Areas>Arbitrary>By Lines命令，彈出一個拾取框。拾取編號為12、10和13的線，單擊按鈕。拾取編號為17、15和19的線，單擊按鈕。拾取編號21、22和23的線，單擊按鈕。(7) 面相加操作：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas命令，彈出一個拾取框。單擊按鈕。單擊【Pan-Zoom-Rotate】工具欄中的按鈕，生成結果如圖16所示。圖16 面相加操作后生成的結果(8) 關閉線及面的編號：執(zhí)行Utility M

15、enu>PlotCtrls>Numbering命令，彈出【Plot Numbering Controls】對話框。清除【Line Number】復選框，單擊按鈕。(9) 保存幾何模型：執(zhí)行Utility Menu>File>Save as命令，彈出【Save as】對話框。在【Save Database To】下拉列表框中輸入文件名“c-rod model”，單擊按鈕。6. 生成2D網(wǎng)格(1) 設置單元尺寸并劃分網(wǎng)格：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool命令，彈出劃分網(wǎng)格工具欄。單擊“Size contro

16、ls:”欄“Global”旁邊的按鈕，彈出如圖17所示的【Global Element Sizes】對話框。在【SIZE】文本框中輸入“0.2”，單擊按鈕。單擊劃分網(wǎng)格工具欄中的按鈕，彈出一個拾取框。單擊按鈕，采用自由網(wǎng)格劃分的結果如圖18所示。圖17 【Global Element Sizes】對話框 圖18 生成的2-D網(wǎng)格的結果(2) 保存網(wǎng)格結果：執(zhí)行Utility Menu>File>Save as命令，彈出【Save as】對話框。在【Save Database To】下拉列表框中輸入文件名“c_rod_2D_mesh”，單擊按鈕。7. 采用拖動生成3D網(wǎng)格(1) 改變

17、單元類型：單擊劃分網(wǎng)格工具欄中的第一個按鈕，彈出如圖19所示的【Meshing Attributes】對話框。在【Element Type Numbe】”下拉列表框中選擇“SOLID95”選項，單擊按鈕。圖19 【Meshing Attributes】對話框(2) 設置拖動方向的單元數(shù)目；執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate> Extrude>Elem Ext Opts命令，彈出如圖20所示的【Element Extrude Options】對話框。在【VALl】文本框中輸入“3”，單擊按鈕。圖20 【Element

18、Extrude Options】對話框(3) 拖動生成3D網(wǎng)格：執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude> Areas>Along Normal命令，彈出一個拾取框，點擊整個面，彈出如圖21所示的【Extrude Area along Normal】對話框。在【DIST】文本框中輸入“0.5”，單擊按鈕。圖21 【Extrude Area along Normal】對話框(4) 打開【Pan-Zoom-Rotate】工具欄：執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls> Pan Zoo

19、m Rotate命令，彈出【Pan-Zoom-Rotate】工具欄，單擊工具欄中的按鈕。(5) 顯示網(wǎng)格：執(zhí)行Utility Menu>Plot>Plot Element，生成的3D網(wǎng)格如圖22所示。 圖22 生成的3D網(wǎng)格結果(6) 保存網(wǎng)格結果：執(zhí)行Utility Menu>File>Save as命令，彈出【Save as】對話框。在【Save Database To】下拉列表框中輸入文件名“c_rod _3D_mesh”，單擊按鈕。 8. 施加約束、載荷并求解 (1) 在大孔的內表面施加對稱約束:執(zhí)行Main Menu>Solution>Define

20、 Loads>Apply>Structural>Displacement>Symmetry B.C.>On Areas命令，彈出一個拾取框。拾取大孔的內表面(面號為18和19)，單擊按鈕。 (2) 在Y=0的所有面上施加對稱約束: 執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>Symmetry B.C>On Areas命令，彈出一個拾取框。拾取Y=0的所有面(面號為15、16、17、20、21、22和25)，單擊按鈕。(3) 施加Z方向的約束

21、： 執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural >Displacement>On Nodes命令，彈出一個拾取框。拾取編號為447的節(jié)點，單擊按鈕，彈出一個對話框。在【DOF to be constrained】下拉列表框中選擇“UZ”選項，單擊按鈕。(4) 選擇所有實體：執(zhí)行Utility Menu>Select>Everything命令。(5) 顯示單元：執(zhí)行Utility Menu>Plot>Plot Elements命令，結果如圖23所示。圖23 施加約束后生成的結果(

22、6) 設置面載荷的表示方式：執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls>Symbol命令，彈出一個對話框。在【Show pres and convect as】下拉列表框中選擇“Arrow“選項，單擊按鈕。(7) 在小孔內表面施加面載荷，執(zhí)行 Main Menu>Solution>Defme Loads>Apply> Structural>Pressure>On Areas命令，彈出一個拾取框。拾取小孔的內表面(面號為23)，單擊按鈕，顯示如圖24所示的【Apply PRES on areas】對話框。在【Load PRES value】文

23、本框中輸入“1000”，單擊按鈕。圖24 【Apply PRES on areas】對話框(8) 選擇PCG迭代求解器：執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis Type>Soln Controls命令，彈出如圖25所示的【Solution Controls】對話框。在最上面一行點擊“Sols Options”，在“Equation Solver”選項組中選擇“Pre-condition CG”單選按鈕，單擊按鈕。圖25 【Solution Controls】對話框(9) 開始求解運算：執(zhí)行Main Menu>Solution>Solve>

24、Current LS命令，彈出一個提示框。瀏覽后執(zhí)行File>Close命令，單擊按鈕開始求解運算。出現(xiàn)一個【Solution is done】對話框時單擊按鈕，完成求解運算。(10) 保存分析結果：執(zhí)行Utility Menu>File>Save as命令，彈出【Save as】對話框。輸入“c_rod_RESU”單擊按鈕。9. 瀏覽分析結果(1) 顯示變形形狀：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape命令，彈出如圖26所示的【Plot Deformed Shape】對話框。在“KUND

25、Items to be plotted”選項組中選擇“Def+undeformed”單選按鈕，單擊按鈕，結果如圖27所示。圖26 【 Plot Deformed Shape】對話框圖27 變形形狀的結果(2) 顯示節(jié)點位移云圖：執(zhí)行Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour plot>Nodal Solu命令，彈出如圖28所示的【Contour Nodal Solution Data】對話框。在兩個下拉列表框中分別選擇“DOF solution”和“Displacement vector sum”選項，選擇“Defor

26、med shape with undeformed model”單選按鈕。單擊按鈕，生成結果如圖29所示。圖28【Contour Nodal Solution Data】對話框圖29 節(jié)點位移的結果(3) 顯示節(jié)點的Von Mises應力：執(zhí)行Mani Menu>General Postproc>Plot Results>Contour plot>Nodal Solu命令，彈出【Contour Nodal Solution Data】對話框。分別選擇“Stress”和“von Mises stress”選項，單擊按鈕，生成結果如圖30所示。圖30 生成結果(4) 映射節(jié)

27、點應力：執(zhí)行Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion> Periodic/Cyclic Symmetry Expansion命令，彈出如圖31所示的【Periodic/Cyclic Symmetry Expansion】對話框,選擇“Reflect About XZ”，單擊按鈕，生成的結果如圖32所示。圖31 【Periodic/Cyclic Symmetry Expansion】對話框圖32 生成結果附錄：命令流 /BATCH/FILMAME,c-rod/TITLE,The Stress calculating of c-rod/REPLOT/PRE