有限元分析 三維托架實體受力分析

1、有限元基礎(chǔ)理論報告 學(xué) 院： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 任課老師：二一一年十二月 題目一：三維托架實體受力分析題目：1、三維托架實體受力分析：托架頂面承受50psi的均勻分布載荷。托架通過有孔的表面固定在墻上，托架是鋼制的，彈性模量E=29×106psi，泊松比v=0.3.試通過ANSYS輸出其變形圖及其托架的von Mises應(yīng)力分布。 題目1的分析：先進行建模，此建模的難點在對V3的構(gòu)建（既圖中的紅色部分）。要想構(gòu)建V3，首先應(yīng)將A15做出來，然后執(zhí)行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>

2、;Add>Volumes命令，將所有的實體合并為一個整體。建模后，就對模型進行網(wǎng)格的劃分，實行Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,先對網(wǎng)格尺寸進行編輯，選0.1，然后點Meshing，Pick all進行網(wǎng)格劃分，所得結(jié)果如圖1.1。劃分網(wǎng)格后，就可以對模型施加約束并進行加載求解了。施加約束時要注意，由于三維托架只是通過兩個孔進行固定，故施加約束應(yīng)該只是針對兩孔的內(nèi)表面，執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structrual>Displacement&

3、gt;Symmetry B.C>On Areas命令，然后拾取兩孔的內(nèi)表面，單擊OK就行了。施加約束后，就可以對實體進行加載求解了，載荷是施加在三維托架的最頂上的表面的，加載后求解運算，托架的變形圖如圖1.2。圖1.1、托架網(wǎng)格圖圖1.2輸出的是原型托架和施加載荷后托架變形圖的對比，虛線部分即為托架的原型，從圖1.2可看出，由于載荷的作用，托架上面板明顯變形了，變形最嚴(yán)重的就是紅色部分，這是因為其離托板就遠(yuǎn)，沒有任何物體與其分擔(dān)載荷，故其較容易變形甚至折斷。這是我們在應(yīng)用托架的時候應(yīng)當(dāng)注意的。圖1.2、托架位移變形圖圖1.3為托架的應(yīng)力分布圖，由圖可看出主要在兩孔處出現(xiàn)應(yīng)力集中，也就是說

4、這些地方所受的應(yīng)力的最大的，比較容易出現(xiàn)裂痕。我們在應(yīng)用托架的時候，應(yīng)當(dāng)注意采取一些設(shè)施，以便減緩其應(yīng)力集中。特別是在施加載荷時，絕對不能夠超過托架所能承受的極限，否則必將導(dǎo)致事故的發(fā)生。文后附上建模分析時所執(zhí)行的命令流。圖1.3、托架應(yīng)力分布圖1.指定分析標(biāo)題1選取菜單路徑Utility Menu | File | Change Jobname，將彈出Change Jobname (修改文件名)對話框。2在Enter new jobname (輸入新文件名)文本框中輸入文字“bracket”，為本分析實例的數(shù)據(jù)庫文件名。單擊對話框中的“OK”按鈕，完成文件名的修改。3選取菜單路徑Utilit

5、y Menu | File | Change Title，將彈出Change Title (修改標(biāo)題)對話框。4在Enter new title (輸入新標(biāo)題)文本框中輸入文字“press analysis of bracket structure”，為本分析實例的標(biāo)題名。單擊對話框中的“OK”按鈕，完成對標(biāo)題名的指定。2.定義單元類型1選取菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，將彈出Element Types (單元類型定義)對話框。單擊對話框中的按鈕，將彈出Library ofElement Types

6、(單元類型庫)對話框。2在左邊的滾動框中單擊“Structural Solid”，選擇結(jié)構(gòu)殼單元類型。在右邊的滾動框中單擊“Quad 10node 92”,在對話框中單擊“OK”按鈕，完成對這種單元的定義。3.指定材料特性1選取菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，將彈出Define Material Model Behavior (材料模型定義)對話框。2依次雙擊Structural， Linear ，Elastic 和Isotropic，將彈出1 號材料的彈性模量EX 和泊松比PRXY 的定義對話框。

7、3在EX文本框中輸入2.9E11，PRXY文本框中輸入0.3。定義材料的彈性模量為2.9E6 N/m2，泊松比為0.3。單擊“OK”按鈕，關(guān)閉對話框。4在Define Material Model Behavior (材料模型定義)對話框中，選取路徑Material | Exit，完成對材料模型的定義。5單擊ANSYS10.0 的ANSYS Toolbar (工具條)上的“SAVE”按鈕，保存數(shù)據(jù)庫文件4.建立托架的有限元模型1選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Volume|Block|By Dimensions，將彈出Cre

8、ate Block by Dimensions(根據(jù)坐標(biāo)創(chuàng)建體)對話框。在對話框輸入：X1,X2 X-coordinates：-1,1Y1,Y2 Y-coordinates：-1.5，1.5Z1, Z2 Z-coordinates：0，1/8然后單擊“APPLY”按鈕，再次在對話框輸入：X1,X2 X-coordinates：-1,1Y1,Y2 Y-coordinates：1.5，1.625Z1, Z2 Z-coordinates：0，32選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling | Operate |Booleans|Add|Volumes將彈出Add

9、Volumes(體相加)對話框，在對話框單擊“PICK ALL”按鈕完成體相加操作。3在執(zhí)行顯示keypoint的操作之后，執(zhí)行顯示line的操作，選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |Lines|Lines|StrainghtLine將彈出Create Straight Line對話框，然后選擇關(guān)鍵點5、13生成L13直線，單擊“OK”按鈕完成操作。4選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |Area|Arbitrary|By Lines將彈出對話框Create Area

10、By Lines然后選擇直線L1,L9,L13,L20,L24,L25，單擊“OK”即可生成面A4。5選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling |Operate|Extrude|Areas|Along Normal彈出對話框Extrude Area by選擇面A4單擊“OK”按鈕，將彈出另一個對話框，在Length extrusion項輸入“-1/8”，單擊“OK”按鈕。然后再次如前做的將所有體相加的操作。6選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling |Create|Areas|Circle|Solid Circle將彈

11、出Solid Circular Area對話框，在WP x,WPy,Radius項分別輸入0，-0.5，0.25單擊Apply,再次輸入0，0.5，0.25然后單擊“OK”按鈕。然后選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling |Operate|Extrude|Areas|Along Normal彈出對話框Extrude Area by選擇其中一個圓面單擊“Apply”按鈕，將彈出另一個對話框，在Length extrusion項輸入“1”，單擊“OK”按鈕。對另一個圓面做相同操作。7選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modelin

12、g | Operate |Booleans|Subtract|Volumes將彈出Subtract Volumes(體相減)對話框，選擇兩個圓柱體所在的體，單擊“Apply”按鈕，然后選擇兩個圓柱體，單擊“OK”按鈕，完成體相減操作。5.網(wǎng)格劃分1選取路徑Main Menu | Preprocessor | Modeling|Meshing|MeshTool將彈出MeshTool對話框，單擊“Mesh”按鈕，彈出另一對話框，再次單擊“PICK ALL”按鈕完成網(wǎng)格劃分。6.施加約束，載荷并求解1選取菜單路徑Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Lo

13、ads | Apply | Structural |Displacement | On Areas，將會彈出拾取對話框,選擇兩圓孔，單擊對話框中的“OK”按鈕。完成施加約束操作。2選取菜單路徑Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural |Pressure |On Areas將會彈出拾取對話框,選擇面A10,A19單擊“OK”按鈕，彈出另一對話框，在Load PRES value項輸入“50”單擊“OK”完成施加載荷操作。3選取菜單路徑Main Menu | Solution |Solve|Current LS彈出Solve

14、Current Load Step對話框，單擊“OK”開始求解，求解結(jié)束后，關(guān)閉相應(yīng)對話框。4選取菜單路徑Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu將彈出Contour Nodal Solution Data對話框，選擇Nodal Solution|DOF Solution|Displacement vector sum將得到如位移圖(1.2)：5選取菜單路徑Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu將彈出Contour N

15、odal Solution Data對話框，選擇Nodal Solution|Stress|von Mises Stress將得到如應(yīng)力圖(1.3)：命令代碼/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 22:40:46 12/25/2011/input,menust,tmp,'',1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/REPLOT,RESIZE /FILNAME,bracket,0 /TITLE,press analysis

16、 of bracket structure /PREP7 !* ET,1,SOLID92!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2.9E11 MPDATA,PRXY,1,0.3 SAVEBLOCK,-1,1,-1.5,1.5,0,0.125,BLOCK,-1,1,1.5,1.625,0,3, FLST,2,2,6,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 VADD,P51X /PNUM,KP,1 /PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUM

17、BER,0 !* /PNUM,ELEM,0/REPLOT !* /USER, 1 /FOC, 1, 0.426937526219 , 0.284687479101E-01, 1.50000000000/REPLO /VIEW, 1, -0.685695940356 , -0.239135898222 , 0.687484617690/ANG, 1, 32.4319615731 /REPLO /DIST,1,1.37174211248,1 /REP,FAST LSTR, 5, 13 KPLOT LSTR, 5, 13 LPLOT /REPLOT,RESIZE /PNUM,KP,0 /PNUM,L

18、INE,1/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 !* /PNUM,ELEM,0/REPLOT !* /VIEW, 1, -0.952211750124 , 0.300073577176 , 0.569967648888E-01/ANG, 1, 32.0511294406 /REPLO FLST,2,6,4 FITEM,2,1 FITEM,2,9 FITEM,2,13 FITEM,2,20 FITEM,2,25 FITEM,2,24 AL,P51X !* VOFFST,4,-0.125, , F

19、LST,2,2,6,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,3 VADD,P51X CYL4,0,-0.5,0.25CYL4,0,0.5,0.25 /VIEW, 1, -0.838435866138 , -0.486492678643 , -0.245662720003/ANG, 1, 110.788655111 /REPLO /VIEW, 1, -0.339515832571 , -0.244809226022 , 0.908183595034/ANG, 1, 148.821882503 /REPLO /ANG, 1, 155.910318084 /REPLO APLOT /PNU

20、M,KP,0 /PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,1/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 !* /PNUM,ELEM,0/REPLOT !* /ANG, 1, 164.296465953 /REPLO !* VOFFST,1,1, , !* VOFFST,2,1, , FLST,3,2,6,ORDE,2 FITEM,3,1 FITEM,3,3 VSBV, 2,P51X SAVEMSHAPE,1,3D MSHKEY,0!* CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 4 CM,_Y1,VOLU CHKMSH

21、,'VOLU' CMSEL,S,_Y !* VMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* /VIEW, 1, -0.652379214562 , 0.404126372088 , -0.641157730820/ANG, 1, 173.444855067 /REPLO /ANG, 1, 127.572346282 /REPLO /VIEW, 1, 0.250722452157 , -0.220015610285 , 0.942725507884/ANG, 1, -126.433951714 /REPLO /ANG, 1, -16

22、4.332458487 /REPLO /VIEW, 1, 0.726982073059E-01, -0.684396398504 , -0.725476767629/ANG, 1, -123.526629341 /REPLO /VIEW, 1, -0.847903267631 , -0.525698501156 , 0.685648205956E-01/ANG, 1, 167.194661055 /REPLO /ANG, 1, 116.907681077 /REPLO /VIEW, 1, 0.487887008769 , -0.358700944031 , 0.795801419593/ANG

23、, 1, 88.1380999294 /REPLO /VIEW, 1, -0.460990414590 , -0.659822304086 , 0.593398992825/ANG, 1, 128.316223859 /REPLO /VIEW, 1, 0.538728473488 , -0.595964192786E-01, 0.840368906292/ANG, 1, 173.548320689 /REPLO /VIEW, 1, -0.240462593018 , 0.884057268801 , -0.400774858043/ANG, 1, 104.119168548 /REPLO /A

24、NG, 1, -166.643976861 /REPLO /ANG, 1, -166.861024332 /REPLO /VIEW, 1, 0.741952188949 , -0.235810095554 , 0.627614968072/ANG, 1, -174.240926054 /REPLO /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.9240

25、21086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST FLST,2,8,5,ORDE,2 FITEM,2,32 FITEM,2,-39 !* /GO DA,P51X,ALL,/UI,MESH,OFFFINI

26、SH /SOL/REPLO /ANG, 1, -172.828760970 /REPLO /ANG, 1, 59.6792321571 /REPLO /VIEW, 1, -0.549109948518 , 0.339722745197 , -0.763588057027/ANG, 1, 39.8661168064 /REPLO /VIEW,1,-1/ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,-1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,-1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /ANG, 1, -0.805763212351

27、/REPLO /ANG, 1, 0.707117230855 /REPLO SAVE/VIEW, 1, 0.920945285577E-01, 0.709098745829 , 0.699069071318/REPLO /FOC, 1, 0.426868143929 , 0.248207777677 , 1.28771841669/REPLO /REPLO /ANG, 1, -11.2605268445 /REPLO /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW, 1, -0.654877885119E-01, 0.439621381744 , 0.895792604496

28、/REPLO FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,18 FITEM,2,26 /GO !* SFA,P51X,1,PRES,50 /STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 !* /EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0/VIEW, 1, 0.903525456941E-01, -0.365932262484 , 0.926245106200/REPLO /ANG, 1, -7.62645534073 /REPLO /ANG, 1, -10.6055199054 /REPLO /VIEW, 1, 0.433941101988 , -0.342681426970 , 0.833225395445/ANG, 1, 173.716012962 /REPLO /ANG, 1, -122.669453520 /REPLO /VIEW, 1, 0.690742719184 ,