ANSYS經(jīng)典應(yīng)用實(shí)例(結(jié)構(gòu)分析詳解)

1、第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)5.1 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析中用到的單元 ANSYS軟件中結(jié)構(gòu)靜力分析用來分析由于穩(wěn)態(tài)外載荷引起的系統(tǒng)或部件的位移、應(yīng)變、應(yīng)力和力。穩(wěn)態(tài)外載荷包括穩(wěn)定的慣性力（如重力、旋轉(zhuǎn)件所受的離心力）和能夠等效為靜載荷的隨時(shí)間變化的載荷。這種分析類型有很廣泛的應(yīng)用，如確定確定結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中程度，預(yù)測結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力等。類別形狀和特性單元類型1. 桿普通LINK1,LINK8雙線性LINK102. 梁普通BEAM3,BEAM4截面漸變BEAM54,BEAM44塑性BEAM23,BEAM24考慮剪切變形BEAM188,BEAM189第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)類別形狀和特性

2、單元類型3. 管普通普通PIPE16，PIPE17，PIPE18浸入浸入PIPE59塑性塑性PIPE20，PIPE604. 二維實(shí)體三角形三角形PLANE2四邊形四邊形PLANE42，PLANE82，PLANE182超彈性單元超彈性單元HYPER84，HYPER56，HYPER74粘彈性粘彈性VISCO88大應(yīng)變大應(yīng)變VISO106，VISO108諧單元諧單元PLANE83，PLANE25P P單元單元PLANE145，PLANE146第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)類別形狀和特性單元類型5. 三維實(shí)體塊塊SOLID45，SOLID95，SOLID73，SOLID185四面體四面體SOL

3、ID92，SOLID72層層SOLID46各向異性各向異性SOLID64，SOLID65超彈性單元超彈性單元HYPER86，HYPER58，HYPER158粘彈性粘彈性VISO89大應(yīng)變大應(yīng)變VISO107P P單元單元SOLID147，SOLID1486. 殼 四邊形四邊形SHELL93，SHELL63，SHELL41，SHELL43，SHELL181軸對稱軸對稱SHELL51，SHELL61層層SHELL91，SHELL99剪切板剪切板SHELL28P P單元單元SHELL150第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)類別 形狀和特性單元類型7. 接觸單元面面TARGET169，TARGET

4、170，SURF171，SURF172，SURF173點(diǎn)面SURF174點(diǎn)點(diǎn)CONTAC48，CONTAC49剛性表面CONTAC12，CONTAC52，CONTAC268. 專業(yè)單元 彈簧COMBIN14，COMBIN39，COMBIN40質(zhì)量MASS21控制單元COMBIN37表面效應(yīng)單元SURF19，SURF22，SURF153，SURF154鉸COMBIN7線性激發(fā)器LINK11矩陣MATRIX27，MATRIX50第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)類別 形狀和特性單元類型9. 耦合場聲學(xué)聲學(xué)TARGET169，TARGET170，SURF171，SURF172，SURF173壓電

5、壓電熱應(yīng)力熱應(yīng)力SURF174磁結(jié)構(gòu)磁結(jié)構(gòu)CONTAC48，CONTAC49流體結(jié)構(gòu)流體結(jié)構(gòu)CONTAC12，CONTAC52，CONTAC26第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)5.2 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析的類型靜力分析線性靜力分析非線性靜力分析非線性靜力分析允許有大變形、蠕變、應(yīng)力剛化、接觸單元、超彈性單元等。線性靜力分析根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和所受外載荷的形式通常歸結(jié)為如下幾個(gè)問題：平面問題、軸對稱問題、周期對稱問題、三維問題等。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)5.2.1 平面問題平面問題平面應(yīng)變平面應(yīng)力特點(diǎn)：物體沿某坐標(biāo)軸（如Z軸）的尺寸遠(yuǎn)大于其它兩個(gè)坐標(biāo)軸的尺寸；垂直于Z軸各截面的形狀和尺寸

6、均相同；所有外力與Z軸垂直且不隨Z坐標(biāo)變化；物體的約束條件不隨Z坐標(biāo)而變化。在這種情況下，可以認(rèn)為物體沿Z軸方向各截面沒有z向位移，而沿x和y向的位移對各截面均相同（與z坐標(biāo)無關(guān)），各截面內(nèi)將產(chǎn)生平面應(yīng)變。 任何機(jī)械零部件，一般說來都是空間結(jié)構(gòu)。但是在某些條件下，它們可以簡化為平面問題來處理。平面問題包括平面應(yīng)變問題和平面應(yīng)力問題兩類。特點(diǎn)：物體沿某坐標(biāo)軸（如Z軸）的尺寸遠(yuǎn)小于其它兩個(gè)坐標(biāo)軸的尺寸；外力沿周邊作用且與XY平面平行，且體積力也垂直于z軸；由于物體在z方向厚度很小，故外載的表面力和體積力都可看成是沿z向不變化的。約束條件在XY平面內(nèi)。在這種情況下，可以認(rèn)為物體沿Z軸方向無應(yīng)力，所有

7、應(yīng)力都發(fā)生在XY平面內(nèi)。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)5.2.2 軸對稱結(jié)構(gòu)問題與周期對稱結(jié)構(gòu)問題軸對稱結(jié)構(gòu)問題周期對稱結(jié)構(gòu)問題特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)體（截面繞它的回轉(zhuǎn)中心軸旋轉(zhuǎn)而形成）；（2）載荷關(guān)于軸心線對稱。 ANSYS軟件中提供了專門的分析方法對這類問題進(jìn)行求解，與普通方法相比可以節(jié)約大量的人力和計(jì)算機(jī)資源，大大提高求解問題的效率。特點(diǎn)：如果結(jié)構(gòu)繞其軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，結(jié)構(gòu)（包括材料常數(shù)）與旋轉(zhuǎn)前完全相同，則將這種結(jié)構(gòu)稱為周期對稱結(jié)構(gòu)（循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)）。符合這一條件的最小旋轉(zhuǎn)角第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)5.3 桿系結(jié)構(gòu)分析實(shí)例第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)問題描述

8、： 圖5-1所示為一平面桁架，長度L=0.1m，各桿橫截面面積均為A=1 10-4m2 ，力P=2000N，計(jì)算各桿的軸向力Fa、軸向應(yīng)力a。圖5-1 平面桁架實(shí)例1 平面桁架分析第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)桿軸向力Fa/N軸向應(yīng)力a/MPa10001001000100-1414.2-141.400-1414.2-141.4思考:根據(jù)靜力平衡條件，很容易計(jì)算出軸向力Fa、軸向應(yīng)力a，如表5-1所示。表5-1 各桿的軸向力和軸向應(yīng)力第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)求解步驟：求解步驟： 創(chuàng)建單元類型選擇Structusral Beam類的2D elastic 3。 定義實(shí)常數(shù)定義A

9、REA=1E-4。 定義材料特性輸入Ex=2e11，PRXY=0.3。 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)GUI ：Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesIn Active cs第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)在NODE文本框中依次輸入節(jié)點(diǎn)1、2、3、4的X、Y、Z坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)1：0，0，0； 節(jié)點(diǎn)2：0.1，0，0；節(jié)點(diǎn)3：0.2，0，0； 節(jié)點(diǎn)4：0.1，0.1，0； 顯示節(jié)點(diǎn)號、單元號GUI ：Utility MenuPlotCtrlsNumbering。在彈出的“Plot Numbering Controls”對話框，將節(jié)點(diǎn)號和單元號打開。 創(chuàng)建單元GUI ：Main

10、 MenuPreprocessorModelingCreateEleMentsAuto NumberedThru Nodes。彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)1和2，單擊拾取窗口的“Apply”按鈕，于是在節(jié)點(diǎn)1和2之間創(chuàng)建了一個(gè)單元。重復(fù)以上過程，在節(jié)點(diǎn)2和3、1和4、3和4間分別創(chuàng)建單元，建模圖形如左圖5-2所示。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)圖5-2 桁架建模圖第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 施加約束GUI ：Main Menu SolutionDefine LoadesApplyStructuralDisplacementOn Node。彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)1，單擊ok按鈕，在

11、彈出的對話框列表中選擇“UX、UY”，單擊Apply按鈕。再次彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)3，單擊 ok按鈕，在彈出的對話框列表中選擇“UY”，單擊ok按鈕，完成對模型的約束施加。 施加載荷GUI ：Main Menu SolutionDefine LoadesApplyStructuralForce/MomentOn Nodes。彈出拾取窗口，拾取節(jié)點(diǎn)4，單擊ok按鈕，在對話框中選擇Lab為“FY”，在VALUE文本框中輸入-2000，單擊ok按鈕。 求解GUI ：Main Menu SolutionSolvCurrent LS。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)單擊“Solution Cur

12、rent Load Step”對話框ok按鈕。出現(xiàn)“solution is done！”提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看求解結(jié)果。結(jié)果顯示： 定義單元列表GUI ： Main MenuGeneral PostrocElement TableDefine Table。彈出“Element Table Data”對話框，單擊Add按鈕，在Lab文本框中輸入FA，在“Item,Comp”兩個(gè)列表中分別選擇“By sequn-ence num”、“SMISC”,在右側(cè)列表下方文本框輸入SMISC，1，單擊Apply按鈕，于是定義了單元表FA，該單元列表保存了各單元的軸向力；在Lab文本框中輸入SA，在“It

13、em,Comp”兩個(gè)列表中分別選擇“By sequnence num”、“Ls”,在右側(cè)列表下方文本框輸入LS，1，單擊ok按鈕，于是定義了單元表SA ，該單元列表保存了各單元的軸向應(yīng)力。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 列表單元表數(shù)據(jù)GUI ： Main MenuGeneral PostrocElement TableListElem Table。在彈出的對話框的列表中選擇FA、 SA，單擊ok按鈕，即顯示出求解結(jié)果。與表5-1對照，二者完全一致。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)5.4 5.4 梁結(jié)構(gòu)分析實(shí)例梁結(jié)構(gòu)分析實(shí)例第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)實(shí)例1簡支梁載荷工況

14、組合實(shí)例圖5-3 簡支梁問題描述及解析解：圖5-3（a）所示為一圓截面簡支梁，跨度L=1m，圓截面直徑D=30mm，作用在梁上的集中力為P=1000N,作用點(diǎn)距支座A距a=0.2m，已知彈性模量E=2e11.第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)484410976. 36403. 064mDImaLEILPaf332811322max10517. 1)2 . 01 (10976. 31023921000)(39由材料力學(xué)知識可得：梁截面的慣性距為最大撓度第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)思路分析: 當(dāng)進(jìn)行線性分析時(shí)，簡支梁的應(yīng)力、應(yīng)變和變形等于如圖5-3（b）、（c）所示兩個(gè)簡支梁的結(jié)果疊

15、加。如圖5-3（b)所示的簡支梁結(jié)構(gòu)和載荷均對稱于梁的中點(diǎn)O，故應(yīng)力、應(yīng)變和變形也對稱于梁的中點(diǎn)O，進(jìn)行有限元分析時(shí)，可簡化為如圖5-4(a)所示的模型。如圖5-3(c）所示的簡支梁結(jié)構(gòu)、載荷反對稱，故應(yīng)力、應(yīng)變和變形也反對稱于梁的中點(diǎn)O，因此可簡化為如圖5-3（b）所示的模型。 對如圖5-4（b）、（c）所示的模型進(jìn)行有限元分析，將結(jié)果分別進(jìn)行相加和相減，即可分別得到如圖？所示的簡支梁中點(diǎn)左、右兩半部分的結(jié)果。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)圖5-3 簡支梁圖5-4 簡支梁的簡化模型第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 創(chuàng)建單元類型選擇Structusral Beam類的2D ela

16、stic 3 單元。 定義實(shí)常數(shù)定義AREA=7.069e-4、IZZ=3.976e-8、HEIGHT=0.03。 定義材料特性輸入Ex=2e11（彈性模量），PRXY=0.3（泊松比）。 創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)GUI：MainMenuPreprocessorModelingCreatKeypointsIn Active cs。在彈出對話框的NPT文本框中輸入1，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2，“X、Y、Z”文本框中分別輸入0.5，0，0.單擊ok按鈕.求解步驟：第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 顯示關(guān)鍵點(diǎn)號GUI：Utility MenuPl

17、otCtrlsNumbering。在彈出的對話框中，將關(guān)鍵點(diǎn)號打開，單擊ok按鈕。 創(chuàng)建直線GUI：MainMenuPreprocessorModelingCreateLines LinesStraight Line彈出拾取窗口，拾取關(guān)鍵點(diǎn)1和2，單擊ok按鈕。 創(chuàng)建硬點(diǎn)GUI:MainMenuPreprocessorModelingCreateKeypointsHard PT On line Hard PT by ratio。彈出拾取窗口，拾取直線，單擊ok按鈕，在文本框中輸入0.4，單擊ok按鈕。（為了施加集中載荷，作用點(diǎn)處創(chuàng)建了一個(gè)硬點(diǎn)，該硬點(diǎn)屬于直線）第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南

18、大學(xué) 劃分單元GUI ： Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool。 彈出MeshTool對話框，單擊“Size Controls”區(qū)域中的“Line”后的set按鈕，彈出拾取窗口，拾取直線，單擊ok按鈕，在NDIV文本框中輸入50，單擊Mesh按鈕，彈出拾取窗口，拾取直線，單擊ok按鈕。 顯示點(diǎn)、線、單元GUI：UtilityPlotMulti-Plots。 施加載荷施加第一個(gè)載荷步 施加第一個(gè)載荷步的位移載荷GUI:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOn Keypoint。第5章 AN

19、SYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)對關(guān)鍵點(diǎn)1加載UX、UY方向的載荷，關(guān)鍵點(diǎn)2加載UX、ROTZ方向的載荷。（注意：約束關(guān)鍵點(diǎn)2的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，相當(dāng)于在該處時(shí)加一個(gè)彎矩） 施加第一個(gè)載荷步的力載荷GUI:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralForce/MomentOn Keyopints。彈出拾取窗口，拾取關(guān)鍵點(diǎn)3，單擊ok按鈕，選擇Lab為FY,在VALUE文本框中輸入-500，單擊ok按鈕。 寫第一個(gè)載荷步文件GUI ： MainMenuGeneral PostprocLoad CaseRead Load Case。在LCNO文本框中輸入1，單擊ok按

20、鈕。 刪除位移載荷GUI ：MainMenuSolutionDefine LoadsDeleteStructuralDisplacementOn Keypoint。彈出拾取窗口，拾取關(guān)鍵點(diǎn)2，單擊ok按鈕，彈出一個(gè)對話框，然后單擊ok按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)施加第二個(gè)載荷步 施加第二個(gè)載荷步的位移載荷GUI:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOn Keypoint。對關(guān)鍵點(diǎn)2加載UX、UY方向的載荷。 寫第二個(gè)載荷步文件GUI ：MainMenuSolutionLoad Step OptsWrite

21、LS File. 在LSNUM文本框中輸入2，單擊ok按鈕。 求解GUI ： Main Menu SolutionSolveFrom LS Files。在LSMIN文本框中輸入1,在LSMAX文本框中輸入2,在LSINC文本框中輸入1，單擊ok按鈕，出現(xiàn) “solution is done！”提示時(shí)時(shí)，求解結(jié)束，即可查看求解結(jié)果。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)結(jié)果顯示： 創(chuàng)建載荷工況GUI ： MainMenuGeneral PostprocLoad CaseCreate Load Case。單擊ok按鈕，在LCNO文本框中輸入1，在LSTEP文本框中輸入1，單擊Apply按鈕，再次單

22、擊ok按鈕，再在LCNO文本框中輸入2，在LSTEP文本框中輸入2，單擊ok按鈕。于是，創(chuàng)建了兩個(gè)載荷工況。其中，載荷工況1對應(yīng)著載荷步1，載荷工況2對應(yīng)著載荷步2。 將載荷工況1讀入內(nèi)存GUI ： MainMenuGeneral PostprocLoad CaseRead Load Case。在LCNO文本框中輸入1，單擊ok按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 對載荷工況進(jìn)行加運(yùn)算GUI ： MainMenuGeneral PostprocLoad CaseAdd。在LCASE1文本框中輸入2，單擊ok按鈕。 查看結(jié)果，顯示變形GUI ： MainMenuGeneral Postp

23、rocPlot ResultsDeformed Shape。在彈出的對話框中，選中Def Shape only，單擊ok按鈕。即得到簡支梁左半部分的結(jié)果。 寫載荷工況組合到結(jié)果文件GUI ： MainMenuGeneral PostprocWrite Results。在彈出的對話框的LSTEP文本框中輸入9999，單擊ok按鈕。 查看簡支梁有半部分的結(jié)果重復(fù)以上- 的過程，在步驟中，拾取菜單MainMenuGeneral PostprocLoad CaseSubtract，對載荷工況進(jìn)行減運(yùn)算，可得到簡支梁右半部分的結(jié)果。（注意：與簡支梁的實(shí)際情況呈對稱關(guān)系）。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中

24、南大學(xué)5.5 平面問題分析實(shí)例第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)問題描述：圖5-2所示為一厚壁圓筒，其內(nèi)徑r1=50mm,外徑r2=100mm,作用在內(nèi)孔上的壓力p=10MPa,無軸向壓 力，軸向長度視為無窮。要求計(jì)算后壁圓筒的徑向應(yīng)力r和切向應(yīng)力t沿半徑r方向的分布。 圖5-2厚壁圓筒問題實(shí)例1厚壁圓筒問題第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)思路:根據(jù)材料力學(xué)的知識，r 、 t沿r方向的分布的解析解為:22221222122221222111rrrrprrrrrprtr根據(jù)對稱性，可取圓筒的四分之一并施加垂直于對稱面的約束進(jìn)行分析。(5-1)第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)求解步

25、驟：求解步驟： 創(chuàng)建單元類型選擇Structusral Solid類的8node 183 單元。單擊options按鈕，選擇K3為Plane strain(平面應(yīng)變）。 定義材料特性輸入Ex=2e11（彈性模量），PRXY=0.3（泊松比）。創(chuàng)建實(shí)體模型GUI ：Main MenuPreprocessorModelingCreateAreas Circle By Dimensions。在RAD1、RAD2、THETA2文本框中分別輸入0.1、0.05和90，單擊ok按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 劃分單元GUI ： Main MenuPreprocessorMeshingMesh

26、Tool。彈出MeshTool對話框，單擊“Size Controls”區(qū)域中的“Line”后的set按鈕，彈出拾取窗口，拾取面的任意直線邊，單擊ok按鈕，在NDIV文本框中輸入6，單擊Apply按鈕，再次彈出拾取窗口，拾取面的任意圓弧邊，單擊ok按鈕，在NDIV文本框中輸入8，單擊OK按鈕。在Mesh區(qū)域，選擇單元形狀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，單擊ok按鈕。 施加約束GUI ： Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructural DisplacementOn Lines。彈出拾取窗口，拾

27、取水平直線邊，單擊ok按鈕，在列表中選擇UY，單擊Apply按鈕，再次彈出拾取窗口，拾取面的垂直直線邊，單擊ok按鈕，在列表中選擇UX，單擊ok按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 施加載荷GUI ：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOn Lines。彈出拾取窗口，拾取面的內(nèi)側(cè)圓弧邊（較短的一條圓?。?，單擊ok按鈕，在VALUE文本框中輸入10e6，單擊ok按鈕。 求解GUI ：Main Menu SolutionSolveCurrent LS。單擊“Solution Current Load Step”對話框ok按鈕。

28、出現(xiàn)“solution is done！”提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看求解結(jié)果。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)結(jié)果顯示： 顯示節(jié)點(diǎn)GUI ： Utility MenuPlotNodes。 定義路徑GUI ： MainMenuGeneralPostprocPathOperationsDefine PathBy Nodes。彈出拾取窗口，由內(nèi)向外依次拾取與X軸平行的水平直線邊上的所有節(jié)點(diǎn)，單擊ok按鈕，在Name文本框中輸入p1，單擊ok按鈕。 將數(shù)據(jù)映射到路徑上GUI ： Main MenuGeneral PostprocPath OperationsMap onto Path。第5章 A

29、NSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)在Lab文本框中輸入SR，在“Item,Comp”兩個(gè)列表中分別選擇“Stress”、“X-direction SX”, 單擊Apply按鈕，在Lab文本框中輸入ST，在“Item,Comp”兩個(gè)列表中分別選擇“Stress”、“X-direction SX”, 單擊ok按鈕。（注：該路徑上各節(jié)點(diǎn)X、Y放上的應(yīng)力即徑向應(yīng)力r和切向應(yīng)力t ） 作路徑圖GUI ： Main MenuGeneral PostprocPath OperationsPlot Path ItemOn Graph。在彈出的對話框中的列表中選擇SR、ST，單擊ok按鈕。即可顯示徑向應(yīng)力r和切向應(yīng)力

30、t 隨半徑的分布情況。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)5.6 5.6 空間問題實(shí)例分析空間問題實(shí)例分析第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)實(shí)例1 各種坐標(biāo)系下的扭轉(zhuǎn)問題設(shè)等直圓軸的圓截面直徑D=50mm，長度L=120mm，作用在圓軸兩端上的轉(zhuǎn)矩Mn=1.5103N M ,求圓柱的最大剪切應(yīng)力和轉(zhuǎn)角 。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)474410136. 63205. 032mDIp35310454.21605.0163mDWnMPaWMnn6110454. 2105 . 15max3radGILMpn37931075. 210136. 6108009. 0105 . 1問題描述

31、及解析解：由材料力學(xué)知識可得：圓截面對圓心的極慣性矩為圓截面的抗扭截面模量為圓截面上任意一點(diǎn)的剪應(yīng)力與該點(diǎn)半徑成正比，在圓截面的邊緣上有最大值等直圓軸距離為0.09m的兩截面間的相對轉(zhuǎn)角第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)求解步驟： 創(chuàng)建單元類型選擇Structusral Solid類的Quad 4node 42和Brick 8node 45單元。 定義材料特性輸入Ex=2e11（彈性模量），PRXY=0.3(泊松比）。創(chuàng)建矩形面GUI：MainMenuPreprocessorModelingCreatAreasBy Dimensions。在X1、X2文本框中輸入0，0.025；在Y1、Y2

32、文本框中輸入0，0.12.第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 劃分單元GUI ：Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool彈出MeshTool對話框，單擊“Size Controls”區(qū)域中的“Line”后的set按鈕，彈出拾取窗口，拾取矩形面的任一短邊，單擊ok按鈕，在NDIV文本框中輸入4，單擊Apply按鈕，再次彈出拾取窗口，拾取矩形面的任一長邊，再次彈出單元尺寸對話框，在NDIV文本框中輸入8，單擊ok按鈕。在Mesh區(qū)域，選擇單元形狀Quad（四邊形），選擇劃分單元的方法為Mapped，單擊Mesh按鈕，彈出拾取窗口，拾取面，單擊ok按鈕。 設(shè)定擠出

33、選項(xiàng)GUI：MainMenuPreprocessorModelingOperateExtrudeElem Ext opts。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)在VAL1文本框中輸入3（擠出段數(shù)），選定ACLEAR為Yes（清除矩形面上的單元），單擊ok按鈕。 由面旋轉(zhuǎn)擠出體GUI：MainMenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAbout Axis彈出拾取窗口，拾取矩形面，單擊ok按鈕；再次彈出拾取窗口，拾取矩形面在Y軸上兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，單擊ok按鈕；在隨后出現(xiàn)的對話框中的ARC文本框中輸入360，單擊ok按鈕。 顯示單元GUI：Utility M

34、enuPlotElements。 改變視點(diǎn)GUI：Utility MenuPlotCtrlsPan zoom Roate。在彈出的對話框中，依次單擊ISO、Fit按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 旋轉(zhuǎn)工作平面GUI：Utility MenuWorkPlaneOffset WP By Increment。在XY、YZ、ZX Angles文本框中輸入0，90，單擊ok按鈕。 創(chuàng)建局部坐標(biāo)系GUI：Utility MenuLocal Coordinate SystemCreate LocalCSAt WP Origin。在KCN文本框中輸入11，選擇KCS為Cylindrical 1，單

35、擊ok按鈕。即創(chuàng)建了一個(gè)代號為11、類型為圓柱坐標(biāo)系的局部坐標(biāo)系，并激活其成為當(dāng)前坐標(biāo)系。 選中圓柱面上的所有節(jié)點(diǎn)GUI：Utility MenuSlectEntity。在彈出的對話框的下拉列表框、文本框、單選按鈕中依次選擇或輸入Nodes、By Location、X Coordinates、0.025、From Full，單擊Apply按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系到當(dāng)前坐標(biāo)系GUI：MainMenuPreprocessorModelingMove/ModifyRoate Node CSTo Active CS。彈出拾取窗口，單擊Pick All按鈕。 施加約束

36、GUI ：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes。彈出拾取窗口，選擇Pick All按鈕。在彈出的對話框中的Lab2列表框中選擇UX，單ok按鈕。 選中圓柱面上最上端的所有節(jié)點(diǎn)GUI：Utility MenuSlectEntity。在彈出的對話框的下拉列表框、文本框、單選按鈕中依次選擇或輸入Nodes、By Location、Z Coordinates、-0.12、Reselect，單擊Apply按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 施加載荷GUI ： MainMenuSolutionDefineLo

37、adsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes。彈出拾取窗口，單擊Pick All按鈕。在彈出的對話框中的Lab下拉列表框中選擇FY，在VALUE文本框中輸入5000，單擊ok按鈕。這樣在結(jié)構(gòu)上一共施加了12個(gè)大小為5000N的集中力，它們對圓心的力矩和為1500N.m 選擇所有GUI：Utility MenuSlectEverything。 顯示體GUI：Utility MenuPlotVolumes。 施加約束GUI ：MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas。第5章 ANSY

38、S靜力分析實(shí)例中南大學(xué)彈出拾取窗口，拾取圓柱體下側(cè)底面（由四部分組成），單擊ok按鈕。在彈出的對話框中的Lab2列表框中選擇All DOF，單ok按鈕。 求解GUI ： Main Menu SolutionSolveCurrent LS。單擊“Solution Current Load Step”對話框ok按鈕。出現(xiàn)“solution is done！”提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看求解結(jié)果。結(jié)果顯示： 顯示變形GUI ： Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape。在彈出的對話框中，選中Def+undeformed（變形+未變形的單元邊

39、界），單擊ok按鈕。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 改變結(jié)果坐標(biāo)系為局部坐標(biāo)系GUI ： Main MenuGeneral PostprocOptions for Outp。在RSYS下拉列表框中選擇Local system，在Local system Reference no文本框中輸入11，單擊ok按鈕。 選擇z=-0.09m的所有節(jié)點(diǎn)GUI：Utility MenuSlectEntity。在彈出的對話框的下拉列表框、文本框、單選按鈕中依次選擇或輸入Nodes、By Location、Z Coordinates、-0.09、From Full，單擊Apply按鈕。再在下拉列表框、文

40、本框、單選按鈕中依次選擇或輸入Nodes、By Location、Y Coordinates、0、Reselect，單擊Apply按鈕。 列表顯示節(jié)點(diǎn)位移GUI ： Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)在左側(cè)列表中選擇DOF Solution，在右側(cè)列表中選擇UY，單擊ok按鈕。 選擇單元GUI：Utility MenuSlectEntity。在彈出的對話框的下拉列表框、文本框、單選按鈕中依次選擇或輸入Nodes、By Location、Z Coordinates、-0.1，0、From

41、Full，單擊Apply按鈕。再在下拉列表框、文本框、單選按鈕中依次選擇或輸入Elements、Attachedto、Nodes all、 Reselect，單擊Apply按鈕。這樣做的目的是，在下一步顯示應(yīng)力時(shí)，不包含集中力作用點(diǎn)附近的單元，以得到更好的計(jì)算結(jié)果。 查看結(jié)果，用等高線顯示剪應(yīng)力GUI ：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotElements Solu。在Item,Comp兩個(gè)列表中分別選擇Stress、“YZ-shear SYZ”,即可查看結(jié)果。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 如圖所示軸承座結(jié)構(gòu)，尺寸單位為m

42、m。已知沉孔徑向內(nèi)柱面承受外推壓力0.0069MPa，軸承孔柱面下部分承受向下壓力0.0345MPa，計(jì)算軸承的最大應(yīng)力及其位置。實(shí)例2:軸承座分析第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)分析：約束方式：四個(gè)通孔為軸承座安裝固定孔，必須給予對稱約束；除此之外，還必須限制軸承座垂直方向的移動(dòng)，避免該方向的剛體位移。幾何建模1.（1）建立底座：VolumesBlockBy Dimension第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué) 輪子二維結(jié)構(gòu)如圖所示（尺寸單位為英寸），現(xiàn)要分析該輪僅承受繞其中心軸旋轉(zhuǎn)角速度的作用下，輪的受力及其變形情況。已知角速度：w=525rad/s,材料屬性： 彈性模量E301

43、06psi 泊松比為0.3 密度為0.000731bf-2/in4實(shí)例3輪子分析第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)思路分析： 這是一個(gè)空間問題的靜力學(xué)分析，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不能采用由2D網(wǎng)格拖拉生成3D網(wǎng)格的方式，宜采用自由網(wǎng)格和映射網(wǎng)格相結(jié)合的網(wǎng)格生成方式，根據(jù)該輪的對稱性，在分析式只要分析其中的一部分即可。1）先建立三維幾何模型；2）根據(jù)三維模型的特點(diǎn)，對三維模型進(jìn)行分割，使其中一部分模型能夠采用映射網(wǎng)格方式劃分，其余部分則可以用自由網(wǎng)格劃分。因此必須選用20節(jié)點(diǎn)六面體單元（Solid95)，它可以進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，同時(shí)也可以變成20節(jié)點(diǎn)的四面體網(wǎng)格進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分。因此能夠?qū)崿F(xiàn)不同

44、網(wǎng)格形狀的連接。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)3）對劃分網(wǎng)格的連接處進(jìn)行網(wǎng)格轉(zhuǎn)換。即將20節(jié)點(diǎn)的四面體自由網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為10節(jié)點(diǎn)四面體網(wǎng)格，以減六面體單元（Solid95)，它可以進(jìn)行映射網(wǎng)格劃分，同時(shí)也可以變成20節(jié)點(diǎn)的四面體網(wǎng)格進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分。因此能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)格形狀的連接。4）對劃分網(wǎng)格的連接處進(jìn)行網(wǎng)格轉(zhuǎn)換。即將20節(jié)點(diǎn)的四面體自由網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為10節(jié)點(diǎn)四面體網(wǎng)格，以減少解題規(guī)模。5）施加對稱約束和角加速度。6）求解分析。7）顯示結(jié)果。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)GUI操作方式（1）定義工作名”Wheel_Anal“和工作標(biāo)題”The Stress calculating o

45、f Wheel by angular velocity”（2）定義單元類型和材料屬性選擇Structural Solid類型的Brick 20node 95兩種單元；材料屬性：在EX框輸入30e6，PRXY框輸入0.3，DENS框輸入0.00073（3）建立2D模型（如下頁所示） Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy Dimension 生成左邊矩形面：X11.0,X21.5，Y10,Y2=5.0 生成右邊矩形面：X13.25,X23.75，Y10.5,Y2=3.75 生成中間矩形面：X11.0,X23.75，Y11.75,Y2

46、=2.5面疊分布爾操作Overlap，Pick All第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)線倒角，生成由倒角線圍成的面生成弧線的中心關(guān)鍵點(diǎn)（共兩個(gè)）：X=3.5,Y=0.475X=3.5,Y=3.505生成圓弧線(如圖所示）ArcBy End Kps&RadR=0.35生成由圓弧線圍成的面（共兩處）面相加（Pick All）線相加以減少線的數(shù)量（可不作）：L17L12L13；L22L10L20第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)壓縮編號操作，并重新顯示線保存結(jié)果數(shù)據(jù)：存為Wheel_Anal_2D（4）通過拖拉生成3D模型生成軸線的關(guān)鍵點(diǎn)： (0,0)-(0,5)2D拖拉成3DPr

47、eprocessorModelingOperateExtrudeAbout Axis在Arc length in degree框中輸入22.5度，輸入NSEG1，即生成的實(shí)體由一塊體積組成關(guān)閉線號顯示改變視圖方向：ISO結(jié)果如下頁所示。第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)（5）生成一個(gè)圓柱孔激活工作平面旋轉(zhuǎn)工作平面：WorkplaneOffset by increments，在”XY，YZ，ZX Angles”下面的輸入欄中輸入”0，90“,工作平面的”WZ”將指向上方；生成一個(gè)圓柱體：CreateCylinderSolid Cylinder，出現(xiàn)一個(gè)對話框，輸入WP X=2.375WP Y=0，Radius0.45，Depth2.6(注：2.5)體相減得到的3D幾何模型如圖所示另存盤為：Save as “Wheel_Anal_3D”第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)（6）生成網(wǎng)格平移工作平面到關(guān)鍵點(diǎn)9上。用工作平面切分體：OperateDivideVolu by WrkPlane，拾取“Pick All”。顯示體平移工作平面到關(guān)鍵點(diǎn)14上。用工作平面切分體：OperateDivideVolu by WrkPlane，拾取下部分體（編號為V4）。關(guān)閉工作平面結(jié)果如上圖所示第5章 ANSYS靜力分析實(shí)例中南大學(xué)設(shè)置單元尺寸：用Mesh Tool工具，單擊Gloabal