輪輻式組合梁有限元分析

1、彈塑性力學(xué)及有限元法題目：分析輪輻式組合梁在FX、fy、Fz和Mx作用下應(yīng)力和應(yīng)變1模型的建立1.1 3D實體模型的建立Ansys與Solid works等3D建模軟件有許多數(shù)據(jù)接口，如IGES、SAT和X_T 等，他們又不同的特性，適用于不同的模型。本文是將Solid works中文件另存 為X_T格式進行導(dǎo)入，這樣能最大限度保證實體模型的完整性。圖1輪輻式組合梁三維建模2有限元模型的建立2.1定義單元屬性a）定義單元類型選擇菜單 Main Menu： Preprocessor Element Type Add/Delete，在單元 類型對話框中單擊Add按鈕。彈出單元庫對話框。在其中的列表

2、中選擇Brick 8node45 和 MASS21。MASS21單元是含有一個節(jié)點的單元，該節(jié)點有六個自由度：沿X,Y和Z 軸的平移自由度和繞X,Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。其幾何圖形如下圖5所示，I林吟性f 康坂知x *j*-yV. Elefnentsystemfor KEYOPT（2）= 1圖2 MASS21幾何模型（3）選擇MASS21的主要目的：可以將經(jīng) MASS21劃分的點的節(jié)點和經(jīng) SOLID187劃分的輪輻式組合梁的節(jié)點進行剛性連接，再在經(jīng)MASS21劃分的點 的節(jié)點上施加轉(zhuǎn)矩和力，將轉(zhuǎn)矩和力傳遞到經(jīng)過網(wǎng)格劃分的輪輻式組合梁的節(jié)點 上。SOLID187單元上的節(jié)點含有三個平移自由度，無

3、繞軸旋轉(zhuǎn)自由度，無法施 加轉(zhuǎn)矩。MASS21單元是含有一個節(jié)點的單元，該節(jié)點有六個自由度：沿X,Y 和Z軸的平移自由度和繞X,Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。b）定義材料屬性選擇菜單 Main Menu： Preprocessor Material PropsMaterialMoudle，在材料屬性窗口中依次雙擊Structural, Linear, Elastic和Isotropic,在彈出的對話框 中設(shè)置EX （彈性模量）為2.06E11, PRXY （泊松比）為0.3, density （密度） 為7.85E3，單擊OK即可。查閱相關(guān)資料得鋼的彈性模量為2.06E11，泊松比為0.3,密度為7.8

4、5E3。2.2網(wǎng)格劃分可以采用ANSYS提供的Smart網(wǎng)格劃分工具生成有限元模型。執(zhí)行Main MenuPreprocessMeshingMesh tool，打開分網(wǎng)格工具窗口。選中 Element Attributes （單元屬性）中的 set 選項，設(shè)置 meshing attributes 中的TYPE （單元類型），選擇1 SOLID45。選中Smart Size選項，并選擇細分等級為1，指定Mesh為Volumeso智能 化控制是用于對網(wǎng)格劃分進行智能化控制，但是這個命令只是在自由劃分中有 效，不能用于映射網(wǎng)格。Meshing Controls （網(wǎng)格劃分控制）：此命令的功能是對實

5、體單元劃分網(wǎng)格控 制。在“Mesh”后的下拉列表中選擇“Volumes”選項，在Shape中選擇：Tex （四面體），F(xiàn)ree （自由式）劃分方式。其它選項不變，單擊mesh按鈕，選擇輪 輻式組合梁模型，劃分的輪輻式組合梁的網(wǎng)格如圖所示。1ELEMENTSAN1ELEMENTSJAt-T 11 201522:53:47File: D:FileRecvyuanpan.x_t圖3輪輻式組合梁網(wǎng)格圖在原點處建立一點，用MASS21對該點其進行劃分。最后利用接觸管理器 在原點處的節(jié)點和輪輻式組合梁的節(jié)點之間建立剛性連接，如圖所示。圖4建立的剛性連接2.3添加約束和載荷a）定義分析類型選擇菜單 Main

6、 Menu： SolutionNew Analysis，在分析類型對話框中選擇 Static（靜力學(xué)分析）復(fù)選框，單擊OK即可。b）添加約束選擇菜單 Main Menu： SolutionApplyDisplacementOn Lines，選擇輪輻式 組合梁最外面的圓柱面，單擊OK按鈕，在試加約束對話框中選擇All DOF （所 有自由度）單擊OK按鈕，其效果圖如圖所示。JAN 11 2015 23:02:44JAN 11 2015 23:02:44ANSYS圖5添加約束圖c）添加載荷選擇菜單 Main Menu: SolutionApplyForce/MomentOn Nodes，選擇原點

7、處的節(jié)點，在施加載荷對話框中選擇FX,FY,FZ,WX其值都為FX=FY=FZ=1000N, WX=10000N.mm施加載荷的效果圖如圖8所示圖6施加載荷圖2.4求解選擇菜單Main Menu： Solution SolveCurrent LS （當(dāng)前載荷步），單擊求解 對話框中的OK按鈕。求解結(jié)束后單擊Close按鈕。3結(jié)果處理a）讀結(jié)果選擇菜單 Main Menu： General PostprocFirst Set。b）節(jié)點變形列表選擇菜單 Main Menu: General PostprocList ResultsNodal Solution，在結(jié) 果列表對話框中選擇DOF sol

8、ution下的Displacement vector sum，單擊OK按鈕， 顯示節(jié)點位移列表，如圖所示。* P0ST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD GASE=0THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SVSTEMNODEUXUUZUSUM10.39639E-07-0.13636E-03-0.11334E-050.13637E-0320.37211E-060.15160E-03-

9、0.15383E-050.15161E-033-0.47969E-07-0.13 6 43 E-03-0.815 5 7E-060.13643E-0340.37406E-060.15180E-03-0.42005E-060.15181E-0350-00000.00Q0Q.0Q000.000060-00000.&Q&.&Q&0.000070-00000.00&00.000080-0000&.&Q&0.000090.6 043 2 E-06-0 _12 5 9 8 E-030.76893E-040.14759E-03100.40582E-05-0.15802E-040.17698E-04圖7節(jié)點變

10、形列表c）變形圖 選擇菜單 Main Menu： General PostprocPlot ResultsDeformed Shape，在繪制變形圖對話框中選擇Def+undef edge （顯示變形后的形狀）單擊 按鈕，變形圖如圖10所示。圖8變形圖d）節(jié)點云圖 Main Menu: General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu命令，出現(xiàn)節(jié)點結(jié)果顯示設(shè)置對話框。在“Items to be contoured”欄中選擇 “DOF SolutionDisplacement vector sum”，顯示的輪輻式組合梁位移云圖，如圖9 所示。在

11、“Items to be contoured” 欄中選擇 “Stressvon Mises SEQV”，顯示輪 輻式組合梁的應(yīng)力云圖，如圖10所示。在“Items to be contoured”欄中選擇“Total Mechanical Strainvon Mises total mechanical strain”，顯示輪輻式組合梁的應(yīng)變云 圖，如圖11所示。圖9位移云圖NODAL SOLUTIONANSTEF=1SUB =1TIME=1NODAL SOLUTIONANSTEF=1SUB =1TIME=1File : D: FileR.ec.vyuanpan.x_tJAN 11 201523:24:41Command (P0ST1)| mat=l| type=2| real=l| csys=O| secn = l圖10應(yīng)力云圖圖11應(yīng)變云圖4有限元靜力分析根據(jù)計算結(jié)果，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示:表1：應(yīng)力和應(yīng)變極值類型