旋轉(zhuǎn)厚壁圓筒有限元分析

旋轉(zhuǎn)厚壁圓筒有限元分析題目要求5、受內(nèi)壓力的旋轉(zhuǎn)厚壁圓筒，設(shè)厚壁筒長(zhǎng)為120mm，內(nèi)徑為100mm，外徑為200mm，兩端自由，承受內(nèi)壓p=120MPa，并以角速度ω=209rad/s繞中心軸旋轉(zhuǎn)。材料彈性模量E=200GPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8×10-9T/mm3。⑴繪出徑向位移云圖。⑵繪出環(huán)向應(yīng)力云圖。⑶繪出等效應(yīng)力（vonmisesstress）云圖。⑷調(diào)取變形、應(yīng)力動(dòng)畫文件。要求：由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，取1/8圓筒模型作為分析對(duì)象，采用8結(jié)點(diǎn)六面體單元。題目分析1、壁厚0.1m圓筒，屬于軸對(duì)稱問題；取1/8圓筒模型作為分析對(duì)象，采用8結(jié)點(diǎn)六面體單元(Solid45單元)。2、約束：兩端自由，承受內(nèi)壓p=120MPa（1.2e8Pa），并以角速度ω=209rad/s繞中心軸旋轉(zhuǎn)；3、材料性質(zhì)：材料彈性模量E=200GPa（2e11Pa），泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8×10-9T/mm3（7.8e3kg/m3）。實(shí)驗(yàn)步驟及計(jì)算1、設(shè)置工作目錄，定義文件名和標(biāo)題用戶定義文件夾《ANSYS張海鑫725》,定義Jobname—cylinder，單擊run如圖1所示。圖1設(shè)置工作目錄對(duì)話框及文件名設(shè)置圖形用戶界面類型選擇MainMenu>Preference,顯示圖形用戶界面過濾對(duì)話框，此問題屬于結(jié)構(gòu)分析類型，應(yīng)選擇Structural選項(xiàng)，并且應(yīng)用h方法結(jié)構(gòu)分析，選擇h-Method,點(diǎn)擊“OK”，如圖2所示。圖2設(shè)置圖形用戶界面類型選擇單元類型此題在進(jìn)行有限元分析時(shí)，題目要求采用8結(jié)點(diǎn)六面體單元。(1)選擇MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete,彈出【ElementTypes】對(duì)話框圖3，單擊【add…】按鈕。圖3“單元類型”對(duì)話框(2)在左邊的列表框中選擇“solid”，右邊選擇“Brick8node45”，如圖4所示。單擊【OK】按鈕，返回【ElementTypes】對(duì)話框。圖4“單元類型庫(kù)”對(duì)話框(3)單擊【Options…】按鈕，彈出圖5所示的【SOLID45elementtypeoptions】對(duì)話框，對(duì)單元進(jìn)行設(shè)置，使其可用于計(jì)算平面應(yīng)變問題,單擊【OK】按鈕。圖5單元選項(xiàng)設(shè)置對(duì)話框(4)單擊【ElementTypes】中的【Close】按鈕，關(guān)閉“單元類型”的對(duì)話框。4、定義材料屬性及參數(shù)依次選擇MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，彈出【DefineMaterialModelBehavior】對(duì)話框，如圖6所示。圖6“定義材料屬性”對(duì)話框依次雙擊Structural→Linear→Elastic→Isotropic，展開屬性的樹形結(jié)構(gòu)，彈出材料的彈性模量EX和泊松比PRXY定義的對(duì)話框，在對(duì)畫框中填入如圖7所示的數(shù)據(jù)。單擊【OK】按鈕關(guān)閉對(duì)話框，返回到【DefineMaterialModelBehavior】。圖7“定義材料彈性模量和泊松比”的對(duì)話框雙擊Density，輸入材料密度，如圖8所示。單擊【OK】按鈕關(guān)閉對(duì)話框，返回到【DefineMaterialModelBehavior】。點(diǎn)擊關(guān)閉【DefineMaterialModelBehavior】對(duì)話框。圖8“定義材料密度”對(duì)話框5、建立圓筒實(shí)體有限元模型（1）生成45度的圓環(huán)面依次選擇MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→PartialAnnulus→依次輸入圓環(huán)面的圓心、內(nèi)徑R1、啟始角θ1、外徑R2、終止角θ2、→OK。如圖9所示。圖9“定義1/8圓環(huán)截面”對(duì)話框生成如圖10所示的圓環(huán)截面。圖10“生成的圓環(huán)截面”（2）拉伸成三維物體依次選擇MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→ByXYZOffset→選擇圓環(huán)面→OK。如圖11所示。圖11“選擇圓環(huán)面”輸入Z向偏移量0.12，如圖12所示。圖12“輸入Z向偏移量”單擊【OK】按鈕確認(rèn)退出對(duì)話框，在圖形區(qū)域?qū)@示如圖13所示1/8圓筒模型。圖13“1/8圓筒模型”6、對(duì)實(shí)體劃分網(wǎng)格（1）依次選擇MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，彈出【MeshTool】對(duì)話框圖14所示，在ElementAttributes的下拉菜單中選中Volumes,然后單擊【Set】按鈕，彈出體積拾取對(duì)話框，選中創(chuàng)建的圓筒實(shí)體模型如圖15所示。圖14MeshTool對(duì)話框圖15體積拾取單擊【OK】按鈕，彈出如圖16所示的體積屬性對(duì)話框。在MATMaterialsnumber后的下拉菜單中選中1，在TYPEElementtypenumber后的下拉菜單中選中1SOLID45。圖16體積屬性對(duì)話框然后單擊【OK】按鈕，結(jié)束設(shè)定，關(guān)閉對(duì)話框。（2）單擊MeshTool對(duì)話框中SizeControl區(qū)域的Lines后面的【Set】按鈕，彈出拾取線的對(duì)話框，選中圓筒的母線后，如圖17所示。單擊【Apply】按鈕，彈出線上單元尺寸控制對(duì)話框，如圖18所示。在NDIVNo.Ofelementdivision后面的文本框中輸入30（表示在高度方向上，劃分的層數(shù)為30）。圖17母線選取圖18單元尺寸控制對(duì)話框單擊【OK】按鈕，關(guān)閉單元尺寸控制對(duì)話框。單擊MeshTool對(duì)話框中SizeControl區(qū)域的Lines后面的【Set】按鈕，彈出拾取線的對(duì)話框，選中圓筒的徑向直線后，如圖19所示。單擊【Apply】按鈕，彈出線上單元尺寸控制對(duì)話框，如圖20所示。在NDIVNo.Ofelementdivision后面的文本框中輸入20（表示在厚度方向上，劃分的層數(shù)為20）。圖19厚度徑向直線選擇圖20單元尺寸控制對(duì)話框單擊【OK】按鈕，關(guān)閉單元尺寸控制對(duì)話框。（4）單擊MeshTool對(duì)話框中SizeControl區(qū)域的Lines后面的【Set】按鈕，彈出拾取線的對(duì)話框，選中圓筒內(nèi)外圓周上圓弧，如圖21所示。單擊【Apply】按鈕，彈出線上單元尺寸控制對(duì)話框，如圖22所示。在NDIVNo.Ofelementdivision后面的文本框中輸入30（表示在圓筒內(nèi)外圓周上圓弧劃分的單元數(shù)為30）。圖21圓弧選取圖22單元尺寸控制對(duì)話框單擊【OK】按鈕，關(guān)閉單元尺寸控制對(duì)話框。（5）在MeshTool對(duì)話框中Mesh下的下拉菜單中選擇Volumes，在劃分網(wǎng)格方式中選擇Hex/Wedge和Sweep，如圖23所示。圖23選擇網(wǎng)格劃分方式單擊【Sweep】按鈕后，選擇圓筒實(shí)體（如圖24）后，圓筒將被劃分為如圖25所示的有限元模型。圖24選取實(shí)體模型圖25劃分網(wǎng)格后的有限元模型7、模型施加約束（1）將激活坐標(biāo)系切換到總體柱坐標(biāo)系下依次選UtilityMenu→WorkPlane→ChangeActiveCSto→GlobalCylindrical命令，將激活坐標(biāo)系切換到總體柱坐標(biāo)系下；依次選UtilityMenu→Select→everything；依次選擇MainMenu→Preprocessor→Modeling→Move/Modify→RotateNodeCS→ToActiveCS命令，彈出節(jié)點(diǎn)選擇的對(duì)話框，如圖26所示；圖26“節(jié)點(diǎn)選擇”對(duì)話框單擊【PickAll】按鈕，選擇所有節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系都將被旋轉(zhuǎn)到當(dāng)前激活坐標(biāo)系即總體柱坐標(biāo)系下。（2）給側(cè)面施加對(duì)稱約束依次選擇MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→SymmetryBC→OnAreas→拾取側(cè)面：Apply→OK。過程如圖27所示。圖27選擇約束表面結(jié)果如圖28所示。圖28表面約束結(jié)果給圓筒施加角速度依次選擇MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Inertia→AngularVeloc→Global→OMEGZGlobalCartesianZ-comp輸入209→OK。過程如圖29所示。圖29定義角速度對(duì)話框（4）給內(nèi)弧面施加徑向的分布載荷依次選擇MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→拾取內(nèi)弧面，如圖30所示。圖30選取承載面單擊【OK】按鈕→inputVALUE:1.2e8→OK。如圖31所示。圖31定義載荷大小對(duì)話框結(jié)果如圖32所示。圖32施加載荷結(jié)果8、分析計(jì)算依次選擇MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，彈出一個(gè)確認(rèn)對(duì)話框和狀態(tài)列表，要求查看列出的求解選項(xiàng)，確認(rèn)后單擊【OK】按鈕，開始求解。如圖33所示。圖33確認(rèn)對(duì)話框及狀態(tài)列表由于劃分網(wǎng)格較密，計(jì)算精度高，計(jì)算量較大，所以計(jì)算時(shí)間會(huì)稍長(zhǎng)。求解完后彈出圖34所示對(duì)話框，單擊【Close】。圖34求解結(jié)束9、查看結(jié)果依次選擇MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK(backtoPlotResultswindow)，過程如圖35所示，結(jié)果如圖36所示。圖35圖36（1）繪出徑向位移云圖依次選擇MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu…→select:DOFsolution,X-Componentofdisplacement,Def+Undeformed→OK。過程如圖37所示，結(jié)果如圖38所示。圖37圖38繪出環(huán)向應(yīng)力云圖依次選擇MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu…→select:Stress,Y-Componentofstress,Def+Undeformed→OK。過程如圖39所示，結(jié)果如圖40所示。圖39圖40繪出等效應(yīng)力云圖依次選擇MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu…→select:Stress,vonMisesstress,Def+Undeformed→OK。過程如圖41所示，結(jié)果如圖42所示。圖41圖42調(diào)取變形、應(yīng)力動(dòng)畫文件1、調(diào)取變形動(dòng)畫文件從功能菜單中選擇PlotCtrls→Animate→DeformedResults→No.offrametocreate幀數(shù)輸入10；Timedelay(seconds)延遲時(shí)間輸入0.5；選擇Dofsolution→TranslationgUX→OK。如圖43所示。圖43將計(jì)算結(jié)果生成動(dòng)畫對(duì)話框選定計(jì)算結(jié)果后，點(diǎn)擊OK創(chuàng)建動(dòng)畫，隨后自動(dòng)播放以創(chuàng)建出的動(dòng)畫，同時(shí)彈出一個(gè)播放動(dòng)畫的控制面板，如圖44所示。圖44播放動(dòng)畫的控制面板保存已創(chuàng)建出來的動(dòng)畫視頻。選擇功能菜單中PlotCtrls→Animate→SaveAnimation...,選擇保存路徑，如圖45所示，將視頻保存為AVI格式的文件。圖45選擇保存路徑對(duì)話框2、調(diào)取環(huán)向應(yīng)力動(dòng)畫文件從功能菜單中選擇PlotCtrls→Animate→DeformedResults→No.offrametocreate幀數(shù)輸入10；Timedelay(seconds)延遲時(shí)間輸入0.5；選擇Stress→Y-directionSY→OK。如圖46所示。圖46將計(jì)算結(jié)果生成動(dòng)畫對(duì)話框選定計(jì)算結(jié)果后，點(diǎn)擊OK創(chuàng)建動(dòng)畫，隨后自動(dòng)播放以創(chuàng)建出的動(dòng)畫，同時(shí)彈出一個(gè)播放動(dòng)畫的控制面板，如圖47所示。圖47播放動(dòng)畫的控制面板保存已創(chuàng)建出來的動(dòng)畫視頻。選擇功能菜單中PlotCtrls→Animate→SaveAnimation...,選擇保存路徑，如圖48所示，將視頻保存為AVI格式的文件。圖48選擇保存路徑對(duì)話框3、調(diào)取等效應(yīng)力動(dòng)畫文件從功能菜單中選擇PlotCtrls→Animate→DeformedResults→No.offrametocreate幀數(shù)輸入10；Timedelay(seconds)延遲時(shí)間輸入0.5；選擇Stress→vonMisesSEQV→OK。如圖49所示。圖49將計(jì)