板结构有限元分析实例详解.docx
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板结构有限元分析实例详解.docx
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板结构有限元分析实例详解
板结构有限元分析实例详解1:
带孔平板结构静力分析
本节介绍带孔平板结构静力分析问题,同时介绍布尔操作的基本用法。
8.3.1问题描述与分析
有孔的矩形平板,左侧边缘固定,长400mm,宽200mm,厚度为10mm,圆孔在板的正中心,半径为40nun,左侧全约束,右侧边缘均布应力IMPa,如图8.7所示。
求板的变形、位移及应力变化情况。
(材料的材料属性为:
弹性模量为300000MP"剪切模量为0.31o)
由于小孔处边缘不规则,本文采用PLANES2高阶平面单元进行分析。
8.3.2求解过程
8.3.2.1定义工作目录及文件名
启动ANSYSMechanicalAPDLProductLauncher窗口,如图8・8所示。
在LicenseF拉选框中选择ANSYSMultiphysics产品,在WorkingDirectory输入栏中输入匸作目录:
C:
\ANSYS12・0StructuralFiniteElementsAnalysisandPractice\Chapter8\8-l,在JobName•栏中输入工作文件名:
Chapters-1。
以上参数设置完毕后,单击Run按钮运行ANSYSo
可以先在目标文件位置建立工作目录,然后单击Browse按钮选择匚作目录:
也可以通过单击Browse按钮选择匚作文件名。
8.3.2.2定义单元类型和材料属性
step|
选择MainMenu>Preferences命令,出现PreferencesforGUIFiltering对话框,如图8・9所示,在Individualdiscipline(s)toshowintheGUI中勾选Structural,过滤掉ANSYSGUI菜单中与结构分析无关的选项,单击OK按钮关闭该对话框。
$"p
选择MainMenu>Preprocessor>ElementType〉Add/Edit/Delete命令,出现ElementTypes对话框•如图8・10所示,单击Add按钮,出现LibraryofElementTypes对话框,在LibraryofElementTypes列衣框中选择StructuralSolid中的QuadSnode82单元,如图&11所示,单击0K按钮关闭该对话框,单击ElementTypes对话框上的Options按钮,弹出PLANE82elementtypeoptions对话框,在ElementbehaviorK3项下拉菜单中选择PLAXEstrsw/thk,如图8.12所示,单击0K按钮关闭该对话框,单击Close按钮关闭ElementTypes对话框。
图8.10ElementTypes对话框
PLANE82是8节点的四边形单元,是平而4节点PLANE42的高阶形式,更适介有
曲线边界的模型,对于本问题,我们需耍有厚度的平而应力单元,所以选择了
PLANE82单元。
在PLANE82选项设置窗口中选择PLANEstrsw/thk使得我们可以设置板的厚度。
设置材料属性。
选择MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令,岀现DefineMaterialModelsBehavior对话框,在MaterialModelsAvailable•栏中依次点击StructuralLinearxElastic、Isotropic选项,如图&13所示,ih现LinearIsotropicPropetiesforMaterialNumber1对话框,在EX输入栏中输入300000,在PRXY输入栏中输入0.31,如图&14所示,单击0K按钮关闭该对话框。
在DefineMaterialModelsBehavior对话框上选择Material>Exit命令,关闭该对话框。
图8・13DefineMaterialModelsBehavior对话框
step4
设置实常数。
选择MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete命令.出现RealConstants对话框,如图&15所示,单击Add按钮,单击0K按钮,出现RealConstantSetNumber1,forPLANES2对话框,在ThicknessTHK输入栏中输入10,如图8.16所示,单击0K按钮关闭RealConstantSetNumber1,forPLANE82对话框,单击Close按钮关闭RealConstants对话框。
8.3.2.3创建儿何模型
不采取由点建面的方式,而是采用菜单操作方式宜接创建矩形【何。
菜单路径为MainMenu>Preprocessor)Modeling>Create>Area>Rectangle>ByDimensions»弹出
CreateRectanglebyDimensions对话框•输入矩形的相关参数,如图&17所示。
单
击0K按钮,将创建•个矩形,其左下角坐标为(0,0),右上角坐标为(400,200),
如图8.18所示。
TTPEJCK
AN
gpma-i
slep2
step3
图8・18创建矩形后的结果
创建圆。
执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Area>Rectangle>ByDimensions命令,弹出SolidCircularArea对话框,输入圆的相关参数,如图&19
所示。
单击0K按钮,将创建•个圆,圆心坐标为(200,100),半径为40。
图8・19SolidCircularArea对话框
利用布尔操作中的减操作从矩形中减去圆。
选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas命令.弹出SubtractAreas拾取框,如图&20所示,用鼠标选取基本而矩形(尽量选择边上),单击Apply按钮,再用鼠标选择被减的面圆形,单击SubtractAreas窗口上的0K按钮,减操作完成,生成ANSYS图形结果如图&21所示。
至此,我们己经完成了带孔矩形板几何模型的建立,选择UtilityMenu>File>Saveas
Jobname,db命令,保存上述操作过程。
8.3.2.4划分网格
step1
选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Areas>AllAreas命令,弹tliElementSizesonAllSelectedAreas对话框,如图&22所示,指定网格边长为5。
至于5是否合适,可以根据划分网格人小和计算结果是否收敛而继续调整。
划分网格。
选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free命令,弹{JiMeshAeras拾取对话框,如图8.23所示,选择需要划分网格的而,对其进行网格划分,结果如图&24所示。
MeshAreas
<•L12Co£Ztaaa
「Kin,Inc
CK
Apply|
9■•匕
P1CXAll
BdP
图8.23MeshAreas拾取框
图8・24网格划分后的结果
step3
至此,我们已经完成了带孔矩形板有限元模型的划分,选择UtilityMenu>File>Saveas
Jobname,db命令,保存上述操作过程。
8.3.2.5加载;求解
对平板的左侧边缘进彳亍固定约束。
选择MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines命令,出现ApplyU,ROTonLines拾取菜单,如图&25所示,用鼠标拾取最左侧的边,单击Apply按钮,出现ApplyU,ROTonLines对话框,在Lab2DOFstobeconstrained列农框中选择ALLDOF,如图8・26所示,
单击OK关闭弩単框□
ApplyU.ROTonLhe5
GCVnpiel:
SingleCBox
rFclyqucrcircle广loop
Counc-0
-8
Xinisu-1
5ineWo.■
<•LlfliofXzocj
xin.Max,Inc
II
图8.26ApplyU,ROTonLines对话框
图8.25ApplyU,ROTonLines拾取菜单
选择MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>Onlines命令.出现ApplyPressureonLines拾取菜单,如图&27所示,用鼠标最右侧线,单击Apply
按钮,弹出ApplyPressureonLines对话框,在VALUEALoadPRESvalue•栏中输
入-1,如图8・28所示,单击0K按钮关闭该对话框oANSYS窗口显示施加约束荷载后的
结果如图&29所示。
ApplyPRESonLines
広PickCUnpick
(•Sln^loCBox广ColygoacCircle厂Loop
Counu■0
Naxxbixb■6
bUaisxua■1
LIAO”O・=
elistofIzesis
厂Mln,Max,Inc
图8.27ApplyPressureonLines拾取菜单图8・28ApplyPressureonLines对话框
图8・29施加约來荷载后的结果
因为均布压力的指向为背离平板,所以压力值为负,农示边缘受拉
选择MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令,出现\ewAnalysis对
话框,选择分析类型为Static,如图8・30所示,单击0K按纠关闭该对话框。
A忖ewAna艸些邑i
[ANTYPE)Typeofanalysis
介Seati:
rModal
CHarmonic
rTranslert
rspeevum
「EigenBuckling
「Sub«ructurlrg/CMS
图8.30NewAnalysis对话框
step4
选择MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS命令,岀现SolveCurrentLoadStep对话框,如图8・31所示,单击OK按钮,ANSYS开始求解计算。
图8・32Note对话框
step6
选择UtilityMenu>File>SaveasJobname,db命令,保存上述操作过程。
至此,加载及求解过程结束,下面开始查看和分析结果。
8.3.2.
6查看求解结果
选择MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape命令.出现PlotDeformedShape对话框•在KUNDItemstobeplotted选项中选择Def+undeformed选项,如图8・33所示,单击OK按钮,ANSYS显示窗口将显示变形后的几何形状和未变形的几何形状,如图8・34所示。
图8・3「1变形后的几何形状和未变形形状显示
选择MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu命令,出现ListReactionSolution对话框,在LabItemtobelisted列农框中选择AllstrucforceF,如图8・35所示,单击OK按钮,出现支座节点反作用力结果列衣,如图8・36所示。
图8・35ListReactionSolution对话框
APRRSOLCommand
Hie
PFIMIFREACT!
OHSOLUT1ORSPERNODE
*****POST1TOTALRUCTIONSOLUTIONLISTING
LCMD$TEP=1SUBSTEP=1
ritlE-l.UWULOADCASE-O
THEFOLLOWINGX.Y.ZSOUITIOHSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEN
NODE
FX
PV
1
-22.889
-9.5621
242
-22.BB9
9.5621
492
-47.697
6.1864
4B3
-20.763
6.2549
4CM
8.0496
495
-18.664
3.2883
4%
-36.932
6.2713
407
-18.R47
2.0449
4胸
-35.544
S.2410
图8・36支座节点反作用力结果列表
step3
选择MainMenu>Generalpostproc>Plotresults>Contourplot>NodalSolu命令,弹lIiContourNodalSolutionData对话框,然后选择窗口中DOFsolution选项下的
Displacementvectorsum,如图8.37所示,得出结构的总体位移云图,如图8・38所
AContourNoddSolutionData
Addition创Opciom⑧|
图8・37ContourNodalSolutionData对话框
.18U-CO
图8・3S结构的总体位移云图
steph
选择MainMenu>GeneralPostproc>Plotresults>Contourplot>NodalSolu命令,弹出ContourNodalSolutionData窗口,选择Stress下的vonMisesstress,如图&39所示,单击OK按钮,得到Mises等效应力云图,如图&40所示。
ACorrtourNodalSolutionData
Hemtobecoftotred
ro-
总DOFSolution乞Svess
於X-ComponentofM$$
0Y-CoHiparontofitrcw
02-Comparentofstfew0XVShe*StT€5S
0V2Shearctrosi
0XZShearstrew
01«Wncipdl«res$
@2ndPrinapalstre另3rdPrincipalstress
venWesstress
0Phi6:
oqukdoct口row耳
Undisplacedshapekey
undEpWedkey
□©formedoriy
zl
£少。
Factor
AutoColcUoted
二|口:
:
3:
.
!
AdJBonalDpttam®i|
OK|他”|Qrccl|Heb
列衣显示vonMises等效应力,以査看特定节点的结果。
选择MainMenu>GeneralPostproc>Listresults>NodalSolution命令,弹出ContourNodalSolutionData对话框,选择Stress下的vonMisesstresst单击OK按钮,得到Mises等效应力云
图列表结果,如图&41所示。
*****P0ST1MODAL&rRESSLIS7IHG*****
P«v«»*CrMphicKIxCurtMintlyEtiablud
SADSTEP-1SUBSTEF-
WOMLRESULISAREFORHAIEX1AL
图8・41节点应力列表结果
step6
选择UtilityMenu>File>Exit命令,fll现ExitfromANSYS对话框,选择SaveEverything选项,如图&42所示,单击OK按钮,关闭ANSYSo
图8.42ExitfromANSYS对话框
(注:
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