带孔平板模型有限元分析.docx
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带孔平板模型有限元分析
带孔平板模型分析
一、问题重述
如图所示,使用ANSYS分析平面带孔平板,分析在均布载荷作用下板内的应力分布。
已知条件:
F=20N/mm,L=200mm,b=100mm,圆孔半径r=20,圆心坐标为(100,
50),E=200Gpa。
板的左端固定。
二、问题分析:
从题目中可知这是一个有限元结构分析中的线性静力分析问题,由于只承受薄板长度和宽度方向所构成的平面上的载荷时,厚度方向没有载荷,一般沿厚度方向应力变化可不予考虑,即该问题可转化为平面应力问题。
虽然结构是对称的,但所加载荷不对称,所以不能使用对称模型。
三、问题求解:
有限元问题求解一般分为三大步骤:
1、建立有限元模型
1建立或导入几何模型:
结构比较简单,直接在ansys中建模既可。
先建一个长方形然后再中间画一个圆,两者相减即可。
2定义材料属性:
主要设置材料的弹性模量以及泊松比:
EX=200000PRXY=0.3
3划分网格建立有限元模型:
网格的划分对结果的影响很大。
在此进行了多种不
同方式的网格划分,以便对结果更好的进行分析比较。
单元类型均为PLANE82。
A采用用户自定义网格尺寸参数,将长方形四条边网格长度都设置为20mm再
进行自由分网。
得到的网格如下图所示。
可以看出这样的网格很不规整,有大有小,有规则的有不规则的。
B对前一种网格进行了改进,使用映射分网,但由于整个图形不能进行映射分网,所以在建模时将由四个小长方形组成一个大的长方形,中间再减去一个圆。
然后再将这四块用glue命令粘起来。
分网时将四块单独分网,这样就可以使用映射分网。
如下图所示。
可以看出,这样分出来的网格很漂亮,网格大小比较一致,这样求出来的结果更加有信服力。
A自由划分网格
B映射划分网格
2、施加载荷并求解
1定义约束:
将带孔平板的左侧边线固定,约束线上节点所有自由度
2施加载荷:
在平板右侧施加均匀载荷,1Mpa的拉力。
3设置分析选项并求解:
主要求解变形量,应力,以及应变等信息。
3、查看分析结果
①查看分析结果:
这里主要查看两种网格划分的变形对比分析。
变形量:
从图中可以看出,二者的最大的变形量相差不大,因为最大的变形量其实计较小,但是映射分网的结果更加的符合实际情况,更加可信。
AN
JUW14201312139127
EKX-.001235
A自由划分网格的变形量
B映射划分网格的变形量
等效应力:
从图可以看出,最大应力区别还是很大的,位置都在圆顶处,二图中最大与最小相差接近百分之三十,可以看出自由分网的最大应力比较的不可信。
映射分网的网格数比较多,这对其影响还是不小的。
所以在条件许可的情况下尽
可能的选择多节点单元,使用映射分网能得到更精确的解,一般情况下增加网格数也能使结果更准确。
NODALSCiLUTIOH
STEP=1
sue=1
AN
Jim13201322:
08:
40
TIME二L
SEQV(AVG)
DMX=,001235
SMN=,0m62
SMX
A自由划分网格的等效应力图
A映射划分网格的等效应力图
应变:
由于二者的变形量不大,可比性很小。
但是映射分网的过渡曲线跟圆滑,线条更美。
A自由分网的应变图
627E-03.001102
u635E-a3u9£5£-口3■口D12J
B映射分网的应变图
3、检验分析结果:
验证结果是否正确。
①列表显示位移结果数据,因为左侧边上的所有节点已被固定,所以任意节点的位移均应该为零,查看左侧边上的节点位移是否为零可以验证。
FEINTUNODALSOLUTIONPERNODE
*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****
LOADSTEP-1SUBSTEP=1
TIME・1.0000LOADCAGE-0
THEFOLLOUINGDEGREEOFFREEDOM
RESULTSAREINTHEGLOBALCOORDINATESVSTEM
NODE
UK
UV
UZ
USUM
1
Q.
04000
2
H,53278E-04
0a2BHOE-02
3
0.6B204E-04
0,30942E-04
a.000a
0.67690E-04
4
0.11709E-&3
0,43995E-04
0.0000
0.12508E-03
5
0.17218E-03
0.52A72E-04
a.nna
0.18O12E-03
6
B.2306BE-B3
0.SB307E-04
B.0B00
0.23793E-Q3
7
B.297tBE-B3
e.67e94E-M
0
0.36911E-03
0.B62S3E-IM
0.0B8B
0,37?
a5E-fl3
9
0.44292E-03
0,11627E-03
0.BBS8
0-45793E-03
10
0.51201E-03
0.15438E-03
a.nee
0.53478E-03
11
a.StSbBE-MJ
B,19512E-B3
Q.MUUU
0.59&JyE-03
12
0.2B763E-03
B.0800
0.642V1E-03
13
0,65476E-03
•・14173E-S3
0,6S226E-03
14
8.7G958E-03
0,15762E-03
0.0600
0.72687E-03
■4rnmrifiajit?
n>nraranraranratiiranori*!
j ②列表显示节点应力值, 分析结果与参考数据相吻合,表面ANSY分析结果可靠 PRINTSNODALSOLUTIONPEENODE*****POST1NODALSTRESSLISTING***** PowerGraphicsIsCurrentlyEnabled LOADSTEP=1SUBSTEP=1 TIME=1.0000LOADCfiSE=0 NODALRESULTSAREFORMATERIAL1 NODE SI S2 S3 SINT SEQU 1 1.4060 0.25500 0-0000 1.4060 1.2974 2 0.98500 0.0000 -0.12329E-01 0.99733 0.99122 4 1.0771 Q.0000 -0.80040E-01 1.1571 1.1193 6 1.2642 Q.QQQQ -0.91896E-03 1.2651 1.2646 8 1.4838 Q.0000 -0.11759E-01 1.4955 1.4897 10 1.2803 0.42768E-01 0.0000 1.2803 1.2594 12 0.79038 0.0000 -0.22468E-01 0.81285 0.80185 14 1.2981 0.26285E-01 0.0000 1.2981 1.2851 16 1.4973 Q.0000 -0.22006E-01 1.5193 1.5084 18 1.2647 Q.0000 -0.25192E-02 1.2672 1.2660 ③列表显示反作用力值,在任何方向上,反作用力总是等于此防线工商的载荷总和。 通过显示反作用力可以检验分析结果是否合理。 PRINTREACT]OMSOLUTIONSPERNODE ■■■■■POST1TOTALREACriONSOLUTIONLISTING—• LOADSIEP-1GUBSTEP-1 TIFfE=LOADGftSEsR THEFOLLOWINGX.¥,ZSODUTIOHSAREINTHEGLOBALCOORDINATESVSTEM NODE FX FV 1 -107-83 -43.285 32 -107.67 52 -275-29 15.131 S3 -130.71 15.8BS S4 =258-42 6,1103 55 -117.46 0.55131E-01 56 -236.90 0・24774E-01 57 -117,54 f! B31535E-m 5S -2S0.30 -6,2301 59 -138.85 -15.808 6B -275&B3 -14.922 TOTRLUALUES VALUE 以上验证结果都显示此次两种网格划分方法都是可行的,分析结果都是比较可靠 的。 四、分析总结 熟悉基本的建模操作. 掌握定义对称约束和施加均布载荷的操作步骤,可以根据结构及其载荷的分布判断是否可以通过其对称性适当地简化模型。 掌握显示变形图形和应力等值线图的操作,掌握动画显示参数变化的操作步骤,能够显示变形动画;了解基本的验证技巧,特别是通过网格细化并进行结果对比来验证网格密度是否合理。 通过几个实验的比较,网格划分和单元选择对结果的影响非常的大,尤其是对最大等效应力的影响,这就给我们在做类似的实验时提高了依据,要尽可能的选择好的网格,多的单元节点。 还有就是求解问题时要根据实际情况,多多练习,这样才能更好的掌握有限元的精髓。 坝体的有限元建模及应力应变分析 一、实验目的: 1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、能利用ANSYS软件对结构进行有限元分析。 二、实验设备: 微机,ANSYS软件。 三、实验内容: 计算分析模型如图所示,分析坝体的应力、应变。 1m 四、实验步骤: 1进入ANSYS 程序tANSYStchangetheworkingdirectoryintoyoursinputInitialjobname: dam 2设置计算类型 ANSYSMainMenu: PreferencestselectStructuraltOK 3选择单元类型 ANSYSMainMenu: PreprocessortElementTypetAdd/Edit/DeletetAddtselectSolidQuad4node42tOK(backtoElementTypeswindow)tOptions…tselectK3: PlaneStraintOKtClose(theElementTypewindow) 由于单元类型列表中没有SolidQuad4node42此单元类型,所以直接使用命 令流: ET,1,42 APLANE42elementtypeoptions OptionsforPLANE42,ElementTypeRef.No.1 ElementcoordsystemdefinedKI ExtradisplacementshapesK2 ElementbehaviorK3 ExtrastressoutputK5 ExtrasurfaceoutputK6 回S3 MaterialJlodelsAvailable 4定义材料参数 ANSYSMainMenu: PreprocessorfMaterialPropsfMaterialModelsfStructuralfLinearfElasticfIsotropicfinputEX: 2・1e11,PRXY: 0.3fOK ADefineMaterialModelBehavior MateriaIEditFavoriteHelp MaterialModelsDefined 5生成几何模型 生成特征点 ANSYSMainMenu: PreprocessorfModelingfCreatefKeypointsfInActiveCSf依次输入四个点的坐标: input: 1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5)fOK CreateKeypointsinActiveCoordinateSystemI\ [K]匚reateKeypointsinActive匚oordinateSystemNPTKeypointnumber X.Y.ZLocationirractiveCS 斗 0.45 5 生成坝体截面 ANSYSMainMenu: PreprocessorModelingCreateAreasArbitrary ThroughKPS依次连接四个特征点,1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5)宀OK 6网格划分 ANSYSMainMenu: PreprocessorMeshingMeshTool^(SizeControls)lines: Sett依次拾取两条横边: OKtinputNDIV: 15Apply宀依次拾取两条纵边: OKinputNDIV: 20tOKt(backtothemeshtoolwindow)Mesh: Areas,Shape: Quad,MappedtMeshtPickAll(inPickingMenu)tClose(theMeshToolwindow) 7模型施加约束 给斜边施加X方向的分布载荷 ANSYS命令菜单栏: ParameterstFunctionstDefine/Editt1)在下方的下拉列表框内选择x,作为设置的变量;2)在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数: 1000*{X};3)File>Save(文件扩展名: func)宀返回: Parameters宀Functions宀Readfromfile: 将需要的.func文件打开,任给一个参数名,它表示随之将施加的载荷OKANSYS MainMenu: Solution宀DefineLoads宀Apply宀Structural宀Pressure宀OnLinest拾取斜边;OKt在下拉列表框中,选择: ExistingtabletOKt选择需要的载荷参数名tOK 8分析计算 ANSYSMainMenu: SolutionfSolvefCurrentLSfOK(toclosethesolveCurrent LoadStepwindow)fOK A/STATUSCommard SOLUTIONOPTIONS 2-D FFIOBLEHDIMENSIONALITV DEGREESOPFREEBOfl .-SlftTICCSTEfiDy-STfiTE) LOADSTEF0FTIQ FORTHELASTSUBSTEP 9结杲显示 ANSYSMainMenu: GeneralPostprocfPlotResultsfDeformedShape…fselectDef+UndeformedfOK(backtoPlotResultswindow)fContourPlotfNodalSolu—>select: DOFsolution,UX,UY,Def+Undeformed,Stress,SX,SY,SZ,Def+UndeformedfOK NODALSOLUTION STEP=1 SUB-1 TIME=1 UX(AVG) RSYS=0 DMX-.110E-08 SMX-.102E-08 .114E-09 AN JUN14201315: 06: 48 MX .342B-09 •456EP9 •569E-09 •683E-09 .797E-09 ・911E-09 .102E-08 NODALSOLUTION STEP=1 SUB-1 TIME=1 UY(AVG) RSYS=0 DMX-.110E-08 SMN—.135E-09 SMX=.415E-09 AN JUN14201315: 07: 14 -.135E-09 -.73€B-10 NODALSOLUTION STEP=1 SUB-1 TIME=1 SX(AVG) RSYS=0 DMX-.110E-08SMN—601.333 SMX=.039367 ™-534.514以 vfmmu .110E-09 .486E-10.171E-09 IB -334.057-400.876-267.237 ■293E-09 -200.418 ・41$E・09 AN JUN14201315: 05: 49 •133.599"6€,7798.039367 NODALSOLUTION STEP=1 SUB-1 TIME=1 5Y(AVG) RSYS=0 DMX=.1LOE-OB 5MN—206.632 SMX=7,40635 AN JUN142013 15: 06: 09 劄川 -206.632-159..06B-111.504■翻』398-1€.3757 -1眈厨5-135-23^-07.7219-40,15797,40635 NODALSOLUTION STEP=1 SUB-1 TIME=1 5Z(AVG) RSYS=0 DMX=.1LOE-OB SKI・-242.39 SMX=2.2337L AN JUN142013 15: 06: 26 -242.35-108.029-133.6€6 -ZlS-aOB-1€0b^9 10退出系统 ANSYSUtilityMenu: FileExitSaveEverythingOK 五、实验总结: 1、建模: 熟悉基本的建模操作• 2、施加载荷和求解: 掌握定义对称约束和施加均布载荷的操作步骤,可以根据结构及其载荷的分 布判断是否可以通过其对称性适当地简化模型。 3、查看分析结果: 掌握显示变形图形和应力等值线图的操作,掌握动画显示参数变化的操作步骤,能够显示变形动画;了解基本的验证技巧,特别是通过网格细化并进行结果对比来验证网格密度是否合理。
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