ANSYS静力学研究分析APDL建模实例应力集中.docx
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ANSYS静力学研究分析APDL建模实例应力集中
ANSYS静力学分析APDL建模实例-应力集中
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计算分析模型如图所示,习题文件名:
scf
材料参数:
E=205GPa,v=0.3
力载:
4500N
注意单位的一致性:
使用N,mm,MPa单位制
建模教程
在ANSYS工作文件夹内新建“stressconcentrationfactor”目录,以存放模型文件。
注意定期保存文件,注意不可误操作,一旦误操作,不可撤销。
1.1进入ANSYS
开始→程序→ANSYS14.5→MechanicalAPDLProductLauncher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的workingdirectory及文件名scf
如通过MechanicalAPDL14.5进入,则进入预设的workingdirectory
workingdirectory必须设置在电脑最后一个分区(因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护)
至此ANSYS静力学分析模块启动,ANSYS在“stressconcentrationfactor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。
2.2设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences→selectStructural→OK
2.3选择单元类型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node182→OK(backtoElementTypeswindow)→Options…→selectK3:
PlaneStrsw/thk→OK→Close(theElementTypewindow)
2.4定义实常数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete→Add→OK→THK1.2→OK
2.5定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:
205e3,PRXY:
0.3→OK
2.6生成几何模型
✓生成特征点(8个)
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标:
input:
1(0,0,0),2(75,0,0),3(75,4.5,0),4(120,4.5,0),5(120,19.5,0),6(75,19.5,0),7(75,24,0),8(0,24,0)→Apply/OK(开始点Apply,最后一个点OK)
Tips:
如何用ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→OnWorkingPlane→又该如何操作才能生成同样的点?
?
✓直线(8条)
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→StraightLines→跳出对话框,用鼠标(左键)依次选择点1、2生成直线1,依次类推生成直线2-8。
Tips:
如何显示线的编号?
?
✓生成圆导角(2条)
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Lines→LineFillet→跳出对话框,用鼠标(左键)依次选择直线2、3→Apply→跳出对话框,在RAD输入3→OK生成第1个圆导角。
按照相同的操作在直线5、6之间生成第2个圆导角。
✓生成薄壁钢板的面
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ByLines→选择所有的线(包括直线和圆导角,不能遗漏,否则生不成面)→OK
2.7网格划分
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→(ElementAttributes)Globalset→跳出MeshingAttributes对话框,检查整体单元的相关信息,不改动该表,即只看不动→(SizeControls)Global:
Set→跳出GlobalElementSizes对话框,在SIZE输入:
2→OK→(backtothemeshtoolwindow)Mesh:
Areas,Shape:
Quad,Mapped→Mesh→PickAll(inPickingMenu)→Close(theMeshToolwindow)
此处只看不改(目的为了解单元相关的单元类型、材料、实常数等信息)
Tips:
(1)设置单元尺寸时可否选Areas(即在SizeControls里选Areas),如何可以,该如何做相应操作以获得想要的单元及网格?
(2)可否生成三角形网格?
该如何操作?
(3)Mesh中的Shape、Free、Mapped的功能如何?
试通过具体操作加以验证。
本教程采用四边形网格,但学生在完成大作业进行网格测试时,可选用三角形网格。
2.8模型施加约束
✓给左端施加固定约束(约束住全部自由度)
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines(选取左边端部线)→OK→跳出对话框,选择AllDOF,在Value中输入0→OK。
✓给右端施加x方向的分布载荷(按照圣维南定理,将左边的集中力转换为等效的均布力系,即应力F/A=4500N/(15*1.2mm2)=250MPa)
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→Onlines→pickthelines(选取右边端部线)→OK→跳出对话框,保持Constantvalue不变,在VALUE中输入-250→OK。
Tips:
可不可以直接对右端加点力?
如果可以加在右端某一节点处,模拟结果与分布载荷的情况相比如何?
2.9分析计算
ANSYSMainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS→OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)→OK
2.10结果显示
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK(backtoPlotResultswindow)→ContourPlot→NodalSolu…→select:
Stress,vonMisesStress→OK
可见:
在导角处出现最大应力(最大值为363.653MPa),因此在构件中一旦出现尖、圆角确确会在导角出出现不同程度的应力集中现象,在设计零件时应尽力避免或减缓应力集中现象,此教程中的应力集中因子Kt根据提供的公式计算得到为:
363.653MPa/250MPa=1.4546
因以该例为基础,通过网格收敛测试得到可靠的应力集中因子Kt。
例如:
当细化一倍后,网格和载荷为:
模拟结果为:
此时,最大应力为420.507MPa,相应的应力集中因子为1.682。
此时,最大应力为452.576MPa,相应的应力集中因子为1.810。
网格收敛准则:
当各种细网格的解之间非常接近且相互之间的相对误差≤5%以内时,即可认为收敛。
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- 关 键 词:
- ANSYS 静力学 研究 分析 APDL 建模 实例 应力 集中
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