ANSYA课程设计-L形钢支架应力分析.doc

力学与工程学院课程设计任务书一 主要内容：题目：L形钢支架应力分析如图所示支架，在上表面受到2N/mm2均匀载荷作用，支架在两个孔表面处固定，分析支架的受力情况。1、 试件的几何参数 由于题中有一个数据不正确，将第一个圆心到底边的距离由20改为30。2、 材料参数假定材料的弹性模量为2.1e11,泊松比为0.3。3、 计算模型在两个圆孔处固定，在钢架表面施加均布载荷，采用静力分析。二 基本要求：根据问题描述的几何参数、材料参数、加载方式，建立Ansys分析的模型，结合实验结果，开展分析，需要给出：1） 给出应力云图2） 给出应力值3） 给出数值分析结论4） 设计提交形式：设计报告（不少于3000字，电子版和纸质版各一份）， Ansys 分析的批处理文件只要电子版。目录第一章 概述41.1课程设计的目的和意义41.2课程设计研究的内容4第二章 ANSYS详细设计步骤42.1问题分析42.2基于ANSYS分析的简要步骤52.3命令流132.4获取应力值16第三章 理论分析17第四章 比较分析得出结论18设计报告第1章概述1.1 课程设计的意义、目的(1)静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷）。静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力稳态的惯性力（如重力和离心力），位移载荷，温度载荷线性静力分析和非线性静力分析。(2)根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容；通过调试典型例题或习题积累调试ANSYS程序的经验；通过完成课程设计中中的编程题，逐渐培养学生的编程能力、用ANSYS解决实际问题的能力。1.2课程设计研究的内容求解外载荷引起L形钢支架位移、应变、应力。静力分析很容易求解L形钢支架变形问题。第2章 ANSYS详细设计步骤2.1问题分析如图所示支架，在上表面受到2N/mm2均匀载荷作用，支架在两个孔表面处固定，分析支架的受力情况。假定材料的弹性模量为2.1e11,泊松比为0.3计算模型在两个圆孔处固定，在钢架表面施加均布载荷，采用静力分析。2.2基于ANSYS分析的简要步骤(1)启动ANSYS，进入ANSYS界面。(2)定义工作文件名GUI : Utility Menu File Change Jobname单击Utility Menu菜单下File中的Change Jobname按钮，会弹出Change Jobname对话框，输入SunZhenyun作为工作文件名，单击Ok。(3)定义分析标题 GUI:Utility Menu File Change Title在弹出的对话框中，输入L形钢支架作为分析标题，单击OK。(4)重新显示GUI: Utility MenuPlotReplot单击该按钮后，所命名的分析标题和工作文件名会出现在ANSYS中。(5)选择分析类型在弹出的对话框中，选择分析类型，由于此例属于结构分析，故选择Structural这一项，单击OK。(6)定义单元类型GUI:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete单击弹出对话框中的Add按钮，弹出单元库对话框，在材料的单元库中选择10节点92单元。即在左侧的窗口中选取Solid单元，在右侧选择10节点的92单元，然后单击OK。(7)选择分析类型 定义完单元类型后，Element Types对话框中的Option按钮被激活，单击后弹出一个对话框，不用做改动，单击OK，最后单击Close，关闭单元类型对话框。(8)定义实常数10节点的92单元不需要定义单元实常数。(9)定义力学参数GUI:Main Menu Preprocessor Material Props Material Models在弹出的对话框中右边一栏依次双击Structural, Linear, Elastic, Isotropic，弹出定义材料属性对话框，在EX后输入弹性模量2.1e11，在PRXY后面输入泊松比0.3。单击OK，然后关闭定义材料属性对话框。(10)存盘GUI : ANSYS Toolbar SAVE_ DB(11)执行GUI：Utility Menu PlotCtrs Pan Zoom Rotate命令，单击Iso按钮。(12)生成长方体GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Creat Volumes Block By Dimensions 输入X1=0 ，X2=20，Y1=0，Y2=40，Z1=0，Z2=2，单击OK。(13)移动工作平面执行GUI：Utility Menu Work Plane Offset WP by Increments在X,Y,Z Offsets中输入10,10,0，单击OK。(14)生成第一个圆柱体GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Creat VolumesCylinderSolid Cylinder在弹出的对话框中在 WP X和 WP Y栏中输入0，0，在Radius和Depth文本框中输入5,5，单击OK。(15)移动工作平面执行GUI：Utility Menu Work Plane Offset WP by Increments在X,Y,Z Offsets中输入0,20,0，单击OK。(16)生成第二个圆柱体GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Creat VolumesCylinderSolid Cylinder在弹出的对话框中，在 WP X和 WP Y栏中输入0，0，在Radius和Depth文本框中输入5,5,单击OK。(17)布尔操作GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Volumes会弹出一个拾取框，拾取那个长方体，作为布尔减操作的母体，单击Apply。又弹出一个拾取框，拾取两个圆柱为减去的对象，单击Apply。(18)移动工作平面至原始位置GUI: Utility Menu Work Plane Offset WP toOrigin of Active CS(19)生成第二个长方体GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Creat Volumes Block By Dimensions。输入X1=0， X2=20，Y1=40，Y2=42，Z1=0，Z2=20，单击OK。(20)布尔操作GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Add Volumes在弹出的对话框中，点击Pick All。(21)存盘GUI:ANSYS Toolbar SAVE_ DB(22)划分网格 GUI : Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool 执行该命令后，然后单击Mesh，弹出一个拾取对话框，单击Pick All。划分网格后的结果如图所示。(23)存盘GUI : ANSYS Toolbar SAVE DB(24)确定分析类型GUI: Main menusolutionAnalysis TypeNew Analysis在弹出的对话框中选择分析类型Static,单击OK。(25)施加位移约束GUI: Main menusolutionDefine Loads Apply Structural DisplacementOn Area执行该命令后会弹出一个选取对话框，在绘图两个圆柱表面，单击OK，在弹出的对话框中选择AllDOF，限制所有的自由度。单击OK。(26)施加载荷GUI: Main menusolutionDefine Loads Apply Structural PressureOn Area执行该命令后会弹出一个选取对话框，在绘图区域选取最上的表面，单击OK，在弹出的对话框中,Load PRES value后面输入2000000（2Nmm2=2000000Pa），单击OK。生成结果如图所示 加载后的结果显示(27)求解运算GUI : Main Menu Solution Solve Current LS在弹出的对话框中单击OK, ANSYS程序开始进行计算，当计算完成后，程序会弹出一条信息框，提示求解已经完成。单击Close，关闭该窗口。(28)显示梁变形图 GUI : Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape在弹出的窗口中选择Def十undeformed，单击OK。加载变形后的效果图和未加载前的效果图显示在绘图区域，如图所示。 变形结果图 (29)显示应力云图GUI : Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu执行该命令后，弹出Contour Nodal Solution Data对话框，如图所示，在其中选择Sress von Mises SEQV，单击OK。生成结果如图所示。此外，用户还可以查看各个方向的应变，各个方向的应力，以及三个主应力。如图所示： X-Componentof stress Y-Componentof stress Z-Componentof stress Sress von Mises SEQV应力分布彩色云图(28)存盘，退出ANSYS程序。 2.3命令流/FILNAME,SUNZHENYUN1,0 ! 定义文件名/TITLE,L形钢支架 !定义分析标题!* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 !此为打开新的数据/GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural !定义分析类型!* /PREP7 !前处理!* ET,1,SOLID92 !定义单元类型!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2.1e11 !定义弹性模量MPDATA,PRXY,1,0.3 !定义泊松比/VIEW, 1 ,1,1,1 /ANG, 1 /REP,FAST BLOCK,0,20,0,40,0,2, !建立第一个长方体wpoff,10,10,0 ! 移动工作平面CYL4, , ,5, , , ,5 !在当前工作面上，在长方体上建立第1个圆柱体wpoff,0,20,0 ! 移动工作平面CYL4, , ,5, , , ,5 !在当前工作面上，在长方体上建立第2个圆柱体FLST,2,3,6,ORDE,2 FITEM,2,1 !表示对实体操作的参数FITEM,2,-3 VSBV,P51X, 2 !为布尔减运算，在长方体上减去1个圆柱体FLST,2,2,6,ORDE,2 FITEM,2,3 !表示对实体操作的参数FITEM,2,-4 VSBV,P51X, 3 !为布尔减运算，在长方体上减去1个圆柱体WPAVE,0,0,0 !移动工作平面至原始位置BLOCK,0,20,40,42,0,20, !建立第二个长方体FLST,2,2,6,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 VADD,P51X !把所有实体相加。MSHAPE,1,3D!确定单元类型 MSHKEY,0 ! 设定划分网格形式CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 3 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,VOLU CMSEL,S,_Y !* VMESH,_Y1 !划分网格!* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* FINISH !结束上述过程/SOL !进入求解!* ANTYPE,0 !设定求解类型FLST,2,4,5,ORDE,4 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 FITEM,2,15 FITEM,2,-16 !指定操作的平面!* /GO DA,P51X,ALL, !给上述指定的平面施加固定约束FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,12 /GO FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,12 !指定操作平面/GO !* SFA,P51X,1,PRES,2000000 !给指定平面施加均布压力/STATUS,SOLUSOLVE !求解/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST FINISH !结束上述过程/POST1 !进去后处理PLDISP,1!显示变形图2.4 获取应力值GUI : Main Menu General Postproc List Results Nodal Solu在弹出的对话框中选择stress项，再选择von Mises stress项，就能获得应力值。将其文件保存，放入附录中。第3章 理论分析利用所学的结构力学知识，将L形钢支架简化，由于只在上面板受均布载荷，且结构在右边板的两个圆孔处固定，则上面板可以看成是悬臂的。而由圣维南原理，在离载荷远的地方不用考虑应力集中。故上面板可以看成悬臂梁，因为均布载荷P=2000000Nmm2,故线载荷q=PB=210620=4107Nm(B为上面板宽度)。下面利用结构力学求解器来计算结构的内力。注意，结构力学求解器的单元与ANSYS里的单元划分是截然不同的。下述杆端1是单元起始点，杆端2为距杆端1L2处。结构力学求解示意图内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 2 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 3 -8000000000 -0.00086975 8000000000 -8000000000 -0.00086975 8000000000 4 0.0008