半圆形弹性管分析

1、弹塑性力学及有限元题目：半圆形弹性管有限元分析学院：机械汽车工程学院教师姓名学号：第1页 共 18页弹塑性力学及有限元法任务书题目：图 13 是一个半圆形弹性管，在压力P 作用下，分析弹性管应力和应变 (P 值和管壁厚自己选择) 。零件尺寸材料选择：1. 半圆形弹性管壁厚 b=5mm,内径为 50mm,外径为 60mm,材料弹性模量为 200GP，泊松比为 0.3 ，半圆形直径为 200mm，输入压力 P 为 0.1MP。第2页 共 18页概述1. 创建文件名和文件类型， 创建几何模型或者将三维软件里的几何模型导入有限元软件，定义单元类型和材料属性，划分网格，建立约束，加载求解，查看计算结果。

2、2. 建立命令流文件将上述过程实现。3. 对危险截面分析，将其简化成平面问题，并进行有限元分析。第3页 共 18页操作步骤第一步：建立文件名和工作标题1.选择 UtilityFileChange Jobname 命令，出现 Change Jobname对话框。2.在 Enter new jobname文本框中输入工作文件名exercise1，并将 New log and errorfiles 设置为 Yes，单击 OK 按钮关闭对话框。3.选择 UtilityFileChange Title 命令，出现 Change Title 对话框 ,在文本框中输入STRESS ANALSYS TO A

3、TORU UNDER PRESSURE,单击 OK 按钮关闭对话框。命令流文件：/FILNAME EXERCISE1! 定义工作文件名/TITLE,STRESS ANALSYS TO A TORU UNDER PRESSURE! 定义工作标题第二步：创建几何模型1.选择Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesTorus 命令，出现Create Torus by Dimension对话框。2.在 RAD1 文本框中输入 0.025，在 RAD2 文本框中输入 0.030，在 RADMAJ 文本框中输入 0.10，在 THETA1 文本框中输入 0，在

4、THETA1 文本框中输入 180。3.单击 OK 按钮，关闭 Create Torus by Dimension对话框。屏幕上显示生成如下几何模型。命令流文件：/PREP7TORUS,0.025,0.030,0.10,0,180! 生成半圆形管第4页 共 18页方法二创建几何模型1.创建半圆形软管的截面选择 Main MenuPreprocessorModelingAreaCirclePartial Annulus 命令，出现Part Annular 对话框，在 WPX ，WPY ，Rad-1,Rad-2分别输入 0，0，0.025，0.03，形成半圆形软管的截面。2.创建关键点和线2.1

5、选择 Main MenuPreprocessorModelingKeypointsIn Active CS 命令，分别创建点 9（0，0，0）， 10（0.1，0，0.1）， 11（0.2，0，0）。2.2 选择 Main MenuPreprocessorModelingLinesArcsBy End KPs &Rad 命令，出现 Arc By End KPs &Rad 对话框，依次选中点 9 和点 11，单击 Apply 按钮，选中点 10，出现 Arc By End KPs &Radius 对话框，在 RAD 文本框中输入 0.1。3.由面沿曲线挤出体第5页 共 18页选择 Main Me

6、nuPreprocessorOperateExtrudeAreaAlong lines命令，出现Sweep Areas对话框，选中截面，单击Apply 按钮，选中曲线，单击OK 按钮，如上图所示，同样可以建立几何模型。第三步：定义单元类型1.选择 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出现 Element Type 对话框。2.单击 Add 按钮，出现 Library of Element Types 对话框。3.在 Library of Element Types 对话框的第 1 个列表中选择 Structural Solid，

7、在第 2 个列表中选择 Tet 4node 285,在 Element Types reference number文本框中输入 1.4.单击 OK 按钮，关闭 Library of Element Types 对话框。5.单击 Close 按钮，关闭 Element Types对话框。命令流文件：/PREP7第6页 共 18页ET,1,SOLID285！定义单元类型SOLID285 单元是 3 维， 4 节点组成的单元，这种单元适用于不规则的网格划分和通用材料，该节点有 3 个自由度，沿 X,Y 和 Z 轴的平移自由度。第四步：定义材料参数1.选择 Main MenuPreprocessor

8、Material PropsMaterial Models命令，出现 DefineMaterial Models Behavior 窗口。2.在 Material Models Available 一栏中双击 Structural 选项中的 Linear 选项，接着双击 Linear 选项中 Elastic 选项，最后双击Elastic 选项中 Isotropic 选项，最后出现 Linear Isotropic Material Number 1 对话框3.在 EX 文本框中输入材料的弹性模量2E11,在 PRXY 文本框中输入材料的泊松比 0.3，然后单击 OK 按钮关闭对话框。4.关闭

9、Define Material Models Behavior 窗口。命令流文件：/PREP7MP,EX,1,2E11! 定义弹性模量MP,PRXY,1,0.03! 定义泊松比第7页 共 18页第五步：划分网格1.选择 Main MenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualsizeGlobalSize 命令，出现 Global Element Size对话框。2.在 Size 文本框中输入 0.001，单击 OK 按钮关闭对话框。3.选择 Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool 命令，出现 Mesh Tool 对话框，单击

10、Mesh 按钮，出现 Mesh Volume 对话框，单击 Pick All 按钮，几何模型自动划分网格，屏幕上显示生成如下几何模型。命令流文件：/PREP7ESIZE,0.001! 控制网格大小VMESH,ALL! 划分单元网格第六步：加载求解1.选择 Main MenuSolutionAnalysis typeNew Analysis 命令，出现 New Analysis对话框。第8页 共 18页2.选中 Static 单选按钮，单击OK 按钮。3.选择 Utility MenuSelectEntities 命令，出现 Select Entities对话框。在第一个下拉列表框中选择 Lin

11、es，在在第二个下拉列表框中选择 By Num/Pick ，在在第三个下拉列表框中选择 From Full 单选按钮。4.单击 OK 按钮，出现 Select Lines对话框 ,用鼠标在屏幕上选取编号为3，4，9，10 的线段，单击 OK 按钮。5.选择 Utility MenuSelectEntities 命令，出现 Select Entities对话框。在第一个下拉列表框中选择Nodes，在在第二个下拉列表框中选择Attached to，在第三个选项组中选择 Lines,all 单选按钮，在第四个选项组中选择From Full 单选按钮，单击 OK 按钮关闭该对话框。6.选择 Main

12、MenuSolutionDefine LoadApplyStructuralDisplacementOnNodes，出现 Apply U ，ROT on Nodes对话框。单击 Pick All 按钮，出现 Apply U ，ROT on Nodes对话框。在 Lab2 列表框中选择 ALL DOF ，在 Value 文本框中输入0，单击 OK 按钮关闭该对话框。7.选择 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas命令，出现 Apply PRES on Areas对话框，选取面 3 和 4，单击 OK 按钮关闭该对话

13、框。8.在 Apply PRES 对话框中输入 value 中输入 1E5,单击 OK 关闭对话框。第9页 共 18页命令流文件：/SOLUANTYPE,STATICLSEL,S,3,4! 选择线条 3 和 4NSLL,S,1! 选取线上的点D,ALL,ALL! 约束点的所有自由度LSEL,S,9,10! 选择线条 9 和 10NSLL,S,1! 选取线上的点D,ALL,ALL! 约束点的所有自由度ASEL,S,3! 选择面 3NSLA,S,1!选择面 3 上所有点SF,ALL,PRES,1E5! 对 3 面施加 0.1MP 的载荷ASEL,S,3! 选择面 4NSLA,S,1!选择面 4 上

14、所有点第10页 共 18页SF,ALL,PRES,1E5! 对 4 面施加 0.1MP 的载荷SOLVE! 开始求解FINISH第七步：查看处理结果1.选择 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultDeformed Shape命令，出现 PlotDeformed Shape对话框，点选 Def +undeformed，单击 OK 按钮，屏幕上显示生成如下几何模型，将云图进行后处理。第11页 共 18页选择 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu命令，出现 Contour Nodal S

15、olution Data 对话框，选取 DOF solution，单击 Displacement 选项，单击 OK 按钮，屏幕上显示生成如下有限元模型，将云图进行后处理。第12页 共 18页2.选择 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu命令，出现 Contour Nodal Solution Data 对话框，选取 Stress，单击 von Mises stress选项，单击 OK 按钮，屏幕上显示生成如下有限元模型。命令流文件：/POST1PLNSOL,U,SUM！显示合位移分布PLNSOL,S,EQV！显示等

16、效应力场PLNSOL,EPTO,EQV！显示等效应变场FINIFSH/EXIT,ALL! 退出 ANSYS第13页 共 18页有限元分析结果：类型MAXMIN应力（ Pa）0.287E+07398241应变（ M ）0.222E-040.137E-07第14页 共 18页命令流文件：/FILNAME EXERCISE1! 定义工作文件名/TITLE,STRESS ANALSYS TO A TORU UNDER PRESSURE! 定义工作标题/PREP7TORUS,0.025,0.030,0.10,0,180! 生成半圆形管ET,1,SOLID285! 定义单元类型MP,EX,1,2E11!

17、定义弹性模量MP,PRXY,1,0.03!定义泊松比ESIZE,0.001! 控制网格大小VMESH,ALL! 划分单元网格/SOLUANTYPE,STATICLSEL,S,3,4! 选择线条 3 和 4NSLL,S,1! 选取线上的点D,ALL,ALL! 约束点的所有自由度LSEL,S,9,10! 选择线条 9 和 10NSLL,S,1! 选取线上的点D,ALL,ALL! 约束点的所有自由度ASEL,S,3! 选择面 3NSLA,S,1! 选择面 3 上所有点SF,ALL,PRES,1E5! 对 3 面施加 0.1MP 的载荷第15页 共 18页ASEL,S,3! 选择面 4NSLA,S,1! 选择面 4 上所有点SF,ALL,PRES,1E5! 对 4 面施加 0.1MP 的载荷SOLVE! 开始求解FINISH/POST1PLNSOL,U,SUM! 显示合位移分布PLNSOL,S,EQV! 显示等效应力场PLNSOL,EPTO,EQV！显示等效应变场FINISH/EXIT,ALL! 退出 ANSYS应力最大处为危险面， 对应力最大处进行分析， 将该问题简化成平面应变问题，可取其很截面的1/4 建立有限元分析模型进行求解。1.创建几何模型