第9例扳手的受力

1、ANSYS 机械工程应用精华60例 内蒙古工业大学机械系 李宗学 图9-1 (a)所示为一内六角螺栓扳手，其轴线形状和尺寸如图9-1 (b) 所示，横截面是一个外接圆半径为10mm的正六边形，拧紧力F为 600N，计算扳手拧紧时的应力分布。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9-1 内六角螺栓扳手 （a）（b） 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 PLANE182 二维结构实体单元二维结构实体单元 单元描述：单元描述： PLANE182用于建立二维实体结构模型。该单元可用作平面单元 （平面应力或平

2、面应变）或轴对称单元。PLANE182由四个节点定 义，每个节点有两个自由度：节点坐标系的x、y方向的平动。该单 元具有塑性、超弹、应力刚化、大变形以及大应变等功能。也可利 用混合公式模拟几乎或完全不可压超弹材料的变形。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 PLANE182 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 182单元可用来对固体结构进行二维建模。182单元可以当作一 个平面单元，或者一个轴对称单元。它由4个结点组成，每个结点 有2个自由度，分别在x，y方向。这个单元有可塑性，超弹性，大 变形，大

3、应变，应力强化等特性。它也可以用来模拟不可压缩的弹 塑性材料和不可压缩的超弹性材料。 182单元单元 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 MP - ANSYS/MultiphysicsDY - ANSYS/LS-Dyna3DFL - ANSYS/Flotran ME - ANSYS/MechanicalPR - ANSYS/ProfessionalPP - ANSYS/PrepPost ST - ANSYS/StructuralEM - ANSYS/Emag 3DED - ANSYS/ED 182单元单元 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学

4、问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 SOLID185 三维结构实体单元三维结构实体单元 单元描述：单元描述： SOLID185 用于建立三维实体结构模型。该单元由八个节点定义， 每个节点有三个自由度：节点坐标系的x、y、z方向的平动。本单 元具有塑性、超弹性、应力刚化、蠕变、大变形和大应变等功能。 该单元具有塑性、超弹、应力刚化、大变形以及大应变等功能。也 可利用混合公式模拟几乎或完全不可压超弹材料的变形。 单元的详细特性请参考ANSYS理论手册。与本单元类似的一个具有 各向异性功能的单元是SOLID64。SOLID185的高阶单元是SOLID95。 下图是本单元的示意图： 第九例第九

5、例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 SOLID185 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 分析步骤分析步骤 9.2 .1改变任务名改变任务名 拾取菜单Utility Menu-File-Change Jobname，改变任务名。 9.2 .2 过滤界面过滤界面 拾取菜单Main Menu- Preferences，弹出如图9-3 所示的对话框，选中 “Structural 项，单击 “OK”按钮。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .3 选择单

6、元类型选择单元类型 拾取菜单Main Menu- Preprocessor Element Type- Add/Edit/Delete，弹出如图9-4所示的对话框，单击“Add.”按钮， 弹出如图9-5所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Solid”，在 右侧列表中选“Quad 4 node 182”，单击“Apply”按钮；再在右侧列 表中选“Brick 8node 185”，单击“OK”按钮，最后单击如图9-4所 示对话框中的“Close”按钮。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .3 选择单元类型选择单元类型 第九

7、例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .4 定义材料模型定义材料模型 拾取菜单Main Menu-Preprocessor- Material Props-Material Models，弹出如图9-6所示的对话框，在右侧列表中依次拾取 “Structural, Linear, Elastic, Isotropic，弹出如图9-7所示的对 话框，在EX”文本框中输入2e11(弹性模量)，在“PRXY”文本框中 输入0.3(泊松比)，单击OK”按钮，然后关闭如图9-6所示的对话框。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力

8、分析扳手的受力分析 9.2 .4 定义材料模型定义材料模型 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .5 创建正六边形创建正六边形 拾取菜单Main Menu一 Preprocessor-Modeling-Create- Areas-Polygon- Hexagon，弹出 如图9-8所示的拾取窗口，在 “WP X”. “WP Y”和“Radius” 文本框中分别输入0、0和0.01， 单击“OK按钮。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Pa

9、n Zoom Rotate，在所弹出的 对话框中，依次单击Iso”、 Fit”按钮，或者单击图形窗口右侧显 示控制工具条上的侧按钮。 9.2 .6 改变视点改变视点 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .7 显示关键点号、线号显示关键点号、线号 拾取菜单Utility Menu - PlotCtrls - Numbering，在所弹出对话 框中，将Keypoint numbers(关键点号)和Line numbers(线号)打开，单 击“OK”按钮。 9.2 .78 创建关键点创建关键点 创建关键点7、8、9，坐标为（0，0，0）、（0，

10、0，0.05）、 （0，0.1，0.05）。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .9 创建直线创建直线 拾取菜单Main Menu一 Preprocessor- Modeling- Create-Lines- Lines-Straight Line弹出拾取窗口，分别拾 取关键点7和8、 8和9，创建 两条直线，单击“OK”按钮。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .10 创建圆角创建圆角 拾取菜单Main Menu- Preprocessor- Modeling-Create-L

11、ines-Line Fillet，弹出拾 取窗口，分别拾取直线7和8，单击“OK” 按钮，弹出如图9-10所示的对话框，在 “RAD本框中输入0.015，单击“OK”按 钮。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .11 创建直线创建直线 拾取菜单Main Menu- Preprocessor- Modeling-Create-Lines- Lines-Straight Line，弹出拾取窗口，分别拾取关键点1和4，单击 OK”按钮。 9.2 .12 将六边形面划分成将六边形面划分成2部分部分 拾取菜单Main Menu- Preproce

12、ssor- Modeling -Operate- Booleans- Divide-Area by Line，弹出拾取窗口，拾取六边形面，单 击“OK”按钮，再次弹出拾取窗口，拾取上一步在关键点1和4之间 创建的直线，单击“OK”按钮。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .12 将六边形面划分成将六边形面划分成2部分部分 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .13 划分单元划分单元 拾取菜单Main Menu- Preprocessor- Meshing-MeshTool，弹出如

13、图9-11所示的对话框，单击“Size Controls”区域中“Lines ”后面的 “Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线2, 3和4，单击“OK”按钮， 弹出如图9-12所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入3，单击 “Apply”按钮；再次弹出拾取窗口，拾取直线7、 9和8，单击“OK 按钮，删除NDIV”文本框中的3，在“SIZE”文本框中输入0.01，单 击OK”按钮。 在图9-11所示对话框中的“Mesh ”区域，选择单元形状为 “Quad”(四边形)，选择划分单元的方法为“Mapped”(映射)，单击 “Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取六边形面的两部分，单击“OK” 按钮。

14、 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .13 划分单元划分单元 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .14 显示直线显示直线 拾取菜单Utility Menu- Plot-Lines。 9.2 .15 由面沿直线挤出体由面沿直线挤出体 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .16 清除面单元清除面单元 拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Meshing-Clear-Areas，弹出 拾取窗口，抬取Z=0的两个平面

15、，单击“OK”按钮。面单元模拟着 一个平面结构，如果不清除掉，分析模型实际上有两个结构。 9.2 .17 显示单元显示单元 拾取菜单Utility Menu-Plot-Elements。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .18 施加约束施加约束 拾取菜单Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural- Displacement-OnAreas，弹出拾取窗口，拾取Z=0的两个平面即扳手 短臂端面，单击“OK”按钮，弹出如图9-13所示的对话框，在列表 中选择“All DOF，单击“OK”按钮。 第九例第九例 静力学问题的求解实例静力学问题的求解实例扳手的受力分析扳手的受力分析 9.2 .19 施加载荷施加载荷 拾取菜单Main Menu-