分析图12组合体在Fx、Mx作用下应力和应变(载荷大小自己选择)

1、弹塑性力学及有限元法题目：分析图12组合体在Fx、Mx作用下应力和应变(载荷大小自己选择)。说明：本次有限元分析采用Ansys14.0版本的经典模式进行，实体建模采用UG进行。1、ANSYS简介ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。该软件可以在大多数计算机及操作系统中运用，从PC到工作站直到巨型计算机，ANSYS文

2、件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。ANSYS的多物理常耦合功能，允许在同一模型上建立各种各样的耦合计算成本，如：热-结构耦合、磁-结构耦合以及电-磁-流体-热耦合，在PC上生成的模型同样可以运用于巨型机上，这样就确保了ANSYS对多领域多变工程问题的求解。ANSYS成立于1970年，总部设在美国宾夕法尼亚洲的匹兹堡，目前是世界CAE行业中最大的公司。其创始人John Swanson博士为匹兹堡大学力学系的教授、有限元界的权威。在30多年的发展过程中，ANSYS不断改进提高，功能不断增强，目前最新的版本已经发展到14.5版本。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处

3、理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。2、建立三维实体模型Ansys将模型分为实体模型和有限元模型两大类。实体模型由关键点、面和体组成，用于直接描述所求问题的几何特性。是对所构

4、建实体进行分析和改进的基础，模型建立的越精确，相应的计算结果也会越精确。 UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UG的开发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的

5、应用再利用。一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂，以致于超出了一个人能够管理的范围。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加（adaptivemeshrefinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提

6、供一个灵活的可再使用的软件基础。UG NX的结构：一个如UG NX这样的大型软件系统通常需要有不同层次抽象的描述。UG具有三个设计层次，即结构设计(architecturaldesign)、子系统设计(subsystemdesign)和组件设计(componentdesign)。至少在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的并且信息隐藏原则被广泛地使用。所有陈述的信息被分布于各子系统之间。UG NX的优势：来自SiemensPLM 的 NX使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。 NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开

7、发过程。如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。NX是UGS PLM新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。NX可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。NX建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。通过再

8、一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新,NX的成功已经得到了充分的证实。这些目标使得NX通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。本次建模采用UG软件进行，如下图：Ansys可将SolidWorks、UG、Pro/E等三维软件建立的实体模型导入进行分析，为此，我们在UG中将做好的模型保存为.x_t格式，这里我们命名为“model.x_t”。3 建立有限元模型3.1 导入实体模型选择菜单：File->Import选择“model.x_t”，导入实体模型。3.2 定义单元类型由于本次弹性体组合梁需加

9、1个方向的力和力矩，所以需用到实体单元Solid和刚性单元Structural Mass。SOLID45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3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、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。具有沙漏控制的凝聚积分选项。 选择菜单：ANSYS Main Menu->Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Dele，在弹出的单元定义对话框中选择Add，在弹出的单元类型库对话框中选择Structural Mass->3D Mass 21，OK。再Add。选择Sol

10、id->Brick 8 node 185，OK。Close。由于3D Mass 21是刚性单元，所以应当设置质量实常量为0：选择菜单：Preprocessor->Real Constants->Add/Edit/Delete->Add，选中Type 1 Mass21，OK，将XYZ三个方向的质量设置为0。Close。3.3 定义材料属性选择材料为钢，查阅相关资料得钢的弹性模量为2.06E11，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。选择菜单ANSYS Main Menu->Preprocessor >Material Props>Material M

11、odels，在材料属性对话框中依次双击Structural->Linear->Elastic->Isotropic，在弹出的对话框中设置EX（弹性模量）为2.06E11，PRXY（泊松比）为0.3，OK。再双击选择Density（密度）为7850，单击OK即可。Exit。3.4 网格划分1) 在实体外建立刚性节点选择菜单：Plot Ctrls->Numbering将Keypoint numbers选为on，OK。在图上连接显示出的过圆心的节点27、68，画出直线。选择：Preprocessor->Modeling->Create->Lines->

12、Lines->In Active Coord（用2节点绘制直线），选择27、68节点，绘出直线。 选择：Plot->Lines,将视图换为线的模式，再选择：Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->On Line w/Ratio，选中刚刚绘制的直线。 点击OK,出现下面的对话框，并输入0.5（将关键点设置在直线的一半处，即圆心处），点击OK,得关键点3。 此时，将工作坐标系移至3点处，选择：WorkPlane->Offset WP to->Keypoints+，输入3，OK。 创建实体外一点，选择：Pr

13、eprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，标号为1000，坐标为1000、0、0，OK。2) 对实体和实体外点分别进行网格化 选择：Preprocessor->Meshing->MeshTool->Mesh，选中实体，OK，网格划分结束如下图（可以看到局部应力集中处已自动细化处理）：划分网格图选择：Preprocessor->Meshing->MeshTool->Mesh（将网格划分工具中Mesh下拉列表里选择为KeyPoints），点选1000点，OK。从下图我们可以

14、看出，有限元划分后的点1000已经变成了1562，这就是我们需要的刚性点。3) 建立刚性杆选择：Preprocessor->Coupling/Ceqn->Rigid Region，在弹出的点选对话框中首先选中1562点，OK；再点选4个点（最好是垂直方向的点），圈处弹性组合梁的上表面，OK，生成4根刚性梁如图：建立的刚性连接4 加载和求解4.1 添加约束和载荷1) 定义分析类型 选择菜单ANSYS Main Menu-> Solution-> Analysis Type->New Analysis，tan弹出“New Analysis”对话框，在设置分析类型对话框

15、中选择Static（静态分析），OK。2) 添加约束 选择菜单ANSYS Main Menu-> Solution-> Define Loads->Apply->Structural->Displacement>On Lines（即加上线约束），弹出“Apply U，ROT on Lines”，选择弹性体组合梁的底端的线L53和L20，OK。在施加位移约束对话框中选择All DOF（所有自由度），单击OK，施加约束，如下图：添加约束图3) 添加载荷 选择菜单ANSYS Main Menu-> Solution-> Define Loads->

16、;Apply->Structural->Force/Moment>On Nodes，选择1562点，在施加载荷对话框中分别加上载荷My=50。再在上盘选择一处节点施加Fx=100，单击OK按钮。4.2 求解 选择菜单：ANSYS Main Menu->Solution ->Solve->Current LS（当前载荷步），弹出“Solve Current Load Step”对话框，单击求解对话框中的OK按钮。开始计算，求解结束后单击Close按钮。5 结果后处理1) 读入结果数据集 由于是静力学分析，所以只要选择：ANSYS Main Menu->G

17、eneral Postproc->Read Results->First Set（读取第一个结果数据集）。2) 绘制变形图选择菜单：ANSYS Main Menu->General Postproc->Plot Results->Deformed Shape，在绘制变形图对话框中选择Def+undefomed（在图形窗口中绘制变形前和变形后的图形）单击OK，变形结果如图所示。变形图3) 绘制等值图和等值线图节点位移等值图：ANSYS Main Menu->General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu（节点解），打开“Contour Nodal Solution Data”，出现（绘制节点解等值图）对话框，在“Items to be contoured”栏中选择“DOF Solution(结构变形)->Displacement vector sum”，显示该弹性体组合梁的节点位移等值图：位移云图节点应力等值图：ANSYS Main Menu->General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu（节点解），打开“Contou