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： 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。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. 建立命令流文件将上述过程实现。3. 对危险截面分

2、析，将其简化成平面问题，并进行有限元分析。操作步骤第一步：建立文件名和工作标题1. 选择Utility>File>Change 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 error files 设置为Yes，单击OK按钮关闭对话框。3. 选择Utility>File>Change Title命令，出现Change Title对话框,在文本框中输入STRESS ANALSYS TO A TORU UNDER PRESSURE,单击OK按钮关闭对

3、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 Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Torus 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THETA1文本框中输入180。3. 单击

4、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 !生成半圆形管方法二创建几何模型1.创建半圆形软管的截面选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Area>Circle>Partial 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选择Main Menu>Prepro

5、cessor>Modeling>Keypoints>In 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 Menu>Preprocessor>Modeling>Lines>Arcs>By 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. 由面沿曲线挤出体选择Main Menu&

6、gt;Preprocessor>Operate>Extrude>Area>Along 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 Menu>Preprocessor>Element Type>Add/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

7、择Structural Solid，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：/PREP7ET,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 Menu>Preprocessor>Mat

8、erial Props>Material Models命令，出现Define Material 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Define Material Mod

9、els Behavior 窗口。命令流文件：/PREP7MP,EX,1,2E11 !定义弹性模量MP,PRXY,1,0.03 !定义泊松比第五步：划分网格1. 选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>Manualsize>Global>Size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 Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，出现Mesh Tool对话框，单击M

10、esh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 Menu>Solution>Analysis type>New Analysis命令，出现New Analysis对话框。2. 选中Static单选按钮，单击OK按钮。3. 选择Utility Menu>Select>Entities命令，出现Select Entities对话框。在第一个下拉列表框中选择Lines

11、，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 Menu>Select>Entities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 Menu>Sol

12、ution>Define Load>Apply>Structural>Displacement>On Nodes，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 Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas命令，出现Apply PRES on Areas对话框，选

13、取面3和4，单击OK按钮关闭该对话框。8.在Apply PRES对话框中输入value中输入1E5,单击OK关闭对话框。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4 NSLA,S,1 !选择面4上所有点SF,ALL,PR

14、ES,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 Menu>General Postproc>Plot Result>Deformed Shape命令，出现Plot Deformed 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。选择Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot>Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对

15、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。2. 选择Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot>Nodal 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 ！显示等效应力场PLNSOL,EPTO,E

16、QV ！显示等效应变场FINIFSH/EXIT,ALL !退出ANSYS类型MAXMIN应力（Pa）0.287E+07398241应变（M）0.222E-040.137E-07有限元分析结果：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 !定义弹性模量MP,PRXY,1,0.03 !定义泊松比ESIZE,0.001

17、!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ASEL,S,3 !选择面4 NSLA,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。