CAE对角支架的有限元力学分析试验

1、课程上机实验报告课程名称：课程编号：课程性质：任课教师：学生姓名：学号:学院：领域年级:20172017 年 6 6 月 6 6 日1上机实验一实验内容：对角支架的有限元力学分析一、问题描述已知角支架的结构和尺寸如下图 1-1 所示，角支架上开有两个销孔。左上方 的销孔在整个圆周上是受约束的（焊接的），右下角的销孔底部受到一个由圆心 向下的一个线性分布负载的作用， 现在利用 ANSYS 软件对上述模型进行基本的 有限元力学分析。已知角支架的具体尺寸如下图 1-1 所示。该角支架由 A36 钢制 成，其弹性模量为30E6psi,泊松比为 0.27。图 1-1 角支架二、几何模型建立几何模型的建立

2、有很多种方式，这次实验的几何模型建立的方式是首先绘制 两个矩形，然后在两个矩形的一端各绘制一个与矩形宽等径的圆，对上述几个图形做求和运算。再对角支架转弯处倒圆角。然后在角支架两端绘制两个小圆， 最 后进行求差运算，即在上面得到的图形中减去两个小圆便得到了所要的模型。下面对模型的建立做具体说明。2.1 绘制矩形通过依 次点击 Main Menu PreprocessorModeling CreateAreas2Rectangle By Dimensions 调出矩形的参数设置框，并设置 X,Y 轴的数据，如下图 2-1 所示。点击图中的 Apply 按钮即生成一个矩形。更改参数设置框里面X,Y

3、的相应参数，如下图 2-2 所示。/ 匚Rectangle by DimensionsKECrNG Create Rectangle by Dimensior5XlhX2 X-coord FnatesVI,Y2 V-coordinates图 2-2 第二个矩形参数设置框点击 0K 按钮，即最终得到图 2-3，即如下两个矩形的图形ApplyCancel图 2-1 第一个矩形参数设置框3上图显示了两个矩形，都是相同的颜色。可以通过如下步骤的设置更清楚地区分区域。通过点击 Utility Menu Plot Ctrls Numbering 打开（勾选）area numbers一栏八Plot Numb

4、ering Controls1.、/PNUM Plot Numbering ControlsKP keypaint nuiTiberK| OffLJNE Line numbers厂OffAREA Area numbers?On VOLU Volume numbers厂OffNODE Node numbers厂OffElerti / Attf ib numberingTARN Table Name|KSVAL Numeric contour value?No rrumbering*J Off-Off/NUM Numbering showri wrthColon St number?/REPLOT

5、 Replat upon OK/Apply?Replct二|OKApplyCanedHelpVj图 2-4 Plot Numbering Controls设置图通过上述设置后建立的模型如下图2-5 所示。42.2 绘制圆面模型建立的下一步是在上述已建立模型的两端创建半圆。但是实际上，我们可以在每个端点都创建一个完整的圆，然后再将圆和矩形进行布尔求和运算。在 这个过程中我们可以通过图形大小控制框（Pan-Zoom-Rotate 放大或缩小已经建立的模型。点击 Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate 即可调出图形大小 控制框，如上图 2-6 所示。通过点击

6、图 2-6 图形控制框里的大点或小点来控制所 建模型的放大或缩小。点击 Utility Menu WorkPlane WP Settings把工作平面的坐标设置为极轴坐 标。具体设置为：自上而下依次选择“极轴”，选择“网格和三角形”以及捕捉 增量设置为 0.1。然后点击 OK 按钮。P占n-cn-FtotatpryWandkjw1|30HOG 巨15现在通过点击 Main Menu PreprocessorModeling Create AreasCircleSolid Circle 进行圆的绘制。如下图 2-7 所示。6图 2-7 圆形面设置框图 2-8 绘制出一个圆的图形调出图 2-7 所

7、示的圆形面积绘制框，设置框中的X , Y 的值为 0,圆的半径可以直接输入 1,或者在图中拉出一个长度作为半径。绘制出第一个圆。结果如 上图2-8 所示。移动工作平面，绘制第二个圆面。要通过上面的方式在角支架的右下端以相 同的方式创建圆面，需要首先将工作平面移动到圆的原点。在不输入数字偏移量的情况下，最简单的方法是将 WP 移动到一个平均的键点位置，方法是在右下方 的矩形中选取关键点。具体的步骤如下：通过点击Utility Menu WorkPlaneOffset WP to Keypoi nts，然后选者右边矩形的最下面的两个端点，然后点击0K按钮，即生成如下图 2-9 所示的图形。7然后通

8、过点击 Main Menu PreprocessorModeling CreateAreasCircleSolid Circle，然后选择右边矩形下方的圆心，然后再选择右边矩形下面的一个顶 点，即生成了第二个圆面。2.3 布尔求和运算即通过布尔求和运算将上述已经画出的几个相互独立的图形生成一个图形。点击 Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansAdd Areas 然后 点击跳出的框里面的 Pick All 按钮即可。如下图 2-10 所示。图 2-9 绘制第二个圆的图形8此时建立的模型如上图 2-11 所示2.4 创建圆角通过点击 Utility

9、 Menu PlotCtrls Numbering 打开 Line numbering,此时建立的模型上的会出现构成模型的各条线的编号。如下图所示：图 2-12Plot Numbering Controls设置框图 2-13 显示模型的线的编号通过点击 Utility Menu WorkPlane Display Working Plane 关闭显示工作平/PNUIM Plot Numbering CorilrubKP Keypoint numbers厂otfLiNE Line numbeirEiM円I AFEA Afea ft Limb c：陌OnTOLU Volume numbersr o

10、ffMODE Node nLimbers1r of*Elrm / At?rib iHUitTlbcri*|NonumDerHg；JI TAB Table Names厂Off1 S.VM Ku mere rontnur valuesr offy MUM NLinfbmnc chown withi|c口1口严firEimbfET-人Plot NuTiberi-q Controls/REPLOT iReplot upoir O/Appy?APP WorkPlane Display Working Plane 选择上图中的第17 条线和第 8 条线。点击 Apply 后设置 Fillet radius

11、 为 0.4。如下图 2-14 所示。然后点击 Utility Menu Plot Lines 使得图形只显示线。如下图 2-15 所示:图 2-14 线角生成设置10图 2-15 只显示线的模型11可以通过滚动鼠标中间的滚轮按需要放大图形进行线的选取。然后点击Main Menu PreprocessorModeling CreateAreasArbitraryBy Lines 选取图像中的第 4，5 条线及第 1 条线。点击 Ok 即生成了由上速三条线围城的面。如 下图2-16 所示。通过前面提到的布尔求和运算将此步骤前面的图形生成一个图形。2.5 绘制销孔通过前面步骤提到的绘制圆的方法在已

12、经建立的模型上绘制两个半径为0.4的圆形。如下图 2-17 所示。2.6 布尔求差运算点击 Main Menu PreprocessorModeling Operate Booleans Subtract3图 2-1612Areas,先选择之前建立的模型，然后点击 Apply，在选择两个圆，点击 0K 即得 到所要建立的模型。如下图所示：点击 Utility Menu FileSave As 保存上面图 2-18 建立的最终的几何模型三、有限元网格模型建立3.1 定义材料点击 Main Menu Preferences 勾选 Structural。然后点击 OK 按钮即可。点击Main Men

13、u PreprocessorMaterial Props Material Models 对角支架的弹性模量及泊松比进行设置，如下图 3-1 所示：图 2-18 最终建立的模型13图 3-1 弹性模量及泊松比设置i4)曲LinrarQ 直1Jla SerialJ?1 -Available商TILS口*37口dNc(nl1nearDtnsRy Thyrsi. L Fir-BCisinn*D-ainsQL 一 厂一一r_Z 14进行上图的设置后点击 Ok 按钮即可3.2 定义元素类型通过点击 Main Menu PreprocessorElement Type Add/Edit/Delete 添加

14、一个元素类型，选择 Solid 后再选择 8 node 183,然后再点击 Ok 按钮。如下图所示。图 3-2 定义元素类型图 1图 3-3 定义元素类型图 215DefinedTwe：;F1.AXK1S3AJJ. . . IptitTLS.Cloe图 3-4 定义元素类型图 3在点击上图中的 Option 按钮，将 K3 后面对应的设置为 Plane strs w/thk 即可,点击 OK 按钮。如下图 3-5 所示：3.3 定义常数点击 Main Menu PreprocessorReal Constants Add/Edit/Delete， 添加一个 realconstan，进行如下图的

15、设置。Delete16对上图中的 THK 设置为 0.5 后，点击 OK 按钮即可。3.4 生成网格网格的划分分为线网格，面网格，体网格。对于最基本的线网格划分而言， 一般有两种，一种是将线均分为多少段，另一种是按给定划分后每小段的尺寸来 划分网格。本次实验中网格划分采用第二种。通过点击 Main Menu PreprocessorMeshingMesh Tool，设置相应的参数，自动生成网格，操作步骤如下：点击 MeshTool 里面 Size Control 下面的 Global 后面的 Set 设置 Type 为 0.5。如下图 3-7 所示Real Canstjnts虫 八Define

16、d Real Constant SetsMd| EditDelete |Element Type for Real ConstantsChoose element type:OK I|Help |Cancel图 3-6 定义常数17图 3-7 网格尺寸设置然后点击 Mesh 选择建立的几何模型。然后点击 0K，即自动生成网格。生 成的网格如下图 3-8 所示。图 3-8 最终生成的网格点击 Utility Menu File Save as，对生成的网格进行保存。四、边界、约束条件及施加载荷本次实验中，角支架的左上角的销孔受到约束，右下角的销孔下部受到向下50 到 150psi 线性分布的压力

17、载荷。在软件中，具体的操作如下。184.1 约束条件的设置通过点击 Main Menu Solution Define LoadsApplyStructuralDisplaceme nt On Lines,对左上的销孔的周长进行选取。选取如下图4-1 所示图 4-1 选择约束并对约束进行相应的参数的设置，如下图4-2 所示图 4-2 约束的参数设置19然后点击 OK 按钮即可。此时可以看出图中生成了由圆心向外的力的箭头示 意图4.2 压力载荷的设置点击 Main Menu Solution Define LoadsApplyStructuralPressureOnLines，选择右下销孔的下半

18、部分的周长分左右两部分进行分别设置。如下图 4-3 所示。压力载荷施加的部位为图中销孔的弧长16 和 17。对销孔的弧长部位分别施加压力载荷后的受力如下图4-4 箭头所示进行上述的设置后即可进行求解的操作。五、结果分析经过求解得到角支架受到压力载荷后的位移云图，如下图 5-1 所示。角支架 受到压力载荷后的等效应力云图如下图 5-2 所示。角支架受到压力载荷后丫方向 的各节点反力下图 5-3 所示。图 4-3 压力载荷施加的部位选取200,133E-03 *267E-03*400E-03 .E33E-03 .67E-03 ,eOQE-O3 .933E-03*001067 ,0012图 5-2 角支架受载荷后的等效应力云图单位（inJ+J图 5-1 角支架受载荷后的位移云图单位（psi5.2316342.14S679.0641015-961352 916B92022363占弓2700