第例静力学问题的求解实例—扳手的受力分析

1、第8例 静力学问题的求解实例扳手的受力分析本例提示 介绍了利用ANSYS进行空间问题静力学分析的方法、步骤和过程。8.1 问题描述a) b)图 8-1 扳手图8-1a所示为一内六角螺栓扳手，其轴线形状和尺寸见图8-1b，横截面为一外接圆半径为10 mm的正六边形，拧紧力F为600 N，计算扳手拧紧时的应力分布。8.2 分析步骤8.2.1 改变工作名拾取菜单Utility MenuFileChange Jobname。弹出图8-2所示的对话框，在“/FILNAM” 文本框中输入EXAMPLE8 ，单击“Ok”按钮。8.2.2 过滤界面图 8-2 改变工作名对话框拾取菜单Main MenuPref

2、erences。弹出图8-3所示的对话框，选中“Structural”项，单击“Ok” 按钮。图 8-4 单元类型对话框图 8-3 过滤界面对话框8.2.3 创建单元类型拾取菜单Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。弹出图8-4所示的对话框，单击“Add”按钮；弹出图8-5所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Solid”，在右侧列表中选“Quad 4node 42”， 单击“Apply” 按钮；再在右侧列表中选“Brick 8node 45”, 单击“Ok” 按钮；单击图8-4所示的对话框的“Close”按钮。8.2.

3、4 定义材料特性拾取菜单Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models。弹出图8-6所示的对话框，在右侧列表中依次双击“Structural”、 “Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出图8-7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，然后关闭图8-6所示的对话框。图 8-5 单元类型库对话框图 8-6 材料模型对话框图 8-7 材料特性对话框8.2.5 创建正六边形面拾取菜单Main MenuPreprocessorModeling

4、CreateAreasPolygonHexagon。弹出图8-8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。图 8-8 拾取窗口8.2.6 改变视点拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate。在弹出的对话框中，依次单击“Iso”、“Fit”按钮。8.2.7 显示关键点、线号拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsNumbering。在弹出对话框中，将关键点号和线号打开，单击“Ok” 按钮。8.2.8 创建关键点拾取菜单Main MenuPreprocessorModeling

5、CreateKeypointsIn Active CS。弹出图8-9所示的对话框，在“NPT”文本框中输入7，在“X,Y,Z”文本框中分别输入0,0,0，单击“Apply” 按钮；在“NPT”文本框中输入8，在“X,Y,Z”文本框中分别输入0,0,0.05，单击“Apply” 按钮；在“NPT”文本框中输入9，在“X,Y,Z”文本框中分别输入0,0.1,0.05，单击“Ok”按钮。图 8-9 创建关键点的对话框8.2.9 创建直线拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line。弹出拾取窗口，分别拾取关键点7和8、8和

6、9，创建两条直线，单击“Ok” 按钮。图 8-10 圆角对话框图 8-11 划分单元工具对话框图 8-12 单元尺寸对话框8.2.10 创建圆角拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet。弹出拾取窗口，分别拾取直线7、8，单击“Ok” 按钮，弹出图8-10所示的对话框，在“RAD”文本框中输入0.015，单击“Ok” 按钮。8.2.11 创建直线拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line。弹出拾取窗口，分别拾取关键点1和4，单击“Ok” 按钮。8

7、.2.12 将六边形面划分成两部分拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideArea 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间创建的直线，单击“Ok” 按钮。8.2.13 划分单元拾取菜单Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool。弹出图8-11所示的对话框，单击“Size Controls”区域中“Lines”后“Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线2、3、4，单击“Ok” 按钮，弹出图8-12所示的对话框，在“NDIV”文本框中

8、输入3，单击“Apply” 按钮；再次弹出拾取窗口，拾取直线7、9、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“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。8.2.14 显示直线拾取菜单Utility MenuPlotLines。8.2.15 由面沿直线挤出体拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAlong Lines。弹出拾

9、取窗口，拾取六边形面的两部分，单击“Ok” 按钮；再次弹出拾取窗口，依次拾取直线7、9、8，单击“Ok” 按钮。8.2.16 清除面单元拾取菜单Main MenuPreprocessorMeshingClearAreas。弹出拾取窗口，拾取z=0的两个平面，单击“Ok” 按钮。面单元模拟着一个平面结构，如果不清除掉的话，分析模型实际是有两个结构。8.2.17 显示单元拾取菜单Utility MenuPlotElements。图 8-13 在面上施加约束对话框8.2.18 施加约束拾取菜单Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplaceme

10、ntOn Areas。弹出拾取窗口，拾取z=0的两个平面，单击“Ok” 按钮，弹出图8-13所示的对话框，在列表中选择“All DOF”，单击“Ok” 按钮。8.2.19 施加载荷拾取菜单Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Keypoints。弹出拾取窗口，拾取扳手长臂端面的六个顶点，单击“Ok” 按钮，弹出图8-14图 8-14 在关键点施加力载荷对话框所示的对话框，选择“Lab”为“FX”，在“VALUE”文本框中输入100，单击“Ok” 按钮。图 8-15 显示变形对话框8.2.20 求解拾取菜单Main

11、MenuSolutionSolveCurrent LS。单击“Solve Current Load Step” 对话框的“Ok” 按钮。出现“Solution is done!”提示时，求解结束，即可查看结果了。8.2.21 查看结果，显示变形图 8-16 扳手的变形拾取菜单Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape。弹出图8-15所示的对话框，选中“Def+undef edge”(变形+未变形的模型边界)，单击“Ok” 按钮。结果如图8-16所示。图 8-18 扳手的Von Mises应力图 8-17 用等高线显示节点结果对话框8.

12、2.22 查看结果，用等高线显示Von Mises应力拾取菜单Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。弹出图8-17所示的对话框，在列表中依次选择“Nodal SolutionStress Von Mises SEQV”（Von Mises应力即第四强度理论的当量应力，式中1、2和3为主应力），单击“Ok” 按钮。结果如图8-18所示，可以看出，Von Mises应力的最大值为0.149×109 Pa，即149 MPa。8.2.23 偏移工作平面到关键点图 8-19 结果图形类型对话框图 8-20 切片拾

13、取菜单Utility MenuWorkPlaneOffset WP toNodes。弹出拾取窗口，拾取扳手圆角内侧中间的节点159，单击“Ok” 按钮。8.2.24 选择结果图形类型，作切片图拾取菜单Utility MenuPlotCtrlsStyleHidden Line Options。弹出图8-19所示的对话框，选择“/TYPE Type of Plot”为“Section”，选择“/CPLANE”为“Working plane”单击“Ok” 按钮。图8-20即为工作平面所在位置模型的切片图。利用步骤8.2.22显示的结果图形是模型外表面各点的结果，利用切片图可以显示模型内部各点的结果。

14、8.2.25 保存结果拾取菜单Utility MenuFileSave as Jobname.db。ANSYS没有UNDO（撤消）功能，在做一些可能出现错误的操作时，最好先保存一下数据库文件，以备需要时可以恢复原来的数据库。本文为了保证叙述的连贯，仅仅在分析过程的最后进行了保存操作，读者可不局限于此。8.3 命令流：/CLEAR/FILNAME, EXAMPLE8/PREP7ET,1,PLANE42ET,2,SOLID45MP,EX,1,2E11MP,PRXY,1,0.3RPR4, 6, 0, 0, 0.01K,7,0,0,0K,8, 0,0,0.05K,9, 0,0.1,0.05LSTR,7,8LSTR,8,9LFILLT, 7, 8, 0.015LSTR,1,4ASBL, 1, 10LESIZE,2,3LESIZE,3,3LESIZE,4,3LESIZE,7,0.01LESIZE,8,0.01LESIZE,9,0.01MSHAPE,0MSHKEY,1AMESH,ALLVDRAG, ALL,7,9,