工程结构仿真课程设计

1、课程设计说明书题目: 工程结构仿真课程设计 院（部）：专业班级：学 号：学生姓名：指导教师： 年 月 日安徽理工大学课程设计（论文）任务书 理学 院（部） 力学 教研室学号学生姓名专业（班级）题目工程结构仿真课程设计设计技术参数施工托架：横杆长 1.5m，竖杆长0.5m，弹性模量2e11，泊松比0.32.各杆的截面面积A=集中力从左至右分别为7KN，7KN，8KN，7KN，7KN。六角扳手：六边形边长0.0058m，扳手柄长度（长端）0.2m，扳手柄长度（短端）0.075m，弹性模量2.07e11，泊松比0.3设计要求熟练利用ansys软件解决平面问题和三维问题，用有限元方法确定施工托架的内力

2、和六角扳手的变形问题。工作量完成2项分析,页数在20页左右工作计划12月24号-26号 分析课题，针对要研究的题目，确定设计参数等。12月27号- 30号 对选中课题进行具体的分析及计算。12月31号-1月2号 写课题报告。1月3号-4号 分析结果，并完成研究报告。参考资料1 胡国良.ANSYS13.0有限元分析实用基础教程M.北京：国防工业出版社，2012.2邓凡平.ANSYS10.0有限元分析自学手册M.北京：人民邮电出版社，2007.3王金龙，王清明，王伟章。ANSYS12.0有限元分析与范例解析M北京：机械工业出版社，2010.指导教师签字教研室主任签字2012 年12 月24日学生姓

3、名：学号：专业班级：课程设计题目： 工程结构仿真课程设计 指导教师评语：成绩：指导教师：年 月 日 安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表一、平面问题：施工托架分析如图1-1所示为一平面桁架，横杆长度为1.5m，竖杆长度为0.5m，各杆截面面积均为A=0.001，集中力荷载从左至右分别为7KN，7KN，8KN，7KN，7KN。计算各杆的轴向力、轴向应力。图1-1 施工托架模型图1应用背景随着经济的发展，建筑也越来越高，站在高空施工的工人也越来越危险，这就要求保护措施要到位，而施工托架就直接关系到生命。2定义模型常数2.1定义单元类型单击Main Menu>Proprocessor>

4、Element Type >Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，单击“Add”。双弹出对话框，选“Beam”和“2Delastic 3”,单击“OK”，退回到前一个对话框。如图1-2。图1-2 定义单元类型对话框2.2定义实常数定义杆的横截面积为0.001平方米2.3定义材料属性单击Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。输入弹性模量2e11和泊松比0.32 点击OK。3建模求解3.1创建图

5、形依次点击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>in Active CS输入节点数据1(0,0) ，2(1.5,0) ，3(2.25,0) ，4(3.0,0)，5（4.5,0），6（1.5,-0.5），7（3.0,-0.5）Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Element>Auto Numbered >Thru Nodes，然后用光标连结点1，2；点2，3；点3，4；点4，5；点，5，7；点7，3；点7，6；点6，3；点6,2；点6，

6、1成单元。如图1-3。图1-3 单元图3.2定义约束单击Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Displacement > On Nodes,在一节点约束X和Y方向位移，在5节点约束Y方向的位移。3.3定义载荷单击Main Menu >Solution> Define Loads >Apply >Structural > Force/Moment > On Nodes,在1、2、3、4、5节点上分别施加Y方向的荷载为-7000、-7000、-8000、

7、-7000、-70000。如图1-4所示。图1-4 荷载约束图3.4求解单击Main Menu >Solution> Solve >Current LS进行求解。4结果分析4.1查看总体变形单击Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape选择Def+undeformed,绘制变形图，如图1-5。图1-5 变形图4.2查看位移分布图单击Main Menu >General Postproc >Plot Results > Contour Plot>Nodal Sol

8、u,在弹出的对话框中选：Nodal Solution> DOF Solution > Displacement vector sum 得图1-6如下所示。图1-6 位移分布图4.3输出各杆轴力及应力定义单元表，单击Main Menu >General Postproc >Plot Results > Element Table>Define Table，在弹出的对话框中选择如下图1-7和1-8所示。图1-7定义单元表对话框图1-8 定义单元表对话框显示单元表数据，Main Menu >General Postproc >Plot Results

9、> Element Table>List Elem Table, 弹出如图所示对话框，在列表中选择“FA”、“SA”，单击“OK”按钮。如图1-9所示。图1-9 显示单元数据对话框各杆的轴向力Fa和轴向应力为： STAT CURRENT CURRENT ELEM FA SA 1 -33000. -0.33000E+08 2 -33000. -0.33000E+08 3 -33000. -0.33000E+08 4 -33000. -0.33000E+08 5 34785. 0.34785E+08 6 -7000.0 -0.70000E+07 7 -7211.1 -0.72111E+

10、07 8 39000. 0.39000E+08 9 -7211.1 -0.72111E+07 10 -7000.0 -0.70000E+07 11 34785. 0.34785E+08MINIMUM VALUES ELEM 4 4 VALUE -33000. -0.33000E+08MAXIMUM VALUES ELEM 8 8 VALUE 39000. 0.39000E+085结论经计算，理论值为：经比较与理论值大体相同，计算稍有误差。最大误差出现在DE,EF两杆上，由此可以得出，经多次计算才能得出结果的数值分析值，其误差一般比较大。但是总体来说在求解桁架内力中，ANSYS的计算结果具有相当

11、的准确性。二、空间问题：六角扳手分析如图2-1所示为一内六角螺旋扳手（截面高度为10mm），对其进行结构静力学分析。弹性模量为2.07e11，泊松比0.3；在端部作用100N的力，同时还作用向下的20N作用力，计算扳手拧紧时的应力分析。图2-1 六角扳手模型1应用背景内六角扳手也叫艾伦扳手。常见的英文名称有“Allen key（或Allen wrench）”和Hex key（或Hexwrench）。名称中的“wrench”表示“扭”的动作，它体现了内六角扳手和其他常见工具（比如：一字螺丝刀和十字螺丝刀）之间最重要的差别，它通过扭矩施加对螺丝的作用力，大大降低了使用者的用力强度。可以这么说，在现

12、代家具工业所涉及到的安装工具中，内六角扳手虽然不是最常用的，但却是最好用的。内六角扳手能够流传至今，并成为工业制造业中不可或缺的得力工具，关键在于它本身所具有的独特之处和诸多优点： 1， 它很简单而且轻巧。 2， 内六角螺丝与扳手之间有六个接触面，受力充分且不容易损坏。 3， 可以用来拧深孔中螺丝。 4， 扳手的直径和长度决定了它的扭转力。 5， 可以用来拧非常小的螺丝。 6， 容易制造，成本低廉。 7， 扳手的两端都可以使用。2建模2.1定义材料常数点击Main Menu>Preprocessor>Elemengt Type>Add/Edit/Delete，弹出窗口后，单击

13、按钮，弹出如下图2-2和2-3所示对话框。图2-2 定义单元类型对话框在实体单元中选择Quad 4node 42单元。图2-3 定义单元类型对话框定义材料属性：单击Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models弹出对话框，依次点击Material Model Number 1>Structural>Linear>Elastic>Isotropic如下图2-4所示.图2-4 定义材料属性对话框然后弹出如下图2-5所以对话框，输入弹性模量的值为2e11，泊松比为0.3。图2-5 定义材料属性对话框

14、建立有限元模型1）创建正六边形面依次点击Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Areas->Polygon->Hexagon弹出拾取窗口，在“WP X”、“WP Y”和“Radius”文本框中输入0、0和0.01，单击“OK”按钮。2)创建关键点依次点击Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Keypionts->in Active CS弹出对话框，在如下图所示对话框，在“NPT”文本框中输入7，在“X，Y，Z”文本框中分别输入0，0，

15、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；3）创建直线依次点击Main Menu->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。4）创建圆角依次点击Main Menu->Preprocessor->Modelin

16、g->Create->Lines->Line Fillet。弹出拾取窗口，分别拾取直线1、2，单击“OK”按钮。弹出如下对话框，在“RAD”文本框中输入0.015，单击“OK”按钮。如图2-6所示。图2-6 导角图2.2划分网格按顺序单击主菜单上的Preprocessor>Meshing>MeshTool， 网格划分结果如下图2-7所示。2.3施加约束和载荷1）施加约束单击主菜单上的Solutiong>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas，弹出对话框。选取圆周面，点击O

17、K按钮，弹出对话框。选取ALL DOF将其全约束，点击OK按钮，完成约束施加。如图2-7所示。图2-7 网格约束图2）施加集中力载荷按顺序单击主菜单上的Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Keypoints，弹出对话框。选择扳手上顶的六个关键点，即题图中集中力F施加位置，点击OK按钮。在集中力施加方向下拉选项中选择FX，在VALUE Force/moment value后的输入框中输入集中力的大小。点击OK按钮完成载荷的施加。2.4计算求解按顺序单击主菜单上的Solution>Solv

18、e>Current LS，弹出对话框，点击OK按钮开始计算。当对话框显示Solution is done!时，计算完成。3结果分析3.1结果查看应力云图单击Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu在弹出的对话框中顺序点击Nodal Solution>Stress>von Mises stress，点击OK按钮，得到等效应力云图如下图2-8所示。图2-8 第一荷载步的应力云图按照上述步骤可以查看第二荷载步的应力云图，如图2-9所示图2-9 第二荷载步应力云图2）查看变形图单击Main Menu >General Postproc >Plot Results > Deformed shape选择Def+undeformed,绘制变形图，如图2-10所示。图2-10 第一荷载步变形图图2-11 第二荷载步变形图3.2计算结果分析由以上计算结果可知，在外力作用下六角扳手的变形情况，同时也了解到整个模型的等效应力情况，在扳手的导角处和固定约束处应力