轮辐式组合梁有限元分析

1、弹塑性力学及有限元法题目：分析轮辐式组合梁在FX、fy、Fz和Mx作用下应力和应变1模型的建立1.1 3D实体模型的建立Ansys与Solid works等3D建模软件有许多数据接口，如IGES、SAT和X_T 等，他们又不同的特性，适用于不同的模型。本文是将Solid works中文件另存 为X_T格式进行导入，这样能最大限度保证实体模型的完整性。图1轮辐式组合梁三维建模2有限元模型的建立2.1定义单元属性a）定义单元类型选择菜单 Main Menu： Preprocessor Element Type Add/Delete，在单元 类型对话框中单击Add按钮。弹出单元库对话框。在其中的列表

2、中选择Brick 8node45 和 MASS21。MASS21单元是含有一个节点的单元，该节点有六个自由度：沿X,Y和Z 轴的平移自由度和绕X,Y和Z轴的旋转自由度。其几何图形如下图5所示，I林吟性f 康坂知x *j*-yV. Elefnentsystemfor KEYOPT（2）= 1图2 MASS21几何模型（3）选择MASS21的主要目的：可以将经 MASS21划分的点的节点和经 SOLID187划分的轮辐式组合梁的节点进行刚性连接，再在经MASS21划分的点 的节点上施加转矩和力，将转矩和力传递到经过网格划分的轮辐式组合梁的节点 上。SOLID187单元上的节点含有三个平移自由度，无

3、绕轴旋转自由度，无法施 加转矩。MASS21单元是含有一个节点的单元，该节点有六个自由度：沿X,Y 和Z轴的平移自由度和绕X,Y和Z轴的旋转自由度。b）定义材料属性选择菜单 Main Menu： Preprocessor Material PropsMaterialMoudle，在材料属性窗口中依次双击Structural, Linear, Elastic和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, density （密度） 为7.85E3，单击OK即可。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7.8

4、5E3。2.2网格划分可以采用ANSYS提供的Smart网格划分工具生成有限元模型。执行Main MenuPreprocessMeshingMesh tool，打开分网格工具窗口。选中 Element Attributes （单元属性）中的 set 选项，设置 meshing attributes 中的TYPE （单元类型），选择1 SOLID45。选中Smart Size选项，并选择细分等级为1，指定Mesh为Volumeso智能 化控制是用于对网格划分进行智能化控制，但是这个命令只是在自由划分中有 效，不能用于映射网格。Meshing Controls （网格划分控制）：此命令的功能是对实

5、体单元划分网格控 制。在“Mesh”后的下拉列表中选择“Volumes”选项，在Shape中选择：Tex （四面体），Free （自由式）划分方式。其它选项不变，单击mesh按钮，选择轮 辐式组合梁模型，划分的轮辐式组合梁的网格如图所示。1ELEMENTSAN1ELEMENTSJAt-T 11 201522:53:47File: D:FileRecvyuanpan.x_t图3轮辐式组合梁网格图在原点处建立一点，用MASS21对该点其进行划分。最后利用接触管理器 在原点处的节点和轮辐式组合梁的节点之间建立刚性连接，如图所示。图4建立的刚性连接2.3添加约束和载荷a）定义分析类型选择菜单 Main

6、 Menu： SolutionNew Analysis，在分析类型对话框中选择 Static（静力学分析）复选框，单击OK即可。b）添加约束选择菜单 Main Menu： SolutionApplyDisplacementOn Lines，选择轮辐式 组合梁最外面的圆柱面，单击OK按钮，在试加约束对话框中选择All DOF （所 有自由度）单击OK按钮，其效果图如图所示。JAN 11 2015 23:02:44JAN 11 2015 23:02:44ANSYS图5添加约束图c）添加载荷选择菜单 Main Menu: SolutionApplyForce/MomentOn Nodes，选择原点

7、处的节点，在施加载荷对话框中选择FX,FY,FZ,WX其值都为FX=FY=FZ=1000N, WX=10000N.mm施加载荷的效果图如图8所示图6施加载荷图2.4求解选择菜单Main Menu： Solution SolveCurrent LS （当前载荷步），单击求解 对话框中的OK按钮。求解结束后单击Close按钮。3结果处理a）读结果选择菜单 Main Menu： General PostprocFirst Set。b）节点变形列表选择菜单 Main Menu: General PostprocList ResultsNodal Solution，在结 果列表对话框中选择DOF sol

8、ution下的Displacement vector sum，单击OK按钮， 显示节点位移列表，如图所示。* P0ST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD GASE=0THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SVSTEMNODEUXUUZUSUM10.39639E-07-0.13636E-03-0.11334E-050.13637E-0320.37211E-060.15160E-03-

9、0.15383E-050.15161E-033-0.47969E-07-0.13 6 43 E-03-0.815 5 7E-060.13643E-0340.37406E-060.15180E-03-0.42005E-060.15181E-0350-00000.00Q0Q.0Q000.000060-00000.&Q&.&Q&0.000070-00000.00&00.000080-0000&.&Q&0.000090.6 043 2 E-06-0 _12 5 9 8 E-030.76893E-040.14759E-03100.40582E-05-0.15802E-040.17698E-04图7节点变

10、形列表c）变形图 选择菜单 Main Menu： General PostprocPlot ResultsDeformed Shape，在绘制变形图对话框中选择Def+undef edge （显示变形后的形状）单击 按钮，变形图如图10所示。图8变形图d）节点云图 Main Menu: General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu命令，出现节点结果显示设置对话框。在“Items to be contoured”栏中选择 “DOF SolutionDisplacement vector sum”，显示的轮辐式组合梁位移云图，如图9 所示。在

11、“Items to be contoured” 栏中选择 “Stressvon Mises SEQV”，显示轮 辐式组合梁的应力云图，如图10所示。在“Items to be contoured”栏中选择“Total Mechanical Strainvon Mises total mechanical strain”，显示轮辐式组合梁的应变云 图，如图11所示。图9位移云图NODAL SOLUTIONANSTEF=1SUB =1TIME=1NODAL SOLUTIONANSTEF=1SUB =1TIME=1File : D: FileR.ec.vyuanpan.x_tJAN 11 201523:24:41Command (P0ST1)| mat=l| type=2| real=l| csys=O| secn = l图10应力云图图11应变云图4有限元静力分析根据计算结果，统计数据如表1所示:表1：应力和应变极值类型