机械结构有限元分析课程作业

1、机械结构有限元分析课程评阅人评定成绩大 作 业机械工程学院 图1题目一. 设一平面桁架结构,如图所示1所示，由7根钢管铰接而成，每根钢管长度均为1000mm，桁架两端为固定支承，每根钢管的横载面均为外径150mm，内径110mm。已知钢管材料的弹性模量E=2.1105N/mm2, 许用应力=180MPa, 载荷F1=30000N, F2=20000N试校核各杆强度。解：1.操作主菜单中的PreprocessorModelingCreateKeypointsin Active CS命令，弹出对话框,在“Keypoint number”栏中输入用户自定义的编号，在 “X,Y,Z location

2、in actibe CS”栏中输入各点坐标值， 每一关键点坐标完成后，点“Apply”命令，所有关键点建立完成后，点击“OK”命令。1（0,0） 2（500,866） 3（1000,0） 4（1500,866） 5（2000,0）2创建直线：操作主菜单中的Preprocessor ModelingCreateLinesStraight Line命令，弹出对话框，用光标依次点1，2；2，3；3，1；3,4；4,5；5,3；完成后点“OK”，屏幕上会出现桁架杆图形。3定义单元类型 操作主菜单中的PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,弹出对话框，点击“Add

3、”，弹出“Library of Element Types”对话框，选“Link-2D spar 1”单元4. 材料性质的选择 操作主菜单中的PreprocessorMaterial PropsMateria Models, 弹出对话框。双击StructuralLinearElasticisotropic ，在弹出的对话框中，在EX一栏中输出弹性模量E=2.1105N/mm2,PRXY为泊松比05 元参数的确定 在定义单元类型后，还要输入单元的一些参数。操作主菜单中的PreprocessorReal ConstantAdd/Edit/Delete,弹出“Real Constants”对话框。点

4、击“Add”，出现“Element Type for Constants”对话框, 选择LINK1单元类型，点“OK”，弹出对话框，在AREA框中输入8164(mm*mm), 点“OK”。6. 网络尺寸的定义与单元网格的划分（1）操作主菜单中的PreprocessorMeshingSize CntrlsManual SizeLinesAll lines,弹出对话框，在对话框NDIV项中输入单元数目，每条直线代表一根杆，每根杆就是一个单元。（2） 操作主菜单中的PreprocessorMeshingMeshLines,弹出对话框, 单击“Pick All”7. 施加位移约束和载荷 （1） 操作主

5、菜单中的SolutionDefine LoadsApplyStructual DisplacementOn Keypoints 弹出对话框。用光标点击关键点1，点“OK ” ,弹出对话框，选“All DOF” ，用光标点击关键点5，点“OK ” ,弹出对话框，选“All DOF” 。（2）操作主菜单中SolutionDefine LoadsApplyStructual Force/MomentOn Keypoints 弹出对话框。用光标点击关键点3，点“Apply ”，选择“FY”，输入值-30000，再点点4，点“Apply”，选择“FX”，输入值20000； 8. 求解 操作主菜单中的So

6、lutionSolveCurrent LS,弹出对话框, 点“OK ”，屏幕上会弹出“Solution is done!”对话框，表示计算结果完成。9. 结果后处理用户已经完成了对结构静力分析的主要步骤，接下来可以通过Main MenuGeneral Postproc等命令直接观察桁架杆的内力图，变形图，以及各支座所受的反力和各杆件的图示为桁架杆内力云图图示为桁架杆内力值图 二、作业题目 有一支座,如下图所示所示（铸造），底板上有四个直径为14mm的圆孔，其圆面受到全约束，已知材料的弹性模量E=1.7105N/mm2，泊松比=0.3，许用应力=150MPa，右端60的孔端面（A-B）受到水平向

7、左的分布力作用，分布力的合力大小为10000N，试分析支座内部的应力分布，并校核强度。（本题目用Ansys建模求建，要求写出每一步的操作及结果）二、建立几何模型1. 以左下角、前面的点作为原点, 建底座板Main Menu PreprocessorModeling CreateVolumes BlockBy 2 corners & z,弹出对话框, 输入数据, “OK”。 WP X=0 WP Y=0 Width=140 Height=140 Depth=25 2. 建立底板上4个14的圆孔 Main MenuProprocessorModelingCreateVolumesCylinderSo

8、lidCylinder 弹出对话框，输入坐标值，“OK”。 圆1 圆2 圆3 圆4 WP X3011011030 WP Y3030110110 Radius 7 7 7 7 Depth25252525 3.减去4个14的圆柱，生成圆孔Main MenuProprocessor ModelingOperateBooleans Subtract Volumes 弹出对话框中后，用光标先点基体(即总体，此时总体颜色变红），点“OK”，再点4个要减去的圆，再点“OK”。 4.建立十字形肋板先计算出十字形肋板上下16个顶点坐标，在ansys中显示上面模型关键点编号，创建关键点。显示关键点编号： Main

9、 MenuPlotCtrlsNumbering Keypoint numbersMain MenuPlotKeypoints Keypoints 十字形肋板上下16个顶点坐标：点号XYZ41600254280025431406025441408025458014025466014025470802548060254960201805080201805195.7143601805295.714380180538012018054601201805544.2875801805644.287560180 创建关键点：Main MenuPreprocessorModeling CreateKeypoi

10、nts in Active CS, 弹出下示对话框, 输入坐标值(点的顺序按上表中数值)。 用关键点建立十字形肋板：第一块板Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumes ArbitraryThrough KPs, 弹出下示对话框，在List of Items框中输入关键点（顺序:41,42,45,46,49,50,53,54）“OK”。 第二块板Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumes ArbitraryThrough KPs, 弹出下示对话框，在List of Items框中输入关键点（顺序:43,44,47

11、,48,51,52,55,56）“OK”。 5.创建上部圆柱体关键点列表： 点号XYZ572070180582070230591207023060120701806120702106240702106340701806440702006510070200661007021067120702106810070180 创建关键点：Main MenuPreprocessorModeling CreateKeypoints in Active CS 弹出对话框, 输入坐标值(点的顺序按上表中数值)。创建围绕轴旋转成实体用的平面： Main MenuPreprocessorModeling Create

12、Areas ArbitraryThrough KPs 弹出右图对话框，输入关键点编号， （顺序：57,58,59,60,57） “OK”。 创建圆柱体： 用上面创建好的面围绕轴旋转，得到肋板上的圆柱体 Main MenuPreprocessorModeling OperateExtrudeAreasAbout Axis用鼠标选取要用的面（选中后面变红色），“OK”，再选取旋转轴上的两个关键点，（如下图1所示）“OK”，弹出对话框“Sweep Areas aboutAxis”（如下图2所示），“OK”。生产好的实体如下图3所示。 图1 图2 图36.将底板、肋板、圆柱体组全成整体Main Men

13、uProprocessor ModelingOperateBooleans Add Volumes 弹出对话框中后，Pick All（或用光标点各部分), ”OK“。7.挖去台阶孔创建围绕轴旋转成实体用的左侧平面： Main MenuPreprocessorModeling CreateAreas ArbitraryThrough KPs 弹出对话框，输入关键点编号，（顺序：57,61,62,63,57） “OK”。用上面创建好的面围绕轴旋转，得到左侧60圆柱体： Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAbout Axis用鼠标选取要用

14、的面（选中后面变红色），“OK”，再选取旋转轴上的两个关键点（或输入关键点的编号），“OK”，弹出对话框“Sweep Areas about Axis”，“OK”。同理，创建围绕轴旋转成实体用的右侧平面，关键点编号顺序为：68,66,67,60,68 ，再用创建好的面围绕轴旋转，得到右侧60圆柱体。 图4挖去创建好的两个圆柱体（60）：Main MenuProprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes 弹出对话框中后，用光标先点基体(即总体，此时总体颜色变红），点“OK”，再点要减去的圆柱体，再点“OK”。 挖去60大孔后支座形状如图5， 图

15、5挖去40小孔： 创建围绕中心轴旋转成实体用的平面： Main MenuPreprocessorModeling CreateAreas ArbitraryThrough KPs 弹出对话框，输入关键点编号，（顺序：63,64,65,68,63）， “OK”。 用上面创建好的面围绕轴旋转，得到40圆柱体： Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAbout Axis用鼠标选取要用的面（选中后面变红色），“OK”，再选取旋转轴上的两个关键点（或输入关键点的编号），“OK”，弹出对话框“Sweep Areas about Axis”，“OK”

16、。 挖去创建好的两个圆柱体（40）：Main MenuProprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes 弹出对话框中后，用光标先点基体(即总体，此时总体颜色变红），点“OK”，再点要减去的圆柱体，再点“OK”。 图6三、 定义单元类型及其常数1.定义单元类型 Main MenuProprocessorElement Type Add/Edit/Delete 弹出对话框中后，点“Add”，弹出对话框，选“Solid”和“10node 92”,点“OK”，退回到前一个对话框。 2. 设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Optio

17、ns”K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力)K6处选：No extra output. 如下图所示。 3.定义材料属性 Main MenuProprocessorMaterial PropsMaterial Models. 弹出对话框，双击StructuralLinerElasticIsotropic 输入： 弹性模量E=1.7105N/mm2 泊松比 =0.3 4、 划分网格采用MeshTool划分网格：Main MenuProprocessorMeshingMeshTool，弹出对话框，选中Smart Size，将游块向左移动，至单元长度为3,点击“Mesh”，弹

18、出对话框，选择“Pick All”。 5、 加载和求解. 定义分析类型 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis, 选择Static2. 定义位移约束显示面积编号： Main MenuPlotCtrlsNumbering Area numbersMain MenuPlotAreas 在底板上4个14圆孔的表面上施加约束：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas在弹出对话框中，输入底板上4个14圆孔的面积编号：9,10,13,14,17,18,21,22 施加约束后3. 加载荷Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Aeras, 弹出下面的对话框, 点压强作用面（右端60孔的端面）. 点“OK”,弹出对话框后,输入压强值P,点“OK”。 4. 求解 Main Menu Solution Solve Current LS6、 后处理查看应力分