算例2.docx

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算例2

算例2:

薄板圆孔问题的应力分析

目的：

初步掌握如何使用ANSYS分析平面应力问题。

问题描述：

如图2.1所示为一承受内压的薄板，在其中心位置有一个小圆孔，具体的结构尺寸可参考图2.1。

相应的材料属性为：

弹性模量E=2e11Pa，泊松比为0.3。

拉伸载荷为：

q=3000Pa。

板料厚度为：

t=0.01mm。

分析：

通过简单的力学分析，该问题属于平面应力问题，又考虑到板料结构与载荷的对称性，所以只需分析其中的1/4即可，如图2.2所示。

图2.1板料结构示意图图2.21/4板结构有限元分析示意图

ANSYS仿真计算过程

1．前处理

（1）定义工作标题：

Utilitymenu>File>ChangeTitle，弹出如图2.3所示的ChangeTitle对话框，在Enternewtitle后面输入Plate，点击OK按钮。

图2.3定义工作标题对话框

（2）重新显示：

UtilityMenu>Plot>Replot。

（3）生成一矩形面：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>ByDimensions，弹出图2.4所示的CreateRectanglebyDimensions对话框，在坐标输入栏中依次输入X1=0，X2=10；Y1=0，Y2=10,如图2.4所示。

点击OK按钮。

图2.4生成矩形面的对话框

（4）生成一个小圆孔：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle〉SolidCircle，弹出如图2.5所示的SolidCircleArea对话框，在WPX后面的输入栏中输入0，在WPY后面的输入栏中输入0，在Radius后面的输入栏中输入5，点击OK按钮，生成的结果如图2.6所示。

图2.5生成圆面控制框图2.6生成的圆面和矩形面的结果显示

（5）打开面编号控制：

Utilitymenu>PlotCtrls>Numbering,弹出如图2.7所示的PlotNumberingControls对话框，单击AREAAreanumbers后面的单选按钮使其显示为On，点击OK按钮。

图2.7面编号控制对话框

（6）进行布尔操作：

MainMenu>Preprocessor>modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas,弹出一个如图2.8所示的拾取框，在图形上拾取编号为A1的面，单击OK按钮，然后在拾取编号为A2的圆面，单击OK按钮。

图2.8布尔操作拾取框

（7）编号压缩设置：

MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>CompressNumbers，弹出如图2.9所示的CompressNumbers对话框，在LabelItemtobecompressed后面的下拉式菜单中选择All，单击OK按钮。

图2.9编号压缩对话框

（8）重新显示：

UtilityMenu>Plot>Replot，生成的结果如图2.10所示。

图2.10进行布尔相减操作后的结果显示

（9）保存几何模型：

单击工具栏上的Save_DB按钮。

（10）选择单元类型：

MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete.弹出ElementType对话框，点击Add按钮跳出如图2.11所示的LibraryofElementTypes对话框，在选择框中分别选择StructuralSolid和Quad8node82，单击OK按钮，然后单击Close按钮。

图2.11选择单元类型对话框

（11）定义单元材料属性：

MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels,弹出如图2.12所示的DefineMaterialModelBehavior对话框，在MaterialModelAvailable下面的选择栏中，双击选中Structural>Linear>Elastic>Isotropic，又跳出LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框，在EX后面的输入框中输入2e11，在PRXY后面的输入框中输入0.3，单击OK按钮，然后单击菜单栏上的Material>Exit选项，完成材料属性的设置。

图2.12定义材料属性对话框

（12）设置网格的尺寸大小：

MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Global>Size，弹出一个如图2.13所示的GlobalElementSizes对话框，在SizeElementedgelength后面的输入框中输入0.5，单击OK按钮。

图2.13设置单元尺寸大小的对话框

（13）打开关键点编号控制：

Utilitymenu>PlotCtrls>Numbering，弹出如图2.7所示的PlotNumberingControls对话框，单击KPkeypointnumbers后面的单选按钮使其显示为On，点击OK按钮。

（14）网格划分：

MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，弹出如图2.14所示的MeshTool对话框，在Shape后面的单选按钮中分别选中Quad和Mapped，在其下拉式选择框中选中Pickcorners，单击Mesh按钮，又弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为A1的面，单击OK按钮，再次弹出一个拾取框，在图形上依次拾取编号为3、5、4、1的关键点，单击OK按钮，则生成的网格如图2.15所示。

图2.14网格划分工具栏图2.15生成的单元网格结果显示

2．求解

（1）打开线编号显示：

Utilitymenu>PlotCtrls>Numbering，弹出如图2.7所示的PlotNumberingControls对话框，单击LINELinenumbers后面的单选按钮使其显示为On，单击OK按钮。

（2）施加约束条件：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines，弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为L5的线，单击Apply按钮，弹出如图2.16所示的ApplyU，ROTonLines对话框，在DOFStobeConstrained后面选择栏中选择UX项，单击对话框上的Apply按钮；然后又弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为L4的线，单击OK按钮，又弹出如图2.16所示的对话框，在DOFStobeConstrained后面选择栏中选择UY项，单击OK按钮。

图2.16施加边界条件的对话框

（3）施加载荷：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnLines，弹出一个拾取框，在图形上拾取编号为L3的线，单击OK按钮，又弹出如图2.17所示的ApplyPRESonlines对话框，在LoadPRESvalue后面的输入栏中输入3000，单击OK按钮，则生成的结果如图2.18所示。

图2.17施加载荷的对话框

图2.18施加载荷的结果显示

（4）求解：

MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS，弹出一个信息提示框和对话框。

单击对话框上的OK按钮，开始求解，当出现Solutionisdone的信息提示框时，单击Close按钮，完成求解。

（5）保存分析结果。

3．后处理

（1）位移云图显示：

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu,弹出如图2.19所示的ContourNodalSolutionData对话框，在Item，CompItemtobecontoured后面的左栏中选择DOFSolution，在右边的选择栏中选中TranslationUSUM，在KUNDItemtobePlotted后面的单选按钮处选中Def+Undeformed，单击OK按钮，生成的结果如图2.20所示。

图2.19列出节点结果选项对话框

图2.20位移云图的结果显示

（2）列表节点的应力分量：

MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution，弹出如图2.21所示的ListNodalSolution对话框，在Itemtobelisted后面的选择栏中选择Stress，在其右边的栏中选择ComponentsSCOMP，单击OK按钮，这时每个单元节点的6个应力分量将以列表的方式显示出来，如图2.22所示。

单击列表窗口上的File>Savesas选项，将结果保存在一个文本文件中。

图2.21列出节点结果选项对话框

图2.22单元节点的6个应力分量的结果显示

（3）浏览节点上的VonMises应力值：

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu,弹出如图2.23所示的ContourNodalSolutionData对话框，在Item，CompItemtobecontoured后面的左栏中选择Stress，在右边栏中选择VonMisesSEQV，单击OK按钮，生成的结果如图2.24所示。

图2.23节点应力云图设置对话框

图2.24节点的Von-Mise应力云图显示

（4）设置扩展模式：

Utilitymenu>PlotCtrls>Style>SymmetryExpansion>periodic/CyclicSymmetryExpansion,弹出如图2.25所示的periodic/CyclicSymmetryExpansion对话框，单击1/4DihedralSym，单击OK按钮，生成的结果如图2.26所示。

图2.25设置扩展模式对话框

图2.26扩展生成的结果显示

（5）以等值线方式显示：

Utilitymenu>PlotCtrls>DeviceOptions，弹出一个如图2.27所示的DeviceOptions对话框，单击Vectormode（wireframe）后面的复选框，使其处于On，单击OK按钮，则生成的结果如图2.28所示。

图2.27选择等值线显示控制对话框

图2.28Mises应力等值线的结果显示