ansys工程实例2Word文件下载.docx

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二○○年月

一、问题描述……………………………………………………………..1

二、几何模型的简化和建立...…………………………………………...1

　三、建立有限元模型………...…………………………………………...3

（1）定义单元类型…………………………………………………….3

（2）定义材料属性…………………………………………………….3

（3）划分网格………………………………………………………….4

四、加载和求解………………………………………………………….4

五、后处理……………………………………………………………….5

六、结论…………………………………………………………………..9

题目名称：

某椅子的强度和刚度分析（ANSYS建模）

一、问题描述

有种椅子不是“常规”的四条腿支撑的结构，而是如图1-1：

图1-1

这样的结构较美观，且会有较大的竖向和前后方向的变形，因此比“常规”的椅子要舒适些，该结构受力是否合理，能否合理利用材料，正是本题目要分析的内容。

二、几何模型的简化和建立

椅子板上的圆角和自重对结果的影响不大，可忽略不计；

椅子腿是一个整体，可用梁单元划分网格，板可用壳单元划分网格。

这样可减少计算量、提高计算速度而不至于有大的误差。

几何模型中只需要有腿的轴线和板的中面。

建模步骤如下：

（1）MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS...在对话框中输入椅子腿的关键点坐标1（0,0,0）;

2（0,0,;

3,0,;

4,0,;

5（0,0,;

6（0,,；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗StraightLine顺次连接以上关键点；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→↗LineFillet分别选中椅子腿需要倒角的直线，以的半径倒圆角；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Reflect→↗Lines将全部线段关于X-Z平面镜像,至此椅子腿的轴线生成。

（2）UtilityMenu→WorkPlane→OffsetWPto→Keypoints+将工作平面移至关键点1,MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→↗OnWorkingPlane在对话框中输入椅子靠背上的关键点坐标,,0）;

,

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Arcs→↗Through3KPs分别拾取3个关键点以创建靠背的上、下弧线边界；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗StraightLine分别连接相关的关键点以生成椅子坐席的边界；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗ByLines分别拾取三组4条线段生成椅子靠背和坐席；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→↗Lines/↗Areas将椅子腿轴线的各段线段粘结在一起，将椅子坐席的两块面也粘结在一起；

至此，椅子的几何模型已建立，如图2-1

图2-1几何模型

三、建立有限元模型

（1）定义单元类型

MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...选择Beam189（1号）和Shell93（2号）单元；

MainMenu→Preprocessor→Sections→Beam→CommonSections...在SubType中选择空心矩形截面梁，按如下尺寸定义梁截面:

W1=;

W2=;

t1=;

t2=;

t3=;

t4=,将精细度定为4；

MainMenu→Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete...添加1组实常数，选择shell93单元，将TK（I）;

TK（J）;

TK（K）;

TK（L）均设置为；

（2）定义材料属性

MainMenu→MaterialProps→MaterialModels...依次选择Structural→Linear→Elastic→Isotropic建立材料模型，这里定义典型的碳素钢和聚氯乙烯工程塑料分别作为椅子腿和板的材料。

1号材料EX=210E9;

PRXY=作为碳素钢钢；

2号材料EX=;

PRXY=作为聚氯乙烯；

（3）划分网格

MainMenu→Preporcessor→Meshing→MeshTool...在ElementAttributes中设置椅子板的材料号为2，单元号为2，实常数号为1；

椅子腿的材料号为1，单元号为1；

在SizeControl中将椅子板上单元尺寸定为；

在Mesh中选择Areas，Shape设置为Quad→Mapped→3or4sided,对椅子靠背和坐席进行映射网格划分；

选择Lines,直接对椅子腿轴线剖分网格；

UtilityMenu→PlotCtrls→Style→SizeandShape...选中[/ESHAPE]以显示单元形状；

至此网格划分已完成，网格如图3-1。

图3-1有限元模型

四、加载和求解

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→↗OnLines拾取椅子腿轴线与地面接触的部分，限制AllDOF为0；

MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→PressureMainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→↗OnAreas拾取椅子坐席中的平面部分，施加-5000的压力；

拾取椅子靠背，施加1500的压力（此处取正值时为压）；

这里模拟的是约65Kg体重的人双脚完全悬空坐于椅子上并以较大的力靠于靠背上的情形。

MainMenu→Solution→AnalysisType→Sol’nControls...在Sol’nOption选项卡中选择PCG求解器;

MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS求解。

五、后处理

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu...选择DOFSolution→Z-ComponentofDisplacement绘制竖向位移云图，如图5-1，同样的方法绘制前后方向位移图，如图5-2；

UtilityMenu→Select→Entities...选择Lines;

ByNum/Pick,拾取椅子腿对称的一半；

然后选择Elements;

AttachedtoLines,选择已拾取椅子腿上的单元；

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu...选择Stress→VonMises绘制Mises等效应力图，如图5-3；

UtilityMenu→Select→Entities选择Areas;

ByNum/Pick;

拾取椅子靠背和坐席，然后选择Elements;

AttachedtoAreas选择板上的单元；

MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu...选择Stress→1stPrincipleStress绘制第一主应力图，如图5-4；

UtilityMenu→Select→Entities...选择Lines;

MainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable...单击“Add”，在Item中选择Bysequencenum→SMISC，分别添加item为SMISC2;

SMISC15;

SMISC1;

SMISC14四组单元列表，然后MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→LineElemRes...分别设置LabI、LabJ为SMISC1、SIMSC14,缩放系数Fact设置为1，绘制轴力图，如图5-5；

同样的方法，分别设置LabI、LabJ为SMISC2、SMISC15，缩放系数Fact设置为50，绘制关于Y轴的弯矩图，如图5-6。

后处理完成。

图5-1竖向位移图

图5-2前后方向位移图

图5-3椅子腿的Mises应力图

图5-4坐席和靠背中的第一主应力

图5-5椅子腿的轴力图

图5-6椅子腿关于Y轴的弯矩图

六、结论

（1）本次分析的正确性：

本问题为对称结构承受对称载荷，响应应有对称性，从图5-1、图5-2和图5-4可以看出，位移和应力的解都是对称的，符合推断；

图5-5和图5-6的内力图中，轴力和弯矩在正负和数值上的分布都符合直观判断（如弯矩的抛物线形和线性分布）。

故可以定性地确定本次分析的解是正确的；

（2）椅子强度的讨论：

椅子腿的材料是碳素钢，适用Mises强度条件，从图5-3中可看到最大Mises等效应力发生在接近地面的弯角处，大小为，远低于碳素钢的典型屈服应力230MPa；

坐席和靠背的材料是聚氯乙烯，应该考虑抗拉强度，从图5-4中可看到最大的第一主应力为18MPa,远低于抗拉强度50MPa。

故椅子在本问题中的载荷（65Kg体重的人双脚离地坐于坐席上，并用较大的力靠于靠背）下能够满足强度要求，且还有很大的承载潜力（约2倍于现有载荷）；

（3）椅子变形的讨论：

从图5-1和图5-2中可看到，椅子坐席和靠背的竖向位移和前后方向位移最大分别达到了10mm和7mm，而椅子腿的竖向位移和前后方向位移最大都在2-3mm,也就是说椅子有一些“软”，应该是比较舒适的。

综上所述，该椅子能够满足强度的要求，对材料的利用较充分，也产生了较大的竖向和前后方向的变形，满足了一定的舒适性要求。

在用于满足一般体重人的需求时，还可改进如下：

适当减小椅子腿的截面积和壁厚，并倒圆棱线，这样可节省碳素钢的使用，而且加大了椅子腿的变形，可以协调与聚氯乙烯坐席和靠背的变形。