有限元分析大作业.docx
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有限元分析大作业
有限元分析大作业
《有限元分析》大作业基本要求:
1.以小组为单位完成有限元分析计算,并将计算结果上交;
2.以小组为单位撰写计算分析报告;
3.按下列模板格式完成分析报告;
4.计算结果要求提交电子版,一个算例对应一个文件夹,报告要求提交电子版和纸质版。
《有限元分析》大作业
小组成员:
储成峰李凡张晓东朱臻极高彬月
Jobname:
banshou
完成日期:
2016-11-22
一、问题描述
(要求:
应结合图对问题进行详细描述,同时应清楚阐述所研究问题的受力状况和约束情况。
图应清楚、明晰,且有必要的尺寸数据。
)
如图所示,为一内六角螺栓扳手,其轴线形状和尺寸如图,横截面为一外接圆半径为0.01m的正六边形,拧紧力F为600N,计算扳手拧紧时的应力分布。
图3单元类型
扳手截面为六边形,采用4节点182单元,182单元可用来对固体结构进行二维建模。
182单元可以当作一个平面单元,或者一个轴对称单元。
它由4个结点组成,每个结点有2个自由度,分别在x,y方向。
扳手为规则三维实体,选择8节点185单元,它由8个节点组成,每个节点有3个自由度,分别在x,y,z方向。
3.2实常数
(要求:
给出实常数的具体数值,如无需定义实常数,需明确指出对于本问题选择的单元类型,无需定义实常数。
)
因为该单元类型无实常数,所以无需定义实常数
3.3材料模型
(要求:
指出选择的材料模型,包括必要的参数数据。
)
对于三维结构静力学,应力主要满足广义虎克定律,因此对应ANSYS中的线性,弹性,各项同性,弹性模量EX:
2e11Pa,泊松比PRXY=0.3
3.4几何建模
由于扳手结构比较简单,所以可以直接在ANSYS软件上直接建模,在ANSYS建立正六边形,再创立直线,面沿线挤出体,得到扳手几何模型
图4几何建模
3.5网格划分方案
(要求:
指出网格划分方法,网格控制参数,最终生成的单元总数和节点总数,此外还应附上最终划分好的网格截图。
)
图5网格划分
设定截面每条边线分割份数为3,单元边长为0.01,采用映射的划分单元方法
最大节点数为2145,单元总数为1000,网格划分如图4所示
3.5载荷及边界条件处理
(要求:
指出约束条件和载荷条件。
)
F=600N
固支约束
图6载荷及边界条件
四、计算结果及结果分析
(要求:
此处包括位移分析、应力分析、支反力分析等,应附上相应截图及数据,此外还应对正确性进行分析评判。
)
。
变形图:
如图7所示,根据材料力学相关分析初步判断,扳手手柄朝力的方向一定的弯曲变形。
图7变形图
位移分析:
如图8所示,扳手手柄向力的方向位移,位移最大在手柄处节点,最大位移:
0.514E-03m
图8位移图
应力分析:
如图9所示,根据材料力学分析,应力主要集中在扳手的弯角处,最大应力:
0.146E+09Pa
图9应力图
附件1:
小组成员工作说明
(要求:
明确说明小组各个成员在本次大作业中所做的工作,工作内容将作为口试提问的依据之一,同时也作为成绩评定的依据之一。
需注意,附件1的撰写应由小组成员共同完成。
)
储成峰:
启动ANSYS程序,定义分析类型,单元类型。
张晓东:
材料属性,创建几何模型,划分网格。
朱臻极:
添加约束,添加载荷。
李凡:
处理变形图,应力图,位移图。
高彬月:
计算结果及结果分析,文档的整理。
附件2:
详细的计算过程说明(按照上机指导的格式撰写)
1.启动ANSYS程序
开始——所有程序——ANSYSED——ANSYSProductLauncher——SimulationEnvironment下拉框中选择ANSYSED,Product下拉框中选ANSYSED;FileManagement选项卡:
设置WorkingDirectory和JobName命名为banshou——Run。
2.设定分析类型
MainMenu——Preferences——Structural——OK。
3.定义单元类型
MainMenu——Preprocessor——ElementType——Add——StructuralSolid,Quad4Node182——Apply—Brick8node185--OK。
4.定义材料属性
MainMenu——Preprocessor——MaterialProps——MaterialModels——Structural——Linear——Elastic——Isotropic——EX=2e11,PRXY=0.3.
5.创建正六边形
拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—areas—polygon—hexagon,在wpx,wpy,radius文本框中分别输入0,0,0.01。
6.改变视点
拾取菜单uilitymenu—plotctrls—panzoomrotate,单击iso,fit。
7.显示关键点,线号
拾取菜单uilitymenu—plotctrls—numbering,把关键点和线号打开,单击ok。
8.创建关键点
拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—keypoints—inactivecs,在npt输入7,x,y,z,输入0,0,0,单击apply,在npt中输入8,x,y,z,输入0,0,0.05,在npt中输入9,x,y,z,输入0,0.1,0.05,单击ok。
9.创建直线
拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—lines—lines—straightline,选取关键点7,8和8,9创建两条直线。
10.创建圆角
拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—lines—linesfillet,拾取直线7,8单击ok,在rad输入0.015
11.创建直线
拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—lines—lines—straightline,选取关键点1,4,创建直线。
12.将六边形划分为两部分
拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—operate—Booleans—divide—areabyline,分别拾取六边形面和1,4间的直线。
13,划分单元
拾取菜单mainmenu—preprocessor—meshing—meshtool,单击sizecontrols的lines后的set,拾取直线2,3,4,单击ok,在NDIV文本框中输入3,单击apply,再次拾取直线7,9,8单击ok,删除NDIV文本框中的3,在SIZE文本框中输入0.01,单击ok,在mesh区域中选择单元形状为quad,选择划分单元的方法为mapped,单击mesh,弹出拾取窗口,拾取六边形面的两部分,单击ok
14,由面沿直线挤出体
拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—operate—extrude—areas—alonglines,分别拾取六边形面的两部分和直线7,9,8
15,清除面单元
拾取菜单mainmenu—preprocessor—meshing—clear—areas,拾取z=0的两个面,点击ok
16.施加约束
拾取菜单mainmenu—solution—defineloads—apply—structural—displacement—onareas,弹出拾取窗口,拾取z=0的两个平面,单击‘ok’,在列表中选择“ALLDOF”单击“ok”
拾取菜单mainmenu—solution—defineloads—apply—structural—force/moment—onkeypoints,弹出拾取窗口,拾取扳手长臂端面的六个顶点,单击ok,选择lab为fx,在value文本框中输入100,单击ok。
17,求解
拾取菜单mainmenu—solution—solve—currentls—点击solvecurrentloadstep中的ok,出现solutionisok,可以查看结果
18,后处理
(1)变形图
Mainmenu——GeneralPostproc——PlotResult——deformedshape
(2)应力图
Mainmenu——GeneralPostproc——PlotResult——contourplot——Nodalsolution——vonmisesstress
(3)位移图
MainMenu→GeneralPostproc→ ContourResults→NodalSolution→(ContourNodalSolutionData对话框)DOFSolution→Displacement vector sum→ OK。