平面应力问题分析实例.docx

平面应力问题分析实例.docx

《平面应力问题分析实例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平面应力问题分析实例.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

平面应力问题分析实例

平面应力问题分析实例详解—带孔薄板两端承受均布载荷

1问题描述

图所示为一中心带有圆孔的薄板承载示意图，薄板平均厚度为0.2mm，两端承受均布载荷P=1000Pa，求内部的应力场分布。

（薄板材料弹性模量为220GPa，泊松比为0.3）

3.2问题分析

对于涉及薄板的结构问题，若只承受薄板长度和宽度方向所构成的平面上的载荷时（厚度方向无载荷），一般沿薄板厚度方向上的应力变化可不予考虑，即该问题可简化为平面应力问题（将单元关键字设置为平面应力属性）。

根据平板结构的对称性，选择整体结构的1/4建立几何模型，进行分析求解。

如果无法判断某一问题是否为平面应力问题，则需选择SOLID实体单元建立空间模型，施加载荷和相应的边界条件进行求解。

3.3求解步骤

1．定义工作文件名和工作标题

1）选择UtilityMenu︱File︱ChangeJobname命令，出现ChangeJobname对话框，在［/FILNAM］Enternewjobname文本框中输入工作文件名EXERCISE1，并将Newloganderrorfiles设置为Yes，如图3.2所示，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择UtilityMenu︱File︱ChangeTitle命令，出现ChangeTitle对话框，在[/TITLE]Enternewtitle文本框中输入ANALYSISOFPLATESTRESSWITHSMALLCIRCLE，如图3.3所示，单击OK按钮关闭该对话框。

2．定义单元类型

1）选择MainMenu︱Preprocessor︱ElementType︱Add/Edit/Delete命令，出现ElementTypes对话框，单击Add按钮，出现LibraryofElementTypes对话框。

在LibraryofElementTypes列表框中选择Solid，8node82，在Elementtypereferencenumber文本框中输入1，如图3.4所示，单击OK按钮关闭该对话框。

2）单击ElementTypes对话框上的Close按钮，关闭该对话框。

3．定义材料性能参数

1）选择MainMenu︱Preprocessor︱MaterialProps︱MaterialModels命令，出现DefineMaterialModelBehavior对话框。

2）在MaterialModelsAvailable一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项（如图3.5所示），出现LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框，在EX文本框中输入2.2E11，在PRXY文本框中输入0.3，如图3.6所示，单击OK按钮关闭该对话框。

3）在DefineMaterialModelBehavior对话框上选择Material︱Exit命令，关闭该对话框。

4．创建几何模型、划分网格

1）选择MainMenu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Rectangle︱ByDimensions命令，出现CreateRectanglebyDimensions对话框，在X1,X2X-coordinates文本框中输入0，0.025，在Y1,Y2Y-coordinates文本框中输入0，0.015，如图3.7所示，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择MainMenu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Circle︱ByDimensions命令，出现CircularAreabyDimensions对话框，在RAD1Outerradius文本框中输入0.005，在RAD2Optionalinnerradius文本框中输入0，在THETA1Startingangle（cegress）文本框中输入0，在THETA2Endingangle（degrees）文本框中输入90，如图3.8所示，单击OK按钮关闭该对话框。

3）选择UtilityMenu︱PlotCtrls︱Numbering命令，出现PlotNumberingControls对话框，选中AREAAreanumbers选项，使其状态从Off变为On，其余选项均采用默认设置，如图3.9所示，单击OK按钮关闭该对话框。

4）选择MainMenu︱Preprocessor︱Modeling︱Operate︱Booleans︱Subtract︱Areas命令，出现SubtractAreas拾取菜单，如图3.10所示。

在文本框中输入1，单击OK按钮，在文本框中输入2，单击OK按钮关闭该拾取菜单。

5）选择MainMenu︱Preprocessor︱NumberingCtrls︱CompressNumbers命令，出现CompressNumbers对话框，在LabelItemtobecompressed下拉列表中选择All，如图3.11所示，单击OK按钮关闭该对话框。

6）选择UtilityMenu︱PlotCtrls︱Style︱Colors︱ReverseVideo命令，设置显示颜色

7）选择UtilityMenu︱File︱ChangeTitle命令，出现ChangeTitle对话框，在文本框中输入GEOMETRICMODEL，单击OK按钮关闭该对话框。

8）选择UtilityMenu︱Plot︱Areas命令，ANSYS显示窗口将显示所生成的几何模型，如图3.12所示。

9）选择UtilityMenu︱PlotCtrls︱Numbering命令，出现PlotNumberingControls对话框，选中KPKeypointnumbers选项，使其状态从Off变为On，其余选项均采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框

10）选择UtilityMenu︱Plot︱Lines命令，显示所有线段。

11）选择MainMenu︱Preprocessor︱Meshing︱Sizecntrls︱ManualSize︱Global︱Size命令，出现GlobalElementSizes对话框，在SIZEElementedgelength文本框中输入0.002，单击OK按钮关闭该对话框。

12）选择MainMenu︱Preprocessor︱Meshing︱Mesh︱Areas︱Mapped︱ByCorners命令，出现MapMeshAreaby拾取菜单，在文本框中输入1，单击OK按钮，在文本框中输入1，4，5，3，单击OK按钮关闭该拾取菜单。

13）选择UtilityMenu︱File︱ChangeTitle命令，出现ChangeTitle对话框，在文本框中输入GEOMETRICMODEL，单击OK按钮关闭该对话框。

14）选择UtilityMenu︱Plot︱Elements命令

ANSYS显示窗口将显示网格划分后的结果，如图

15）选择UtilityMenu︱File︱Saveas命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE11.db，保存上述操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。

5．加载求解

1）选择MainMenu︱Solution︱AnalysisType︱NewAnalysis命令，出现NewAnalysis对话框。

选择分析类型为Static，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择UtilityMenu︱PlotCtrls︱Numbering命令，出现PlotNumberingControls对话框，选中LINELinenumbers选项，使其状态从Off变为On，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框

3）选择UtilityMenu︱Plot︱Lines命令，显示所有线段。

4）选择UtilityMenu︱Select︱Entities命令，出现SelectEntities对话框，在第1个下拉列表中选择Lines，在第2个下拉列表中选择ByNum/pick，在第3栏中选择FromFull单选项，如图3.14所示。

单击OK按钮，出现Selectlines拾取菜单，在文本框中输入4，如图所示，单击OK按钮关闭该拾取菜单。

5）选择UtilityMenu︱Select︱Entities命令，出现SelectEntities对话框。

在第1个下拉列表中选择Nodes，在第2个下拉列表中选择Attachedto，在第3栏中选择Lines,all单选项，如图所示，单击OK按钮关闭该对话框。

6）选择MainMenu︱Solution︱DefineLoads︱Apply︱Structural︱Displacement︱OnNodes命令，出现ApplyU,ROTonN拾取菜单，单击Pickall按钮，出现ApplyU,ROTonNodes对话框。

在Lab2DOFstobecontrained列表框中选择UY，在VALUEDisplacementvalue文本框中输入0，如图所示，单击OK按钮关闭该对话框。

7）选择UtilityMenu︱Select︱Entities命令，出现SelectEntities对话框。

在第1个下拉列表中选择Lines，在第2个下拉列表中选择ByNum/pick，在第3栏中选择FromFull单选项，单击OK按钮，出现Selectlines对话框，在文本框中输入5，单击OK按钮关闭该对话框。

8）选择UtilityMenu︱Select︱Entities命令，出现SelectEntities对话框。

在第1个下拉列表中选择Nodes，在第2个下拉列表中选择Attachedto，在第3栏中选择Lines,all单选项，单击OK按钮关闭该对话框。

9）选择MainMenu︱Solution︱DefineLoads︱Apply︱Structural︱Displacement︱OnNodes命令，出现ApplyU,ROTonN拾取菜单，单击Pickall按钮，出现ApplyU,ROTonNodes对话框。

在Lab2DOFstobecontrained列表框中选择UX，在VALUEDisplacementvalue文本框中输入0，单击OK按钮关闭该对话框。

10）选择UtilityMenu︱Select︱Entities命令，出现SelectEntities对话框。

在第1个下拉列表中选择Lines，在第2个下拉列表中选择ByNum/pick，在第3栏中选择FromFull单选项，单击OK按钮，出现Selectlines对话框，在文本框中输入1，单击OK按钮关闭该对话框。

11）选择UtilityMenu︱Select︱Entities命令，出现SelectEntities对话框。

在第1个下拉列表中选择Nodes，在第2个下拉列表中选择Attachedto，在第3栏中选择Lines,all单选项，单击OK按钮关闭该对话框。

12）选择MainMenu︱Solution︱DefineLoads︱Apply︱Structural︱Pressure︱OnNodes命令，出现ApplyPRESonNodes拾取菜单，单击Pickall按钮，出现ApplyPRESonnodes对话框。

在VALUELoadPRESvalue文本框中输入-1000，如图3.18所示，单击OK按钮关闭该对话框。

13）选择UtilityMenu︱Select︱Everything命令。

14）选择UtilityMenu︱Plot︱Element命令，加载后的结果如图所示。

15）选择MainMenu︱Solution︱LoadStepOpts︱OutputCtrls︱SoluPrintout命令，出现SolutionPrintoutControls对话框，在ItemItemforprintoutcontrol下拉列表中选择Basicquantities，在FREQPrintfrequency选项中选择Everysubstep单选项，如图3.20所示，单击OK按钮关闭该对话框。

16）选择UtilityMenu︱File︱Saveas命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE12.db，保存上述操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。

17）选择MainMenu︱Solution︱Solve︱CurrentLS命令，出现SolveCurrentLoadStep对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。

18）求解结束时，出现Note对话框，单击Close按钮关闭该对话框。

19）选择UtilityMenu︱File︱Saveas命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE13.db，保存求解结果，单击OK按钮关闭该对话框。

6．查看求解结果

1）选择MainMenu︱GeneralPostproc︱PlotResults︱DeformedShape命令，出现PlotDeformedShape对话框，在KUNDItemstobeplotted选项中选择Def+undefedge选项，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示变形后的几何形状和未变形的轮廓，如图所示。

2）选择MainMenu︱GeneralPostproc︱PlotResults︱ContourPlot︱NodalSolu命令，出现ContourNodalSolutionData对话框，在Itemtobecontoured列表框中选择NodalSolution︱DOFSolution︱Displacementvectorsum，其余选项采用默认设置，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图所示的位移场分布等值线图。

3）选择MainMenu︱GeneralPostproc︱PlotResults︱ContourPlot︱NodalSolu命令，出现ContourNodalSolutionData对话框，在Itemtobecontoured列表框中选择NodalSolution︱Stress︱vonMisesstress，其余选项采用默认设置，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图所示的等效应力场分布等值线图。

4）选择UtilityMenu︱PlotCtrls︱Style︱SymmetryExpansion︱Periodic/CyclicSymmetry命令，出现Periodic/CyclicSymmetryExpansion对话框，在Selecttypeofcyclicsymmetry选项中选择1/4DihedralSym，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示扩展后的结果，如图所示。

5）选择UtilityMenu︱File︱Exit命令，出现ExitfromANSYS对话框，选择Quit－NoSave！

选项，单击OK按钮，关闭ANSYS。

4命令流

/FILNAME，EXERCISE1！

定义工作文件名

/TITLE，ANALYSISOFPLATESTRESSWITHSMALLCIRCLE！

定义工作标题

/PREP7！

进入前处理器

ET，1，PLANE82！

选择单元类型

MP，EX，1，2.2E11！

输入弹性模量

MP，PRXY，0.3！

输入泊松比

RECTNG，0，0.025，0，0.015！

生成矩形面

PCIRC，0.005，0，0，90！

生成圆面

/PNUM，AREA，1！

显示面编号

APLOT！

显示面

ASBA，1，2！

面相减

NUMCMP，ALL！

压缩编号

/TITLE，GEOMETRICMODEL

APLOT

/PNUM，KP，1！

显示关键点编号

LPLOT

ESIZE，0.002！

设置单元尺寸

AMAP，1，1，4，5，3！

映射网格划分

/TITLE，ELEMENTSINMODEL

EPLOT！

显示单元

FINISH

/SOLU！

进入求解器

ANTYPE，STATIC！

指定求解类型

/PNUM，LINE，1！

显示线段编号

LPLOT！

显示线段

LSEL，S，LINE，，4！

选择线段

NSLL，S，1！

选择线段上所有节点

D，ALL，UY！

施加位移载荷

LSEL，S，LINE，，5

NSLL，S，1

D，ALL，UX

LSEL，S，LINE，，1

NSLL，S，1

SF，ALL，PRES，-1000！

施加压力载荷

ALLSEL！

选择所有实体

OUTPR，BASIC，ALL！

设置输出格式

SOLVE！

开始求解计算

FINISH

/POST1！

进入后处理器

PLDISP，2！

显示变形形状和未变形轮廓

PLNSOL，U，SUM！

绘制合位移等值线图

PLNSOL，S，EQV！

绘制等效应力等值线图

/EXPAND，4，POLAR，HALF，，90

PLNSOL，S，EQV！

绘制等效应变等值线图

FINISH

/EXIT！

退出ANSYS