厚壁圆筒有限元分析报告.docx

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厚壁圆筒有限元分析报告

有限元与CAE分析报告

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平面问题的厚壁圆筒问题

一、问题提出

如图所示为一厚壁圆筒，其内半径为r1=50mm,外半径为r2=100mm,作用在内孔上的压力p=10Mpa,无轴向压力，轴向长度很长可视为无穷，要求对其进行结构静力分析，并计算厚壁圆筒径向应力和切向应力沿半径r方向的分布。

弹性模量E=200Gpa,泊松比μ=0.3。

图1厚壁圆筒

二、建模步骤

1定义工作文件名

依次单击UtilityMenu>File>ChangeJobname，在文本框中输入：

1245523229，在“NewLoganderrorfiles”处选中“yes”，单击“OK”。

2定义工作标题

依次单击UtilityMenu>File>ChangeTitle，在文本框中输入：

1245523229，单击“OK”。

依次单击Plot>Replot,

3定义单元类型

1）依次单击MainMenu>Prefrences，选中“Structural”，单击“OK”。

2）依次单击MainMenu>Preprocessor>Elementtype>Add/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，出现一个“LibraryofElementType”对话框，。

在“LibraryofElementType”左面的列表栏中选择“StructuralSolid”，在右面的列表栏中选择“Quard4node182”，单击“OK”。

2）单击对话框中的“Options”，在弹出的单元属性对话框中，选择K3关键字elementbehavior为“Planestrain”,再单击“Close”，完成单元的设置。

3定义实常数

依次单击MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,出现对话框defineelementconstantsets，点击“set1”，单击“Add”；出现对话框chooseelementtype，点击“Type1Plane182”，出现RealConstantSetNumber1forPlane182对话框，在“Thickness”中输入1，单击“OK”，再单击“Close”，完成厚度实常数的设置。

4设置材料属性

依次单击MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModes，出现“DefineMaterialModelBehavior”对话框，在“MaterialModelAvailable”下面的对话框中，双击打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”,出现对话框，输入弹性模量EX＝2e5，泊松比PRXY＝0.3，单击“OK”，单击“Material>Exit”。

5建立几何模型

1）创建矩形面

拾取菜单MainMenu>Preprocessor>Molding>Create>Areas>Rectangle>ByDimensions。

弹出如下图所示的对话框，在“X1,X2”文本框中输入0,40，在“Y1,Y2”文本框中输入0,40，单击OK。

2）创建圆形面

拾取菜单MainMenu>Preprocessor>Molding>Create>Areas>Circle>SolidCircle。

弹出如下图所示的对话框，在“WPX”、“WPY”、“Radius”文本框中输入0,0,10，单击OK。

3）布尔运算，形成带孔方板

拾取菜单MainMenu>Preprocessor>Molding>Operate>Booleans>Subtract>Areas。

弹出拾取窗口，拾取矩形面，单击OK，再次弹出拾取窗口，拾取圆形面，单击OK。

4）合并相同几何特征，压缩编号

拾取菜单MainMenu>Preprocessor>NumberingControls，选择MergeItems，在弹出菜单中，[NUMMRG]区域“lab”下拉列表中选择all，单击OK；拾取菜单MainMenu>Preprocessor>CompressNumbers，在弹出菜单中，[NUMCMP]区域“lab”下拉列表中选择all，单击OK。

6划分单元

1）拾取菜单MainMenu>Mesh>MeshTool。

弹出对话框，点击sizecontrols部分中中lines的set，点击图形窗口中的圆弧边，弹出如下图所示的对话框，在NDIV选项中输入10，单击OK。

按照同样的方法选择其他各边，在NDIV选项中输入5。

2）在Meshtool中，将Mesh部分中的shape选择为“Quard”、“Mapped”，在下拉菜单中，选择“Pickcorners”，在弹出菜单中首先选中整个面，点击OK，然后在弹出菜单中按照如下图的顺序选择四个关键点，再次点击OK。

划分出所示的规则映射网格。

7施加载荷和边界条件

1）拾取菜单UtilityMenu>Select>Entities。

弹出selectentities对话框，选择实体类型为Node，选择创建选择集的方法为“ByLocation”，选中“Xcoordinates”，在“Min，Max”文本框中输入0，选中“FromFull”，单击OK按钮。

2）拾取菜单MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Onnodes，弹出拾取窗口，拾取“PickAll”，弹出ApplyU,ROTonnodes对话框，在列表中选择“UX”，单击OK。

3）按照同样方式，拾取菜单UtilityMenu>Select>Entities。

选择实体类型为Node，选择创建选择集的方法为“ByLocation”，选中“Ycoordinates”，在“Min，Max”文本框中输入0，选中“FromFull”，单击OK按钮。

4）拾取菜单MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Onnodes，弹出拾取窗口，拾取“PickAll”，在列表中选择“UY”，单击OK。

5）拾取菜单UtilityMenu>Select>Everything。

6）拾取菜单MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>Onlines，弹出拾取窗口，选择2号线，弹出如下图所示的对话框，在“Value”文本框中输入-10，点击OK按钮。

8求解模型

依次点击MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS进行求解，当提示SolutionisDone说明求解完成。

三、仿真结果分析

依次单击MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSolu，弹出对话框，在“ItemtobeContoured”栏中选择“Stress”，在其右面的栏中，选择“Sy”后，单击“OK”，这时在图形窗口处显示出平面的应力云图，如图所示。

尝试将圆弧边划分为20、40、80、160份，其他直边对应划分为10、20、40、80份，查看并记录y方向的应力，绘制出图标，得出随着网格加密，应力集中系数趋于稳定的结论。

四、学习《有限元与CAE技术》的心得体会

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