1、学 号16S118156学 生 类 别应用型考核结果阅卷人1算例一 带孔平板的应力分析问题描述:一个承受拉力的平板,在其中心位置有一圆孔,结构尺寸如下图所示。要求分析圆孔应力集中处的Mises应力。材料特性:弹性模量 E=210GPa,泊松比为0.3平板厚度:1mm,拉伸载荷:P=100MPa。1.1前处理该问题是一个对称问题,取右上1/4部分进行分析。设置一个(Static,General)分析步即可。草图:各向同性材料:边界条件:满足变形协调的对称边界条件。载荷为Shell edge load,进过转化得到边界载荷为100N/mm。网格-S4R单元1.2计算采用默认设置进行计算。1.3后处
2、理Mises等效应力云图,可以发现在圆孔部分应力最大。圆孔应力集中处,Mises 等效应力为247.4MPa。若采用完整模型计算,Mises等效应力云图如下所示,可以发现其和1/4模型计算结果完全一致。2算例二 大型带孔支架刚度计算题目要求:支架一端牢固地焊接在一个大型结构上,支架的圆孔穿过一个相对较软的杆件,圆孔和杆件用螺纹连接。材料的弹性模量为210GPa,泊松比为0.3。支架有两种工况:1、杆件的一端受到y轴负向的集中力2kN,其大小随时间变化。2、支架的自由端在局部区域受到均布切力36MPa。试分析在两种工况下支架挠度随时间的变化情况;内圆角处的最大主应力。根据计算结果进行改进设计,减
3、少应力集中。2.1前处理该问题是一个平面应力问题,并且为轴对称问题,所以去模型的二分之一进行分析。设置两个(Static,General)分析步即可,第一步加载集中力2KN,第二步加载剪切力。材料为各向同性材料。建模几何:本模型建模较为复杂,先进行截面草图绘制,不考虑顶部倒角和圆孔。拉伸之后得到一个实体,再进行顶部倒圆角和底部圆孔切除。 第一步,由于杆件相对较软,可以假设圆孔边缘不发生形变,设置为刚性面,耦合到一个Ref-point上。 集中力加载到Ref-point上,大小随时间变化,因此需要定义一个Amplitude(Amp-1)进行大小随时间的变化设置。第二步,支架自由端为均匀切力,Tr
4、action-shear。网格-C3D8R单元。由于本模型网格不能很好的进行划分,需要收到对assembly进行participation,在圆角过渡区域进行网格加密。2.2计算2.3后处理第二个分析步计算结束之后,最大主应力应力云图如下图所示,可以发现在圆形过渡区域发生应力集中现象,而支架上部应力很小。内圆角的最大主应力为930.6MPa。U2(挠度)应力云图如下。输出图中高亮显示的节点的U2-t图。根据计算结果进行改进设计,减少应力集中的方法:(1)增大内圆角半径。(2)增大部件在内圆角处的厚度。(3)使用强度更高的材料。(4)改变边界条件和载荷的状况。3算例三 锅炉平顶盖平顶盖是锅炉等受
5、内压元件大量使用的零部件之一。平顶盖,其内径为 D0=51cm, S=3.5cm, S1=4.8 cm,R0=3.2 cm,取半长l=22.6cm的一段计算。q=2.16107Pa,材料的弹性模量为E=2.01011Pa,泊松比为u=0.3。试分析应力分布。3.1前处理该问题是一个对称问题,轴对称壳建模。网格-CAX4R单元 网格足够细,保证计算精度。3.2计算3.3后处理Mises等效应力云图,可以发现在圆形过渡区域应力最大,最大应力值为138.2MPa。扫掠得到1/2完整模型,如下图所示。4算例四 评估线性分析一平板模型。该板与整体1轴成30度,一端固支,一端被限制在轨道上仅能沿平行于平板
6、的轴向移动。现求在均布载荷作用下跨度中点处的挠度。同时评估线性分析对该问题是否适用。材料的弹性模量为300GPa,泊松比为0.3。4.1前处理建立局部坐标系,约束自由一端只能沿平行于平板的轴向移动。4.2计算进行两种情况的计算,一个打开几何非线性,另一个关闭几何非线性。4.3后处理Mises等效应力云图如下图所示U3挠度云图(非线性)为U3挠度云图(线性)为模型跨中挠度Linear5.34959mmNon-linear5.3459mm可以发现,线性分析对该问题适用。5算例五 材料非线性一个承受拉力的平板,在其中心位置有一圆孔,材料的弹性模量为210GPa,泊松比为0.3,平板厚度为1mm,拉伸
7、载荷为100MPa。塑性数据:屈服点处真实应力为418MPa,真实应力780MPa时,塑性应变为0.095。试分析圆孔应力集中处的Mises应力。5.1前处理该问题和算例一几何模型一致,只需在其基础之上对材料属性进行修改。5.2计算5.3后处理Mises等效应力云图,如下。发现其和算例一完全一致。圆孔应力集中处,Mises 等效应力为185.7MPa。塑性应变云图如下。可以发现平板在该种工况下没有发生塑性变形。当把拉伸载荷加到420Mpa时,会发现平板出现轻微的塑性变形;6算例六 接触分析过盈装配过程模拟压头将内圈缓慢地压入基座中,内圈和基座之间在径向有0.07mm的过盈配合。基座的底部固定,压头和内圈之间无摩擦,内圈和基座之间的摩擦系数为0.2.内圈和基座的材料特性为:弹性模量E=210000MPa,泊松比为0.3,压头看作刚性体。要求模拟装配过程中内圈所受压力随时间的变化。6.1 前处理绘制二维平面图及装配:定义接触:6.2计算6.2后处理Mises等效应力云图,可以发现在与基座底部接触的区域应力最大,最大应力值为278MPa。通过查看压头和内圈的接触力CFN,可以看到分析步时间为2.0时,CFN=140545。
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