西南石油大学CAE大作业.docx

1、西南石油大学CAE大作业1.画出梁的剪力图和弯矩图5 3某工字梁材料弹性模量2.1 X10 MPa, v=0.3 ,密度7850kg/m ,其结构尺寸及其受力见图1所示。用有限元法进行力学分析。要求：1.用APDL编程序，程序内标注拼音字母姓名和学号。2.优化工字梁的横截面尺寸，保证梁的最大变形小于1mm，梁的重量控制在5t左右3.验算Ansys获取梁的重量与精确计算的重量的准确性4.获取A、C点反力？画出剪力图、弯矩图？5.获取最大转角、最大弯矩位置及其大小？6.梁上最大应力、最大位移分析及其位置？7.获取梁横截面上的Von Mises、变形分布云图。图1梁的有限元力学模型(b)梁截面尺寸5

2、/2,0.05/2,0.05 !优化数据1.1 APDL 程序fini/clear/filnam, Beam188_exe/PLOPTS, DEFA !数值标示放图形窗口右边，不是放底部/prep7!et,1,beam188,2mp,ex,1,2.1e11mp, nu xy,1,0.3!SECTYPE, 1, BEAM, I, , 2SECOFFSET, CENTSECDATA,0.759,0.759,0.915,0.05,0.05,0.04 !原始数据!SECDATA,0.759/2,0.759/2,0.915/1.2,0.0k,1,k,2,2k,3,10k,4,12k,10,0,1!L,1

3、,2L,2,3L,3,4!esize,0.2!Iatt,1,1,10,1!Imesh,all!/eshape,1/soluDK,1, , , ,0,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,DK,3, , , ,0,UY,U Z,ROTX,ROTY,lsel,s,2,3,1esll,ssfbeam,all,1,pres,20e3FK,4,FY,-20e3FK,2,MZ,160e3alls!solve!/post1!/CONT,1,8,AUTO!ETABLE,Fzi,SMISC, 5ETABLE,fzj,SMISC, 18ETABLE,Mzi,SMISC, 2ETABLE,mzj,SMISC, 15

4、SMULT,Fzi,FZI, ,-0.001,1, ! 剪力单位,kNSMULT,Fzj,FZJ, ,-0.001,1,!PLLS,FZI,FZJ,1,0! SMULT,Mzi,MZI, ,-0.001,1, ! 弯矩单位，kN.mSMULT,Mzj,MZJ, ,-0.001,1,! PLLS,MZI,MZJ,1,0!ESORT,ETAB,Mzi,1,0 !按照单元表Mzi的大小排序*GET,Mzimax,SORT,0,MAX !通过Mzmax得到最大值*GET,Mzimin,SORT,0,Min !通过Mzmin得到最小值!ESORT,ETAB,Mzj,1,0 !按照单元表Mzi的大小排序*

5、GET,Mzjmax,SORT,0,MAX !通过Mzmax得到最大值*GET,Mzjmin,SORT,0,Min !通过Mzmin得到最小值! *GET,S_MAX,SECR,ALL,S,EQV,MAX !整 个梁上的最大Von_Mises应力Beam188 /eof*get, nnmax,no de,co unt*get,nemax,elem,num,max !最大单元数*get, nemi n,elem, num ,min!*do,i,1, nemax,1*get,vs,secr,i,s,eqv,max*if,vs,eq,S_MAX,the nNe_Smax=i !整个梁上的最大应力Be

6、am188对应的单元编号*en dif*enddo! ALLSELNSORT,U,SUM,0,0,ALL*GET,Umax_Num,SORT,0,IMAX最大位移节点编号*GET,Umax_U,NODE,Umax_Num,U,SUM!最大位移NSORT,ROT,Z,0,0,AII*GET,Rot_Num,SORT,0,IMAX !最大转角节点编号*GET,RotzMax ,NODE,rot_Num,ROT,Z !最大转角!*!获取总重量den sity=7850 ! kg/mA3!ETABLE,evol,VOLU,SSUM*GET,vtot,SSUM,ITEM,EVOLweight=De ns

7、ity*(vtot)/1000 !梁重量(t)N1= node(kx(1),ky(1),kz(1) ! A 节点N3=node(kx(3),ky(3),kz(3) ! C 节点*get,Fay,NODE,N1,RF,Fy !提取A节点y方向支座反力*get,Fcy,NODE,N3,RF,Fy !提取C节点y方向支座反力! Fay=fay/1000 ! 关键点A的反力，kNFcy=fcy/1000 ! 关键点C的反力，kNMz_max=Mzimax*if, Mzjmax, GE, Mzimax, the nMz_max=Mzjmax !最大弯矩，kN.m*en dif! Mz_mi n=Mzim

8、in*if, Mzjmin, LE, Mzimin, thenMz_min=Mzjmin !最小 弯矩,kN.m*en difvs=NEMIN=! S_MAX=nin t(1000*S_MAX*(1e-6)/1000 !最大应力MPaUmax_U=nin t(1000*Umax_U*1000)/1000 !最大位移，mmRotzMax=RotzMax*180/3.14!最大转角，度!-（删掉不用的变量）Mzimax=Mzimi n=Mzjmax=Mzjmi n=1.2结果分析图1.1剪力图图1.2弯矩图百血-04_5 -E-J.：_泊-.471E-077BfiEi4n.5431*0712 HE

9、图1.3梁的 Vn-Mises 应力图.4281-15J48S-05.1Sj-04fNK*44.U4E-D4*5211-04图1.4位移云图1.2.1优化工字梁的横截面尺寸 ，保证梁的最大变形小于1mm ，梁的重量控制在 5t左右优化前工字梁的横截面尺寸：W1二0.759，W2=0.759，W3=0.915，t1=0.05，t2=0.05，t3=0.04。此时：梁的最大变形为 1.302mm，梁的重量为 10.22t。优化后工字梁的横截面尺寸 ：W仁0.759/4，W2=0.759/4，W3=0.99/1，t1=0.05/2，t2=0.05/2，t3=0.05。此时：梁的最大变形为0.923m

10、m，梁的重量为5.32t (注：后面计算所用梁的参数仍采用优化前的数据)。1.2.2验算Ansys获取梁的重量与精确计算的重量的准确性梁重Ansys 计算(t)实际值(t)误差优化前10.220710.22070优化后5.325.320误差基本上为0,说明Ansys计算结果精度高123获取A、C点反力表5-1反力节点ACFx00Fy72148124剪力图、弯矩图图5-5剪力图图5-6弯矩图1.2.5最大转角、最大弯矩位置及其大小表5-2转角与弯矩名称位置大小最大转角节点571.48e-2 度取大弯矩B点144KN.M1.2.6梁上最大应力、最大位移分析表5-3应力与位移名称大小最大应力0最大位

11、移0.391mm1.2.7获取梁横截面上的 Von Mises、变形分布云图.0190S.1WB+01.431ttC7756E*O? atiEtO 图5-8变形分布云图2、带孔眼钢板结构的应力及其变形有一带孔眼钢板结构尺寸及其力学模型见图 2所示，其厚度为25mm，材料弹性模量为2.1E5MPa，泊松比为0.3，材料屈服应力650MPa1） P=30MPa ,求孔眼内壁的值（用路径曲线分析），钢板内x、 y、xy以及Von Mises的应力场分布，形成Word文件分析报告。2） 钢板开始屈服时P极限载荷为多少？钢板內最大Von Mises应力发生在什么位置？孔眼内壁附近的位移变化以及各种应力变

12、化等值线云图，形成分析报要求1.用APDL编程序，程序内标注拼音 字母姓名和学号。2.结果要求Word文件分析报告。3.报告中曲线用Excell生成。APDL程序语言Fi nishET,1,PLANE42MSHAPE,0,2D/clearMPTEMP,MSHKEY,0/fil nam,homework2MPTEMP,1,0AMESH, 3a=150!mmMPDATA,EX,1,ex!/eofb=150MPDATA,PRXY,1,ux/SOLr=13RECTNG,0,a,0,b,DL,10, ,SYMMh=25CYL4, , ,rDL,9, ,SYMM,Ex=2.1e5!MPaASBA,1, 2

13、SFL,2,PRES,p,ux=0.3LESIZE,10, , ,20,0.2, , , ,1SOLVEp=30!MPaLESIZE,5, , ,10, , , , ,1FINISH/PREP7LESIZE,9, , ,20,0.2, , , ,1LESIZE,2, , ,20, , , , ,1LESIZE,3, , ,20, , , , ,1(MPa )3 E 6 A 9 L Z 4 1Z3 4S7&93 3 3 3 3 3- 3999399sig3MN二昌图2.1 1/4钢板X方向所受应力ox路径距离（mr）O2o o o o O2 4 6 8 0 - - - -* SX图2.2 P=3

14、0MPa时孔眼附近 x的路径曲线当P=30MPa时，钢板的受力图：(T x ( MPa)-S9.313=.583479-89.313-79 325-69.336-593理吕-493S夕-39.371-2 93駝-19.394-9.405,SB3479图2.3 X方向所受应力-11,971=2-964-11.971-7.423Y 6741.6746.222ID.77115.31919.86724.4162B,964图2.4钢板Y方向所受应力(MPa)-2 1.66-2.3Z 3 44 62 73.009S 6738 338110021366716331189962 1.66图2.5 钢板所受剪切

15、应力 Ty应力（吕H吕吕MPa )-8.07136 518,0711百.7872S 504 3吩茗畫42 93 651 53 3 6969吕牙77.80i E18图2.6 Von Mises 应力云图欲使钢板屈服，最大应力必须达到材料的屈服极限，因分析是在弹性范围 内，应力的变化服从线形分布，预测P为225.5Mpa。P=225.5Mpa带入程序，进入ANSYS运行分析得钢板的Von Mises应力分布云图：应力（MPa）5HN *60.666SBX =653.3255O.66C12 6.104191.703257.219322.7373Q8.255453.772519.295&4.80363

16、0.325图 2.7 Von Mises 应力云图(P=225.5Mpa)位移mm ),01501,014501 .031467.04332 xO6539B -0623 63 .099329 1162 94 ,13 32 6 15022S 16719图2.8钢板开始屈服时位移变化 （XY方向）(T x ( MPa )-二吕吕=-671殆8=4.366-671 ：33曰-67133S-600-S00-SQQ-300-200-1004.38 6图2.9钢板开始屈服时X方向所受应力c(T y ( MPa )= -89 = 9B1= 211 713 -13 9 92 -69 9S1 一4口IO6011

17、016a210图2.10 钢板开始屈服时Y方向所受应力MNSMNSMXT xy (MPa)= -17.437=162.811-17437-IV .唱3*7535659512515516Z.811图2.11钢板开始屈服时所受剪切应力E E . 七 Ps 6 i B 6口 520543210- /1 6 u- - 6 1 2 3 4 5 6 _图2.12 钢板开始屈服时 Von Mises应力云图3、管道层流和紊流CFD分析二维管道层流和紊流CFD分析，其结构尺寸见图3所示（单位mm）。流体3介质为空气，空气密度1.225kg/m ，空气粘度1.7894e-05 kg/m-s ，出口压力为0。其中

18、出口段长度L可以任意变化，问题：1） 当L=200mm时，层流模拟，模拟雷诺数为90的层流问题，入口速度为0.025m/s。分析二维管道内的速度场分布。2） 增加管道长度，即L=860mm时，紊流模拟，入口速度到1.27m/s，计算雷 诺数大于4000时，用紊流模型求解，分析其速度场的变化和分布。要求1.直接在ICEM模块中建立实体模型，用结构化模块进行网格划分，边界层加 密。2.在ICEM中建立CFD模型的边界条件，并存入Fleunt模型数据格式。3.将以上模型调入Ansys-Fluent模块中进行流体动力学分析。4.分析速度场和压力场变化规律。5.获取出口边界的速度变化曲线。6.结果要求Word文件分析报告，报告中曲线用Excell生成。外壁面进口/过渡i56内壁面 ，出口C10050 HL n P 4、两块板间受压的O-形橡胶密封圈的接触分析两块无摩擦板间受压的0-形橡胶密封圈的接触问题如图4所示，橡胶材料参数：C10 =0.01055!橡胶材料参数C10C01 =0.01408!橡胶材料参数C01NU1 :=0.49967!橡胶泊松比DD=(1-2*NU1)/(C10+C01)4.结果要求Word文件分析报告，报告中曲线用Excell生成