半圓形彈性管分析

1、彈塑性力學及有限元題目：半圓形彈性管有限元分析學院：機械汽車工程學院教師姓名學號：第1頁 共 18頁彈塑性力學及有限元法任務書題目：圖 13 是一個半圓形彈性管，在壓力P 作用下，分析彈性管應力和應變 (P 值和管壁厚自己選擇) 。零件尺寸材料選擇：1. 半圓形彈性管壁厚 b=5mm,內徑為 50mm,外徑為 60mm,材料彈性模量為 200GP，泊松比為 0.3 ，半圓形直徑為 200mm，輸入壓力 P 為 0.1MP。第2頁 共 18頁概述1. 創(chuàng)建文件名和文件類型， 創(chuàng)建幾何模型或者將三維軟件里的幾何模型導入有限元軟件，定義單元類型和材料屬性，劃分網(wǎng)格，建立約束，加載求解，查看計算結果。

2、2. 建立命令流文件將上述過程實現(xiàn)。3. 對危險截面分析，將其簡化成平面問題，并進行有限元分析。第3頁 共 18頁操作步驟第一步：建立文件名和工作標題1.選擇 UtilityFileChange Jobname 命令，出現(xiàn) Change Jobname對話框。2.在 Enter new jobname文本框中輸入工作文件名exercise1，并將 New log and errorfiles 設置為 Yes，單擊 OK 按鈕關閉對話框。3.選擇 UtilityFileChange Title 命令，出現(xiàn) Change Title 對話框 ,在文本框中輸入STRESS ANALSYS TO A

3、TORU UNDER PRESSURE,單擊 OK 按鈕關閉對話框。命令流文件：/FILNAME EXERCISE1! 定義工作文件名/TITLE,STRESS ANALSYS TO A TORU UNDER PRESSURE! 定義工作標題第二步：創(chuàng)建幾何模型1.選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesTorus 命令，出現(xiàn)Create Torus by Dimension對話框。2.在 RAD1 文本框中輸入 0.025，在 RAD2 文本框中輸入 0.030，在 RADMAJ 文本框中輸入 0.10，在 THETA1 文本框中輸入 0，在

4、THETA1 文本框中輸入 180。3.單擊 OK 按鈕，關閉 Create Torus by Dimension對話框。屏幕上顯示生成如下幾何模型。命令流文件：/PREP7TORUS,0.025,0.030,0.10,0,180! 生成半圓形管第4頁 共 18頁方法二創(chuàng)建幾何模型1.創(chuàng)建半圓形軟管的截面選擇 Main MenuPreprocessorModelingAreaCirclePartial Annulus 命令，出現(xiàn)Part Annular 對話框，在 WPX ，WPY ，Rad-1,Rad-2分別輸入 0，0，0.025，0.03，形成半圓形軟管的截面。2.創(chuàng)建關鍵點和線2.1

5、選擇 Main MenuPreprocessorModelingKeypointsIn Active CS 命令，分別創(chuàng)建點 9（0，0，0）， 10（0.1，0，0.1）， 11（0.2，0，0）。2.2 選擇 Main MenuPreprocessorModelingLinesArcsBy End KPs &Rad 命令，出現(xiàn) Arc By End KPs &Rad 對話框，依次選中點 9 和點 11，單擊 Apply 按鈕，選中點 10，出現(xiàn) Arc By End KPs &Radius 對話框，在 RAD 文本框中輸入 0.1。3.由面沿曲線擠出體第5頁 共 18頁選擇 Main Me

6、nuPreprocessorOperateExtrudeAreaAlong lines命令，出現(xiàn)Sweep Areas對話框，選中截面，單擊Apply 按鈕，選中曲線，單擊OK 按鈕，如上圖所示，同樣可以建立幾何模型。第三步：定義單元類型1.選擇 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出現(xiàn) Element Type 對話框。2.單擊 Add 按鈕，出現(xiàn) Library of Element Types 對話框。3.在 Library of Element Types 對話框的第 1 個列表中選擇 Structural Solid，

7、在第 2 個列表中選擇 Tet 4node 285,在 Element Types reference number文本框中輸入 1.4.單擊 OK 按鈕，關閉 Library of Element Types 對話框。5.單擊 Close 按鈕，關閉 Element Types對話框。命令流文件：/PREP7第6頁 共 18頁ET,1,SOLID285！定義單元類型SOLID285 單元是 3 維， 4 節(jié)點組成的單元，這種單元適用于不規(guī)則的網(wǎng)格劃分和通用材料，該節(jié)點有 3 個自由度，沿 X,Y 和 Z 軸的平移自由度。第四步：定義材料參數(shù)1.選擇 Main MenuPreprocessor

8、Material PropsMaterial Models命令，出現(xiàn) DefineMaterial Models Behavior 窗口。2.在 Material Models Available 一欄中雙擊 Structural 選項中的 Linear 選項，接著雙擊 Linear 選項中 Elastic 選項，最后雙擊Elastic 選項中 Isotropic 選項，最后出現(xiàn) Linear Isotropic Material Number 1 對話框3.在 EX 文本框中輸入材料的彈性模量2E11,在 PRXY 文本框中輸入材料的泊松比 0.3，然后單擊 OK 按鈕關閉對話框。4.關閉

9、Define Material Models Behavior 窗口。命令流文件：/PREP7MP,EX,1,2E11! 定義彈性模量MP,PRXY,1,0.03! 定義泊松比第7頁 共 18頁第五步：劃分網(wǎng)格1.選擇 Main MenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualsizeGlobalSize 命令，出現(xiàn) Global Element Size對話框。2.在 Size 文本框中輸入 0.001，單擊 OK 按鈕關閉對話框。3.選擇 Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool 命令，出現(xiàn) Mesh Tool 對話框，單擊

10、Mesh 按鈕，出現(xiàn) Mesh Volume 對話框，單擊 Pick All 按鈕，幾何模型自動劃分網(wǎng)格，屏幕上顯示生成如下幾何模型。命令流文件：/PREP7ESIZE,0.001! 控制網(wǎng)格大小VMESH,ALL! 劃分單元網(wǎng)格第六步：加載求解1.選擇 Main MenuSolutionAnalysis typeNew Analysis 命令，出現(xiàn) New Analysis對話框。第8頁 共 18頁2.選中 Static 單選按鈕，單擊OK 按鈕。3.選擇 Utility MenuSelectEntities 命令，出現(xiàn) Select Entities對話框。在第一個下拉列表框中選擇 Lin

11、es，在在第二個下拉列表框中選擇 By Num/Pick ，在在第三個下拉列表框中選擇 From Full 單選按鈕。4.單擊 OK 按鈕，出現(xiàn) Select Lines對話框 ,用鼠標在屏幕上選取編號為3，4，9，10 的線段，單擊 OK 按鈕。5.選擇 Utility MenuSelectEntities 命令，出現(xiàn) Select Entities對話框。在第一個下拉列表框中選擇Nodes，在在第二個下拉列表框中選擇Attached to，在第三個選項組中選擇 Lines,all 單選按鈕，在第四個選項組中選擇From Full 單選按鈕，單擊 OK 按鈕關閉該對話框。6.選擇 Main

12、MenuSolutionDefine LoadApplyStructuralDisplacementOnNodes，出現(xiàn) Apply U ，ROT on Nodes對話框。單擊 Pick All 按鈕，出現(xiàn) Apply U ，ROT on Nodes對話框。在 Lab2 列表框中選擇 ALL DOF ，在 Value 文本框中輸入0，單擊 OK 按鈕關閉該對話框。7.選擇 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas命令，出現(xiàn) Apply PRES on Areas對話框，選取面 3 和 4，單擊 OK 按鈕關閉該對話

13、框。8.在 Apply PRES 對話框中輸入 value 中輸入 1E5,單擊 OK 關閉對話框。第9頁 共 18頁命令流文件：/SOLUANTYPE,STATICLSEL,S,3,4! 選擇線條 3 和 4NSLL,S,1! 選取線上的點D,ALL,ALL! 約束點的所有自由度LSEL,S,9,10! 選擇線條 9 和 10NSLL,S,1! 選取線上的點D,ALL,ALL! 約束點的所有自由度ASEL,S,3! 選擇面 3NSLA,S,1!選擇面 3 上所有點SF,ALL,PRES,1E5! 對 3 面施加 0.1MP 的載荷ASEL,S,3! 選擇面 4NSLA,S,1!選擇面 4 上

14、所有點第10頁 共 18頁SF,ALL,PRES,1E5! 對 4 面施加 0.1MP 的載荷SOLVE! 開始求解FINISH第七步：查看處理結果1.選擇 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultDeformed Shape命令，出現(xiàn) PlotDeformed Shape對話框，點選 Def +undeformed，單擊 OK 按鈕，屏幕上顯示生成如下幾何模型，將云圖進行后處理。第11頁 共 18頁選擇 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu命令，出現(xiàn) Contour Nodal S

15、olution Data 對話框，選取 DOF solution，單擊 Displacement 選項，單擊 OK 按鈕，屏幕上顯示生成如下有限元模型，將云圖進行后處理。第12頁 共 18頁2.選擇 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu命令，出現(xiàn) Contour Nodal Solution Data 對話框，選取 Stress，單擊 von Mises stress選項，單擊 OK 按鈕，屏幕上顯示生成如下有限元模型。命令流文件：/POST1PLNSOL,U,SUM！顯示合位移分布PLNSOL,S,EQV！顯示等

16、效應力場PLNSOL,EPTO,EQV！顯示等效應變場FINIFSH/EXIT,ALL! 退出 ANSYS第13頁 共 18頁有限元分析結果：類型MAXMIN應力（ Pa）0.287E+07398241應變（ M ）0.222E-040.137E-07第14頁 共 18頁命令流文件：/FILNAME EXERCISE1! 定義工作文件名/TITLE,STRESS ANALSYS TO A TORU UNDER PRESSURE! 定義工作標題/PREP7TORUS,0.025,0.030,0.10,0,180! 生成半圓形管ET,1,SOLID285! 定義單元類型MP,EX,1,2E11!

17、定義彈性模量MP,PRXY,1,0.03!定義泊松比ESIZE,0.001! 控制網(wǎng)格大小VMESH,ALL! 劃分單元網(wǎng)格/SOLUANTYPE,STATICLSEL,S,3,4! 選擇線條 3 和 4NSLL,S,1! 選取線上的點D,ALL,ALL! 約束點的所有自由度LSEL,S,9,10! 選擇線條 9 和 10NSLL,S,1! 選取線上的點D,ALL,ALL! 約束點的所有自由度ASEL,S,3! 選擇面 3NSLA,S,1! 選擇面 3 上所有點SF,ALL,PRES,1E5! 對 3 面施加 0.1MP 的載荷第15頁 共 18頁ASEL,S,3! 選擇面 4NSLA,S,1! 選擇面 4 上所有點SF,ALL,PRES,1E5! 對 4 面施加 0.1MP 的載荷SOLVE! 開始求解FINISH/POST1PLNSOL,U,SUM! 顯示合位移分布PLNSOL,S,EQV! 顯示等效應力場PLNSOL,EPTO,EQV！顯示等效應變場FINISH/EXIT,ALL! 退出 ANSYS應力最大處為危險面， 對應力最大處進行分析， 將該問題簡化成平面應變問題，可取其很截面的1/4 建立有限元分析模型進行求解。1.創(chuàng)建幾何模型