例5三維線彈性靜力分析

1、例5.三維線彈性靜力分析5.1問題的描述分析結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，材料為線彈性材料，其楊氏模量E=400000,泊松比為0.3。面1固支，面2施加大小為40的均勻剪切力載荷，作用方向?yàn)?1 - 1T?，F(xiàn)在要確定出該結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布情況。注意本例題剪力的施加及不同的后 處理方法。圖5-1對一個T形結(jié)構(gòu)施加均勻剪切力5.2分析過程概述5.3.1網(wǎng)格生成。5.3.2定義邊界條件。5.3.3定義材料特性。5.3.4定義幾何特性。5.3.5創(chuàng)建作業(yè)。5.3.6后處理。5.3詳細(xì)的建模過程5.3.1網(wǎng)格生成用幾何建模技術(shù)確定邊界線及他們所構(gòu)成的表面， 然后在該表面上生成有限 元網(wǎng)格。生成網(wǎng)格的第一步是先

2、設(shè)置一個參照格柵：單擊主菜單中的MESHGENERATION （網(wǎng)格生成）按鈕，然后單擊SET （設(shè)置）按鈕調(diào)出COORDINATE SYSTEN （坐標(biāo)系）菜單，在此設(shè)置生成。本例將格柵的水平設(shè)為0200，間距設(shè)為20;將格柵的垂直范圍設(shè)為 080,間距設(shè)為10。整個過程對應(yīng)的命令流 如下所示：MAINMESH GENERATION網(wǎng)格生成SETU DOMAIN0 200U SPACING20V DOMAIN0 80V SPACING10GRID（on）FILLRETURN 生成幾何點(diǎn)。PTSADD08002080040800060020600406002000400020080020060

3、0FILL選取已生成的幾何點(diǎn)構(gòu)成面，如圖 5-2 所示，然后去掉格柵顯示。SRFSADD點(diǎn)生成面61093452156327865GRID（off）圖5-2定義表面接下來用CONVERT (轉(zhuǎn)換)工具將生成的表面上進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對不同的面采用不同的網(wǎng)格分割設(shè)置及偏離因子。這些表面的第一方向?yàn)閤方向，第二方向?yàn)閥方向。整個過程的命令流如下所示：CONVERTDIVISIONS 劃分6 2BIAS FACTORS 偏離因子 -0.30SURFACES TO ELEMENTS對面戈 U分單元1 (Pick the rightmost surfaceEND LISTDIVISIONS2 2 BIASF

4、ACTORS00SURFACES TO ELEMENTS1 3 (Pick the two small surfaces END LISTDIVISIONS2 3 SURFACES TO ELEMENTS3 (Pick the lower furface) END LISTRETURN用SWEEP工具清除重復(fù)節(jié)點(diǎn)，先設(shè)容差為0.001。然后將單元、節(jié)點(diǎn)重新編 號，如圖5-3所示。SWEEPTOLERANCE0. 001容許偏差SWEEP: NODESALL EXISTINGRETURNRENUMBERALLRETURN-eRENUMBEHALLAU.5ELECEXIST. UNGELINVIS

5、SURFSELECTENDU5T fl|RETURNMAIN| UNDO SAVE I UTILSF1ESDRAWPLOTFILLVIEWDcirtna 0 ccl<jP!»dE nter rwdt Esl jetriurTb碼 E w steep rwde M IcwaIm匚闔 E nfia- s*Meq3 node- isl lerufTtEi.sil Emfter nodt fei |丿 ZW!測=xi二RESET VIEWCnTJ. MaOELRZ-nz+Re-adj-1ZOOM INSHDRTDJTSOUTSPEED HELFI ISC.larc lent at 20

6、(&r2 (32bit ) (GDI)zsud18 / 13三個方向平移重復(fù)平移次數(shù) 作用單元全部圖5-3生成的平面網(wǎng)格用EXPAND （擴(kuò)展）將二維單元擴(kuò)展為三維單元。然后將單元、節(jié)點(diǎn)重新編 號。EXPANDTRANSLATIONS 0015REPETITIONS2ELEMENTSALL EXISTINGRETURNSWEEPREMOVE UNUSED: NODES刪除不用的節(jié)點(diǎn)SWEEP: ALLRETURNRENUMBER重新編號節(jié)點(diǎn)ALLRETURN用第四視圖顯示，定義旋轉(zhuǎn)角度增量并饒 x、y軸旋轉(zhuǎn)，結(jié)果如圖5-4所示VIEWSHOW VIEW: 4顯示第四視圖FILLVIEW

7、 SETTINGS視圖調(diào)節(jié)MODEL INCREMENTS: ROTATE 模型增大：旋轉(zhuǎn)90RETURNMANIPULATE MODEL模型操作ROTATE IN MODEL SPACE: X+ 繞 x 軸旋轉(zhuǎn)ROTATE IN MODEL SPACE: Y+ 繞 y 軸旋轉(zhuǎn)FILLSC.larc lent at 20(&k2 (32bit)MANIPULATE MODELFRAHSLATE M «del SPACETRwSLATE n VIEW 5WCET RANSLATE IN CAMERA SFWZEROTATE M MODEL SRROTATED VIEW SFW：

8、EROTATE W CAMERA&EALE FACTOR0.0134QOIB'ISCftLEUP$CALEOOWNS£T ANGUSSET TRANSLATIONRESET MODELRTUNL>1DO SAVEUTILS FILESDRAW* FILJLRESET VIEWVIEW珈 MCOEL TX-ZOOM BDXGHaFtTCUTSHELP匸 emmand :> *irH mixid_ u s pac efcr匚 anmand > Di _ nwhi_ m s pace-M-fo-CoflMWd ：> |LI):爼圖5-4生成的三維網(wǎng)格

9、關(guān)閉幾何點(diǎn)和面的顯示，并以實(shí)體形式顯示單元，如圖5-5所示PLOTPOINTS（ off）關(guān)閉幾何點(diǎn)顯示SURFACES（ off）關(guān)閉面顯示ELEMENTS: SOLID 顯示體單元REDRAWSAVEMAIN¥圖5-5實(shí)體形式顯示單元5.3.2定義邊界條件定義邊界條件，首先施加固定邊界條件，如圖5-6所示，命令流如下:BOUNDARY CONDITIONS邊界條件MECHANICALNAME clampedFIXED DISPLACEMENT固定位移ON X DISPLACE(on)x方向固定ON Y DISPLACE(on)y方向固定ON Z DISPLACE(on)z方向固定

10、OKVIEWSHOW VIEW: 1RETURNNODES: ADD添加到節(jié)點(diǎn)(select the no des on the surfaces of y=0用框選法選中y=0面上的單元面END LISTMECHiHICALMEWRErjFED DI$PIAC£MENTNftMC darTedMETHODREFEFENCE F05ITI0NCOHEDIT+ ENTERED VALUE5-t FD TION ACTUAT ION DF ECBOUNDARY CONDITION TYffUSER sue. FORCC'TPORTION AT ST ART OF /WLYSIS&

11、lt;FT-TDDI5PUijZEMEHTAx£0 ajXE l£ Ration DI5FUIT昵TAHJEFtlINT LM2iEDGE LDWD* DISPLACEMENT 2TAJEROTATION XGLOBAL LOADFiaiATIONYGRAVITY L0M)ROIATIONZCENTRIFUGAL LOADCLEAflEDGE FOUNOATiDNFA££ FOUNDATIONMOREHAAOWlCBCtTAfilESTRAN$FORMATIQHl$NODESADD3POINTSI1JF：7?=ADD05UHFACE5ADDDSELECT

12、RfTUNE '=14*!-已 uaPW wowE nra-add wm rede irt: 1001D1 1021tKJ1D4 ICE ICG 11(7106 EM flE ito -add dap y<cde fst3(1(岬廬 Iwtd_dsdacsnortC oMftind、IflLT FILE£UNDO SAVEDRAWFtorFILLVIEW BSC ««rr Ihm釈RESET VIEW7u0MHORTCUT$D'tIsi mCDELR£EDHELPSC.larc lent at 20(&e2 (32bit)圖

13、5-6施加固定邊界條件再施加分布切應(yīng)力，如圖5-7所示，命令流如下:VIEWSHOW VIEW:RETURNNEWNAMEShearFACE LOAD 面載荷SHEAR LOAD U U方向切應(yīng)力28.2843SHEAR LOAD V V方向切應(yīng)力28.2843OKZOOM BOXFACES: ADD(select the eleme nt faces on the surface of x=200 (用框選法選中x=200面上的單元面)END LISTRETURNMAINI ISC.larc lent at 20(&r2 (32bit )sudMECHiHICAL BCMEWRErj

14、NAME 呂h«iCOHFREvEDITBOUNDARY CONDITION TYffFIXED DI5PU址 EMEHTAxEOajXELERaTiOwFtlINT LM2iEDGE LDWD Face LOADGLOBAL LOADGRAVITY L0M)CENTRIFUGAL LOADEDGE FOUNOATiDNFA££ FOUNDATIONMOREHAAOWlCBCtTRAN$FORMATIQHl$TAfilES5ELE口RETURNIcmEenrl:;E曲血和測吐nT 血州門12:122124:1E wr *3deWneri lwe 闿 flE nfi

15、s* -add dop y etemert lace i笛叩伸舷 lacejnad C oMftind、IDRAWFILLRESET VIEWTMRX*RY*RZ+HORTCUT$VIEWZOOM BOWOUT 耶ff HFLF1州 MGOEL TS-UNDO 網(wǎng)圧bflL$ FILES FtCiTTY+Re-adp «SC ««rr圖5-7施加分布剪切力5.3.3 定義材料特性。定義材料特性。該結(jié)構(gòu)所有單元的材料都是同一種線彈性材料，即材料特性是一樣的。對于該材料，我們必須指定其彈性模量和泊松比。具體命令流如下：MATERIAL PROPERTIES材料特性IS

16、OTROPIC各向同性YOUN' S MODULUS楊氏模量400000.0.3OKELEMENTS: ADD添加至V單元ALL EXISTING添加到全部SAVEMAIN5.3.4定義幾何特性定義幾何特性，如圖5-8所示。對所有單元選擇假設(shè)應(yīng)變，以改善低價單元 模擬彎曲的能力。具體的命令流如下。GEOMETRIC PROPERTIES 幾何特性3-DSOLIDEASSUMED STRAIN計算應(yīng)變OKELEMENTS: ADDALL EXISTING添加到單元SAVEMAIN圖5-8幾何特性I ISC.larc lent at 20(&r2 £32bit)5.3.5

17、創(chuàng)建作業(yè)在JOBS （作業(yè)）菜單中，首先將分析類型設(shè)為 MECHANICAL （力學(xué)）類 型，表示要執(zhí)行應(yīng)力分析。然后在彈出的菜單中選擇JOB RESULTS （作業(yè)結(jié)果） 一項(xiàng)，指定要寫入后處理文件中的變量。為簡單起見，這里我們只選擇應(yīng)力張量。 而后再單擊彈出菜單中的INITIAL LOADS （初始載荷）一項(xiàng)，可以檢驗(yàn)是否所 有的邊界條件（對稱性條件和邊界載荷）都是激活的初始載荷，以上這些操作對 應(yīng)的命令流如下：JOBSMECHANICAL 力學(xué)JOB RESULTS作業(yè)結(jié)果available eleme nt ten sors 有效單元張量 stress（選擇應(yīng)力）OKINITIAL L

18、OADS初始載荷OKOK接下來是設(shè)置單元類型。此分析中，對所有單元應(yīng)用全積分的8節(jié)點(diǎn)六面體 應(yīng)力分析單元，即單元類型7。ELEMENT TYPES單元類型MECHANICAL 力學(xué) 3-D SOLID 7OKALL: EXISTINGSAVERETURNRETURNSAVE至此作業(yè)已做好提前準(zhǔn)備，可以提交運(yùn)算了，執(zhí)行如下命令流：RUNSUBMIT1MONITOR 監(jiān)視OKMAIN5.3.6 后處理完成分析后， 就可以對得到的結(jié)果進(jìn)行后處理了。 打開該文件后能查看到第 一個增量步（通常為 0 步）的結(jié)果。單擊 DEF&ORIG 按鈕，屏幕上能顯示出變 形情況，再顯示等效應(yīng)力云圖，如圖 5

19、-9 所示。人工調(diào)整位移放大系數(shù)顯示出結(jié) 構(gòu)的變形情況。 而后，再設(shè)置切片顯示參數(shù)并進(jìn)行切片顯示。 如圖 5-10、圖 5-11 所示。而后顯示等效應(yīng)力的等值面圖，如圖 5-12 所示。最后顯示位移矢量圖， 如圖 5-13 所示。RESULTSOPEN DEFAULT 顯示默認(rèn)值DEF&ORIGCONTOUR BANDS顯示變形情況 等值線標(biāo)量SCALAREQUIVALENT OF STRESS 等效應(yīng)力云圖OKI ISC.larc lent at 20(&r2 (32bit) (GDI)z 血“ iobL t U6圖5-9結(jié)構(gòu)變形等效應(yīng)力圖DEFORMED SHEAPE: S

20、ETTINGSMANUAL SET FACTOR: 4MANUAL SET FACTOR: 1RETURNSCALAR PLOT: SETTINGSCUTTING PLANES:POINT20NORMAL1PLANES8SPACING25變形比例調(diào)節(jié)人工調(diào)節(jié)因子：4人工調(diào)節(jié)因子標(biāo)量測繪：調(diào)節(jié)切割面-10臨界點(diǎn)0垂直度0切片數(shù)間距RETURNCUTTING PLANESSCALAR PLOT SETTINGSPOIN "30100NORMAL110IB PLANES8fSCING25CUTTING PLA>JESN U MERICSEXTRAROLATIOMRESULTS COORDINATE SYSTEMi LEGENDLABEL TOMI OURS| E：-:js¥ "lUNSEL. Ihf'y'ISJ&URF.