分析圖12組合體在Fx、Mx作用下應(yīng)力和應(yīng)變(載荷大小自己選擇)(共12頁)

1、彈塑性力學(xué)(l xu)及有限元法題目(tm)：分析圖12組合體在Fx、Mx作用下應(yīng)力和應(yīng)變(載荷大小(dxio)自己選擇)。說明：本次有限元分析采用Ansys14.0版本的經(jīng)典模式進(jìn)行，實(shí)體建模采用UG進(jìn)行。1、ANSYS簡(jiǎn)介ANSYS HYPERLINK /view/37.htm t _blank 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用 HYPERLINK /view/2655944.htm t _blank 有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的 HYPERLINK /view/2398.htm t _blank 美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD HY

2、PERLINK /view/1137050.htm t _blank 軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。該軟件可以在大多數(shù)計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)中運(yùn)用，從PC到工作站直到巨型計(jì)算機(jī)，ANSYS文件在其所有的產(chǎn)品系列和工作平臺(tái)上均兼容。ANSYS的多物理常耦合功能，允許在同一模型上建立各種各樣的耦合計(jì)算成本，如：熱-結(jié)構(gòu)耦合、磁-結(jié)構(gòu)耦合以及電-磁-流體-熱耦合，在PC上生成的模型同樣可以運(yùn)用于巨型機(jī)上，這樣就確保了ANSYS對(duì)多領(lǐng)域多變工程問題的求解。ANSYS成立于1

3、970年，總部設(shè)在美國賓夕法尼亞洲的匹茲堡，目前是世界CAE行業(yè)中最大的公司。其創(chuàng)始人John Swanson博士為匹茲堡大學(xué)力學(xué)系的教授、有限元界的權(quán)威。在30多年的發(fā)展過程中，ANSYS不斷改進(jìn)提高，功能不斷增強(qiáng)，目前最新的版本已經(jīng)發(fā)展到14.5版本。軟件(run jin)主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析

4、及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示(xinsh)、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。2、建立(jinl)三維實(shí)體模型Ansys將模型分為實(shí)體模型和有限元模型兩大類。實(shí)體模型由關(guān)鍵點(diǎn)、面和體組成，用于直接描述所求問題的幾何特性。是對(duì)所構(gòu)建實(shí)體進(jìn)行分析和改進(jìn)的基礎(chǔ)，模型建立的越精確，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果也會(huì)越精確。 UG是Unigraphics的縮寫，這是一個(gè)交互式 HYPERLINK /doc/4569832.html t _blank CAD/CAM( HYPERLINK

5、 /doc/2864535.html t _blank 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長(zhǎng)，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。UG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。UG NX是一個(gè)在二和 HYPERLINK /doc/5864874.html t _blank 三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用 HYPERLINK /doc/4968442.html t _blank 自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟

6、件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對(duì)許多不同的應(yīng)用再利用。一個(gè)給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學(xué)或工程)、數(shù)學(xué)(分析和數(shù)值數(shù)學(xué))及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太容易。這是因?yàn)榻M合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交叉學(xué)科的知識(shí)。最終軟件的實(shí)現(xiàn)變得越來越復(fù)雜，以致于超出了一個(gè)人能夠管理的范圍。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加（adaptivemeshrefinement）和多重網(wǎng)格方法在過去的十年中已被數(shù)學(xué)家研究，同時(shí)隨著 HYPERLINK /doc/1312255.html t _blank 計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)

7、展，特別是大型并行計(jì)算機(jī)的開發(fā)帶來了許多新的可能。UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)(shxu)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。UG NX的結(jié)構(gòu)(jigu)：一個(gè)(y )如UG NX這樣的大型軟件系統(tǒng)通常需要有不同層次抽象的描述。UG具有三個(gè)設(shè)計(jì)層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(architecturaldesign)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)(subsystemdesign)和組件設(shè)計(jì)(componentdesign)。至少在結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)層次上，UG是用模塊方法設(shè)計(jì)的并且信息隱藏原則被廣泛地使用。所有陳述的信息被分布于各子系統(tǒng)之間。UG NX的優(yōu)勢(shì)：來自Siem

8、ensPLM 的 NX使企業(yè)能夠通過新一代 HYPERLINK /doc/3408996.html t _blank 數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。 NX 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤(rùn)的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評(píng)審更多的可選 HYPERLINK /doc/6297857.html t _blank 設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)更早地做出關(guān)鍵性的決策。NX是UGS PLM新一代數(shù)字化產(chǎn)品

9、開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品革新。NX 獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤(rùn)。NX可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。NX建立在為客戶提供無與倫比的 HYPERLINK /doc/5901020.html t _blank 解決方案的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。通過再一次將注意力集中于跨越整個(gè) HYPERLINK /doc/5380395.html t _blank 產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新,NX的成功已經(jīng)得到了充分的證實(shí)。這些目標(biāo)使得NX通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)

10、品檢驗(yàn)應(yīng)用和過程自動(dòng)化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。本次建模采用UG軟件進(jìn)行，如下圖：Ansys可將SolidWorks、UG、Pro/E等三維軟件(run jin)建立的實(shí)體模型導(dǎo)入進(jìn)行分析，為此，我們?cè)赨G中將(zhngjing)做好的模型保存為.x_t格式，這里(zhl)我們命名為“model.x_t”。3 建立有限元模型3.1 導(dǎo)入實(shí)體模型選擇菜單：File-Import選擇“model.x_t”，導(dǎo)入實(shí)體模型。3.2 定義單元類型由于本次彈性體組合梁需加1個(gè)方向的力和力矩，所以需用到實(shí)體單元Solid和剛性單元Structural

11、Mass。SOLID45用于建立三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型。該單元由八個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的x、y、z方向的平動(dòng)。 本單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形、大應(yīng)變等功能。具有沙漏控制的凝聚積分選項(xiàng)。 選擇菜單：ANSYS Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Dele，在彈出的單元定義對(duì)話框中選擇Add，在彈出的單元類型庫對(duì)話框中選擇Structural Mass-3D Mass 21，OK。再Add。選擇Solid-Brick 8 node 185，OK。Close。由于3D Mass 21是剛性單元，所以應(yīng)當(dāng)設(shè)置質(zhì)量實(shí)

12、常量(chngling)為0：選擇菜單：Preprocessor-Real Constants-Add/Edit/Delete-Add，選中Type 1 Mass21，OK，將XYZ三個(gè)方向的質(zhì)量設(shè)置為0。Close。3.3 定義材料(cilio)屬性選擇(xunz)材料為鋼，查閱相關(guān)資料得鋼的彈性模量為2.06E11，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3。選擇菜單ANSYS Main Menu-Preprocessor Material PropsMaterial Models，在材料屬性對(duì)話框中依次雙擊Structural-Linear-Elastic-Isotropic，在彈出的對(duì)話

13、框中設(shè)置EX（彈性模量）為2.06E11，PRXY（泊松比）為0.3，OK。再雙擊選擇Density（密度）為7850，單擊OK即可。Exit。3.4 網(wǎng)格劃分1) 在實(shí)體外建立剛性節(jié)點(diǎn)選擇菜單：Plot Ctrls-Numbering將Keypoint numbers選為on，OK。在圖上連接顯示出的過圓心的節(jié)點(diǎn)27、68，畫出直線。選擇：Preprocessor-Modeling-Create-Lines-Lines-In Active Coord（用2節(jié)點(diǎn)繪制直線），選擇27、68節(jié)點(diǎn)，繪出直線。 選擇：Plot-Lines,將視圖換為線的模式，再選擇：Preprocessor-Mode

14、ling-Create-Keypoints-On Line w/Ratio，選中剛剛繪制的直線。 點(diǎn)擊OK,出現(xiàn)下面的對(duì)話框，并輸入0.5（將關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置在直線的一半處，即圓心處），點(diǎn)擊OK,得關(guān)鍵點(diǎn)3。 此時(shí)，將工作坐標(biāo)系移至3點(diǎn)處，選擇：WorkPlane-Offset WP to-Keypoints+，輸入3，OK。 創(chuàng)建實(shí)體外一點(diǎn)，選擇：Preprocessor-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS，標(biāo)號(hào)為1000，坐標(biāo)為1000、0、0，OK。2) 對(duì)實(shí)體和實(shí)體外點(diǎn)分別進(jìn)行網(wǎng)格化 選擇：Preprocessor-Meshing-MeshTool-

15、Mesh，選中實(shí)體，OK，網(wǎng)格劃分結(jié)束如下圖（可以看到局部應(yīng)力集中(jzhng)處已自動(dòng)細(xì)化處理）：劃分(hu fn)網(wǎng)格圖選擇：Preprocessor-Meshing-MeshTool-Mesh（將網(wǎng)格劃分工具中Mesh下拉列表里選擇為KeyPoints），點(diǎn)選1000點(diǎn)，OK。從下圖我們可以看出，有限元?jiǎng)澐趾蟮狞c(diǎn)1000已經(jīng)(y jing)變成了1562，這就是我們需要的剛性點(diǎn)。3) 建立剛性桿選擇：Preprocessor-Coupling/Ceqn-Rigid Region，在彈出的點(diǎn)選對(duì)話框中首先選中1562點(diǎn)，OK；再點(diǎn)選4個(gè)點(diǎn)（最好是垂直方向的點(diǎn)），圈處彈性組合梁的上表面，OK

16、，生成4根剛性梁如圖：建立的剛性(n xn)連接4 加載和求解(qi ji)4.1 添加約束(yush)和載荷1) 定義分析類型 選擇菜單ANSYS Main Menu- Solution- Analysis Type-New Analysis，tan彈出“New Analysis”對(duì)話框，在設(shè)置分析類型對(duì)話框中選擇Static（靜態(tài)分析），OK。2) 添加約束 選擇菜單ANSYS Main Menu- Solution- Define Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Lines（即加上線約束），彈出“Apply U，ROT on Lines”，選擇

17、彈性體組合梁的底端的線L53和L20，OK。在施加位移約束對(duì)話框中選擇All DOF（所有自由度），單擊OK，施加約束，如下圖：添加(tin ji)約束圖3) 添加(tin ji)載荷 選擇菜單(ci dn)ANSYS Main Menu- Solution- Define Loads-Apply-Structural-Force/MomentOn Nodes，選擇1562點(diǎn)，在施加載荷對(duì)話框中分別加上載荷My=50。再在上盤選擇一處節(jié)點(diǎn)施加Fx=100，單擊OK按鈕。4.2 求解 選擇菜單：ANSYS Main Menu-Solution -Solve-Current LS（當(dāng)前載荷步），彈

18、出“Solve Current Load Step”對(duì)話框，單擊求解對(duì)話框中的OK按鈕。開始計(jì)算，求解結(jié)束后單擊Close按鈕。結(jié)果后處理1) 讀入結(jié)果數(shù)據(jù)集 由于是靜力學(xué)分析，所以只要選擇：ANSYS Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set（讀取第一個(gè)結(jié)果(ji gu)數(shù)據(jù)集）。2) 繪制(huzh)變形圖選擇菜單(ci dn)：ANSYS Main Menu-General Postproc-Plot Results-Deformed Shape，在繪制變形圖對(duì)話框中選擇Def+undefomed（在圖形窗口中繪制變形前和變形后的圖形）單擊OK，變形結(jié)果如圖所示。變形圖3) 繪制等值圖和等值線圖節(jié)點(diǎn)位移等值圖：ANSYS Main Menu-General Postproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu（節(jié)點(diǎn)解），打開“Contour Nodal Solution Data”，出現(xiàn)（繪制節(jié)點(diǎn)解等值圖）對(duì)話框，在“Items to be contoured”欄中選擇“DOF Solution(結(jié)構(gòu)變形)-Displ