輪輻式組合梁有限元分析

1、彈塑性力學(xué)及有限元法題目：分析輪輻式組合梁在FX、fy、Fz和Mx作用下應(yīng)力和應(yīng)變1模型的建立1.1 3D實(shí)體模型的建立Ansys與Solid works等3D建模軟件有許多數(shù)據(jù)接口，如IGES、SAT和X_T 等，他們又不同的特性，適用于不同的模型。本文是將Solid works中文件另存 為X_T格式進(jìn)行導(dǎo)入，這樣能最大限度保證實(shí)體模型的完整性。圖1輪輻式組合梁三維建模2有限元模型的建立2.1定義單元屬性a）定義單元類型選擇菜單 Main Menu： Preprocessor Element Type Add/Delete，在單元 類型對(duì)話框中單擊Add按鈕。彈出單元庫對(duì)話框。在其中的列表

2、中選擇Brick 8node45 和 MASS21。MASS21單元是含有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的單元，該節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度：沿X,Y和Z 軸的平移自由度和繞X,Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。其幾何圖形如下圖5所示，I林吟性f 康坂知x *j*-yV. Elefnentsystemfor KEYOPT（2）= 1圖2 MASS21幾何模型（3）選擇MASS21的主要目的：可以將經(jīng) MASS21劃分的點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)和經(jīng) SOLID187劃分的輪輻式組合梁的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行剛性連接，再在經(jīng)MASS21劃分的點(diǎn) 的節(jié)點(diǎn)上施加轉(zhuǎn)矩和力，將轉(zhuǎn)矩和力傳遞到經(jīng)過網(wǎng)格劃分的輪輻式組合梁的節(jié)點(diǎn) 上。SOLID187單元上的節(jié)點(diǎn)含有三個(gè)平移自由度，無

3、繞軸旋轉(zhuǎn)自由度，無法施 加轉(zhuǎn)矩。MASS21單元是含有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的單元，該節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度：沿X,Y 和Z軸的平移自由度和繞X,Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。b）定義材料屬性選擇菜單 Main Menu： Preprocessor Material PropsMaterialMoudle，在材料屬性窗口中依次雙擊Structural, Linear, Elastic和Isotropic,在彈出的對(duì)話框 中設(shè)置EX （彈性模量）為2.06E11, PRXY （泊松比）為0.3, density （密度） 為7.85E3，單擊OK即可。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7.8

4、5E3。2.2網(wǎng)格劃分可以采用ANSYS提供的Smart網(wǎng)格劃分工具生成有限元模型。執(zhí)行Main MenuPreprocessMeshingMesh tool，打開分網(wǎng)格工具窗口。選中 Element Attributes （單元屬性）中的 set 選項(xiàng)，設(shè)置 meshing attributes 中的TYPE （單元類型），選擇1 SOLID45。選中Smart Size選項(xiàng)，并選擇細(xì)分等級(jí)為1，指定Mesh為Volumeso智能 化控制是用于對(duì)網(wǎng)格劃分進(jìn)行智能化控制，但是這個(gè)命令只是在自由劃分中有 效，不能用于映射網(wǎng)格。Meshing Controls （網(wǎng)格劃分控制）：此命令的功能是對(duì)實(shí)

5、體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格控 制。在“Mesh”后的下拉列表中選擇“Volumes”選項(xiàng)，在Shape中選擇：Tex （四面體），F(xiàn)ree （自由式）劃分方式。其它選項(xiàng)不變，單擊mesh按鈕，選擇輪 輻式組合梁模型，劃分的輪輻式組合梁的網(wǎng)格如圖所示。1ELEMENTSAN1ELEMENTSJAt-T 11 201522:53:47File: D:FileRecvyuanpan.x_t圖3輪輻式組合梁網(wǎng)格圖在原點(diǎn)處建立一點(diǎn)，用MASS21對(duì)該點(diǎn)其進(jìn)行劃分。最后利用接觸管理器 在原點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)和輪輻式組合梁的節(jié)點(diǎn)之間建立剛性連接，如圖所示。圖4建立的剛性連接2.3添加約束和載荷a）定義分析類型選擇菜單 Main

6、 Menu： SolutionNew Analysis，在分析類型對(duì)話框中選擇 Static（靜力學(xué)分析）復(fù)選框，單擊OK即可。b）添加約束選擇菜單 Main Menu： SolutionApplyDisplacementOn Lines，選擇輪輻式 組合梁最外面的圓柱面，單擊OK按鈕，在試加約束對(duì)話框中選擇All DOF （所 有自由度）單擊OK按鈕，其效果圖如圖所示。JAN 11 2015 23:02:44JAN 11 2015 23:02:44ANSYS圖5添加約束圖c）添加載荷選擇菜單 Main Menu: SolutionApplyForce/MomentOn Nodes，選擇原點(diǎn)

7、處的節(jié)點(diǎn)，在施加載荷對(duì)話框中選擇FX,FY,FZ,WX其值都為FX=FY=FZ=1000N, WX=10000N.mm施加載荷的效果圖如圖8所示圖6施加載荷圖2.4求解選擇菜單Main Menu： Solution SolveCurrent LS （當(dāng)前載荷步），單擊求解 對(duì)話框中的OK按鈕。求解結(jié)束后單擊Close按鈕。3結(jié)果處理a）讀結(jié)果選擇菜單 Main Menu： General PostprocFirst Set。b）節(jié)點(diǎn)變形列表選擇菜單 Main Menu: General PostprocList ResultsNodal Solution，在結(jié) 果列表對(duì)話框中選擇DOF sol

8、ution下的Displacement vector sum，單擊OK按鈕， 顯示節(jié)點(diǎn)位移列表，如圖所示。* P0ST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD GASE=0THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SVSTEMNODEUXUUZUSUM10.39639E-07-0.13636E-03-0.11334E-050.13637E-0320.37211E-060.15160E-03-

9、0.15383E-050.15161E-033-0.47969E-07-0.13 6 43 E-03-0.815 5 7E-060.13643E-0340.37406E-060.15180E-03-0.42005E-060.15181E-0350-00000.00Q0Q.0Q000.000060-00000.&Q&.&Q&0.000070-00000.00&00.000080-0000&.&Q&0.000090.6 043 2 E-06-0 _12 5 9 8 E-030.76893E-040.14759E-03100.40582E-05-0.15802E-040.17698E-04圖7節(jié)點(diǎn)變

10、形列表c）變形圖 選擇菜單 Main Menu： General PostprocPlot ResultsDeformed Shape，在繪制變形圖對(duì)話框中選擇Def+undef edge （顯示變形后的形狀）單擊 按鈕，變形圖如圖10所示。圖8變形圖d）節(jié)點(diǎn)云圖 Main Menu: General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu命令，出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)結(jié)果顯示設(shè)置對(duì)話框。在“Items to be contoured”欄中選擇 “DOF SolutionDisplacement vector sum”，顯示的輪輻式組合梁位移云圖，如圖9 所示。在

11、“Items to be contoured” 欄中選擇 “Stressvon Mises SEQV”，顯示輪 輻式組合梁的應(yīng)力云圖，如圖10所示。在“Items to be contoured”欄中選擇“Total Mechanical Strainvon Mises total mechanical strain”，顯示輪輻式組合梁的應(yīng)變?cè)?圖，如圖11所示。圖9位移云圖NODAL SOLUTIONANSTEF=1SUB =1TIME=1NODAL SOLUTIONANSTEF=1SUB =1TIME=1File : D: FileR.ec.vyuanpan.x_tJAN 11 201523:24:41Command (P0ST1)| mat=l| type=2| real=l| csys=O| secn = l圖10應(yīng)力云圖圖11應(yīng)變?cè)茍D4有限元靜力分析根據(jù)計(jì)算結(jié)果，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示:表1：應(yīng)力和應(yīng)變極值類型