軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元.ppt

1、1、7.1應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，7.2單元?jiǎng)偠染仃嚕?.3 ANSYS軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元計(jì)算實(shí)例，2、軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)在工程中的廣泛應(yīng)用。軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)是由任意平面圖形繞一條直線(xiàn)旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)體，稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)軸；旋轉(zhuǎn)平面被稱(chēng)為子午面。如果軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的約束條件和施加的載荷與對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)，則載荷產(chǎn)生的位移、應(yīng)變和應(yīng)力也與對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)，這稱(chēng)為軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題。圖7-1軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)體、第七章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元和第七章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元。當(dāng)幾何形狀、約束條件和施加的載荷沿對(duì)稱(chēng)軸的圓周都保持不變時(shí)，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生軸對(duì)稱(chēng)變形，其位移、應(yīng)變和應(yīng)力與夾角無(wú)關(guān)，而只是徑向坐標(biāo)R和軸向坐標(biāo)X的函數(shù)，也就是說(shuō)，位移、應(yīng)變和應(yīng)力在穿過(guò)X軸的任意子

2、午面上的分布規(guī)律是相同的。這種軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題可以稱(chēng)為完全軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)分析中可以簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題。否則，它將被視為一個(gè)空間問(wèn)題。在計(jì)算完整的軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題時(shí)，我們只需要對(duì)任意一個(gè)子午面進(jìn)行離散和分析。4，7.1應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系，圖7-2軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題中的應(yīng)變和應(yīng)力狀態(tài)，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)體問(wèn)題中的應(yīng)力和應(yīng)變分量在右圖中給出。假設(shè)旋轉(zhuǎn)軸為x，徑向軸為r，圓周坐標(biāo)為。沿x軸和r軸的位移分量是u和v，它們是坐標(biāo)r和x的函數(shù)。在軸對(duì)稱(chēng)情況下，任何徑向位移都會(huì)引起周向應(yīng)變，因此必須考慮周向應(yīng)變和應(yīng)力分量。5，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，其中彈性矩陣；初始應(yīng)變；初始應(yīng)力。應(yīng)變與位移的關(guān)系為，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

3、的矩陣表達(dá)式為，6，各向同性材料的彈性模量為，e；泊松比。溫度變化引起的初始應(yīng)變，對(duì)于各向同性材料，平均溫升為，t單位；熱膨脹系數(shù)。第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元7如上所述，對(duì)完全軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題的分析可以轉(zhuǎn)化為對(duì)其任意子午面的分析，這一部分可以分為許多三節(jié)點(diǎn)三角形單元。類(lèi)似于平面問(wèn)題，假設(shè)元素中的位移是坐標(biāo)的線(xiàn)性函數(shù)，每個(gè)元素的位移向量寫(xiě)成。類(lèi)似于平面問(wèn)題中的三角形單元，位移函數(shù)可以表示為單元中任意點(diǎn)的位移，用形狀函數(shù)表示。第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)體單元，7.2單元?jiǎng)偠染仃嚕?，或?qū)懗?，圖7-3四邊形旋轉(zhuǎn)體單元，四邊形旋轉(zhuǎn)體單元，讓旋轉(zhuǎn)軸為X軸和子午軸。單位坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為形狀函數(shù)，單位位移列向量由單位節(jié)點(diǎn)位移插值函數(shù)表

4、示，與形狀函數(shù)相同。在第7章中，軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元9寫(xiě)成矩陣形式，i=1，2，3，4，在第7章中，軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元10，單元?jiǎng)偠染仃嚨姆e分是在環(huán)體上進(jìn)行的，所以四邊形旋轉(zhuǎn)單元的剛度矩陣是用高斯數(shù)值積分法得到的，而在第7章中，軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元11，圓柱直徑0.4m，高度0.6m，材料Q235，彈性模量E=2.1e11Pa，泊松比=0.3；約束：圓柱體下部在軸向固定，在其他方向自由；載荷：頂環(huán)承受軸向線(xiàn)壓力p-200000 n/m，圖7-4圓柱圖，圖7-5單元類(lèi)型對(duì)話(huà)框，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，7.3.1問(wèn)題描述，7.3 ANSYS軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元計(jì)算示例，12，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，(1)選擇單元類(lèi)型運(yùn)行預(yù)

5、處理器單元類(lèi)型添加/編輯/刪除，在彈出的單元類(lèi)型對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊添加，彈出單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話(huà)框，如圖7-6所示，選擇SHELL51單元。7.3.2 ANSYS求解操作過(guò)程，圖7-6單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話(huà)框，圖7-7選擇材料屬性對(duì)話(huà)框，13，(2)設(shè)置材料屬性運(yùn)行預(yù)處理器材料道具材料，圖7-8設(shè)置材料屬性對(duì)話(huà)框，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，14，(3)選擇主菜單預(yù)處理器實(shí)常數(shù)添加/編輯/刪除來(lái)定義單元實(shí)常數(shù)，并彈出如圖7-9所示的對(duì)話(huà)框。點(diǎn)擊增加按鈕，彈出實(shí)常數(shù)元素類(lèi)型對(duì)話(huà)框，如圖7-10所示。選擇類(lèi)型1外殼51，點(diǎn)擊確定，彈出外殼51的實(shí)常量集1對(duì)話(huà)框，如圖7-11所示。在TK(1)中輸入0.005，然后單擊確定。

6、圖7-9實(shí)常數(shù)對(duì)話(huà)框圖7-10選擇設(shè)置實(shí)常數(shù)的單元類(lèi)型，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，第15章，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，圖7-11設(shè)置SHELL51實(shí)常數(shù)對(duì)話(huà)框，(4)首先建立模型的關(guān)鍵點(diǎn)，運(yùn)行主菜單“預(yù)處理器建模”“在活動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)”，彈出如圖7-12所示的對(duì)話(huà)框。創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)1(0.2，0，0)，2(0.2，0.6，0)。生成圓柱母線(xiàn)：運(yùn)行主菜單程序定義創(chuàng)建直線(xiàn)直線(xiàn)，彈出拾取關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話(huà)框，拾取關(guān)鍵點(diǎn)1和2，點(diǎn)擊確定。16，圖7-12“創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)”對(duì)話(huà)框，(5)設(shè)置單元屬性，運(yùn)行主菜單“重新處理網(wǎng)格工具”，彈出網(wǎng)格工具對(duì)話(huà)框，從“元素屬性”下拉列表中選擇“線(xiàn)”，然后單擊“設(shè)置”按鈕彈出拾取線(xiàn)

7、對(duì)話(huà)框，單擊“全部拾取”，彈出“指定線(xiàn)單元屬性”對(duì)話(huà)框，依次將線(xiàn)、線(xiàn)和類(lèi)型設(shè)置為1、1和1，然后單擊“確定”。在第7章，軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，(6)網(wǎng)格劃分，和第17章，點(diǎn)擊網(wǎng)格工具中的線(xiàn)后的設(shè)置按鈕，彈出拾取線(xiàn)的對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊全部拾取，彈出控制線(xiàn)單元大小的對(duì)話(huà)框，設(shè)置NDIV為10，點(diǎn)擊確定。從“網(wǎng)格工具”對(duì)話(huà)框的“網(wǎng)格”下拉列表中選擇“線(xiàn)”，單擊“網(wǎng)格”，彈出拾取線(xiàn)的對(duì)話(huà)框，然后單擊“全部拾取”完成網(wǎng)格。運(yùn)行繪圖控件樣式大小和形狀，彈出如圖7-13所示的對(duì)話(huà)框。在顯示元素選項(xiàng)后選擇打開(kāi)，然后單擊確定按鈕。如圖7-14所示。圖7-13“尺寸和形狀顯示設(shè)置”對(duì)話(huà)框圖7-14“有限元模型”，第7章“軸對(duì)

8、稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元”，18，(7)運(yùn)行主菜單“加載過(guò)程”“在約束條件下精確加載結(jié)構(gòu)位移關(guān)鍵點(diǎn)”，彈出拾取關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話(huà)框，拾取關(guān)鍵點(diǎn)1，并約束其在Y方向的自由度。(8)施加載荷運(yùn)行主菜單程序過(guò)程載荷精細(xì)載荷結(jié)構(gòu)力/力矩關(guān)鍵點(diǎn)，并在關(guān)鍵點(diǎn)2施加垂直向下的集中載荷F-200000N，如圖7-15所示。圖7-15模型加載后，(9)求解并運(yùn)行主菜單求解求解當(dāng)前最小二乘，開(kāi)始計(jì)算，計(jì)算后彈出計(jì)算對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊關(guān)閉關(guān)閉對(duì)話(huà)框，計(jì)算完成。在第7章中，軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元19，(10)被擴(kuò)展成一個(gè)圓柱體來(lái)運(yùn)行主菜單一般的后處理讀取結(jié)果的最后一組。運(yùn)行工具菜單對(duì)稱(chēng)展開(kāi)2軸對(duì)稱(chēng)彈出軸對(duì)稱(chēng)展開(kāi)設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖7-16所示，選擇完全展開(kāi)，點(diǎn)擊確定。圖7-17顯示了圓柱體模式。圖7-16 2D軸對(duì)稱(chēng)延伸設(shè)置對(duì)話(huà)框，圖7-17圓柱體圖，第7章軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)單元，20，(11)結(jié)果顯示一般后處理圖結(jié)果等值線(xiàn)圖節(jié)點(diǎn)解正在運(yùn)行。彈出如圖7-18所示的對(duì)話(huà)框，運(yùn)行解自由度位移矢量和和應(yīng)力，分別顯示氣缸位移和應(yīng)力云圖。結(jié)果如圖7-19和圖7-20所示。圖7-18云圖顯示對(duì)話(huà)框，