有限元分析的典型应用领域

有限元分析的典型应用领域

6-4：对该问题进行有限元分析的过程如下。

(1)进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）

程序→ANSYS→ANSYS Interactive →Working directory（设置工作目录）→Initial jobname（设置工作文件名）：Press →Run →OK

(2)设置分析特性

ANSYSMain Menu：Preferences…→Structural →OK

(3)定义单元类型

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Solid: Quad 4node 42 →OK（返回到Element Types窗口）→Options…→K3：Plane Strs w/thk（带厚度的平面应力问题）→OK →Close

(4)定义材料参数

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic：EX：2.1e11（弹性模量），PRXY：0.3（泊松比）→OK →点击该窗口右上角的“×”来关闭该窗口

(5)定义实常数以确定平面问题的厚度

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add →Type 1 PLANE42 →OK →Real Constant Set No：1（第1号实常数），THK：3.4（平面问题的厚度）→OK →Close

（6）生成几何模型

生成上拱形梁

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints→In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：-4.5，8.5→Apply →同样输入后5个特征点坐标（坐标分别为（-2.25，8.5），（2.25，8.5），（4.5，8.5），（0，13），（0，10.75））→OK →Lines →Lines →Straight Line 用鼠标分别连接特征点1，2和3，4生成直线→OK→Arcs →By End KPs & Rad →用鼠标点击特征点2，3 →OK →用鼠标点击特征点6 →OK →RAD Radius of the arc：2.25→Apply （出现Warning对话框，点Close关闭）→用鼠标点击特征点1，4 →OK →用鼠标点击特征点5 →OK →RAD Radius of the arc：4.5→OK（出现Warning对话框，点Close关闭）→Areas →Arbitrary →By Lines →用鼠标点击刚生成的线→OK

生成下拱形梁

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints→In Active CS →NPT Keypoint number：7，X，Y，Z Location in active CS：-4.5，-8.5→Apply →同样输入后5个特征点坐标（坐标分别为（-2.25，-8.5），（2.25，-8.5），（4.5，-8.5），（0，-13），（0，-10.75）→OK →Lines→Lines →Straight Line →用鼠标分别连接特征点7，8和9，10生成直线→OK →Arcs →By End KPs & Rad →用鼠标点击特征点8，9 →OK用鼠标点击特征点12 →OK →RAD Radius of the arc：2.25→Apply （出现Warning对话框，点Close关闭）→用鼠标点击特征点7，10 →OK →用鼠标点击特征点11 →OK →RAD Radius of the arc：4.5→OK（出现Warning对话框，点Close关闭）→Areas →Arbitrary →By Lines →用鼠标点击刚生成的线→OK

生成两根立柱

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By 2 Corners →WP X：-4.5，WP Y：-8.5，Width：2.25，Height：17→Apply →WP X：2.25，WP Y：-8.5，Width：2.25，Height：17→OK

粘结所有面

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans →Glue →Areas →Pick all

生成的几何模型如下所示：

（7）网格划分

ANSYSUtility Menu：PlotCtrls→Numbering →LINE：On，→OK（显示线的编号）

ANSYSMain Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool→位于Size Controls下的Lines：Set →Element Size on Picked…：1，2，5，6 →Apply→NDIV：4（每一条线分为4段）→Apply →Element Size on Picked…：17，18，19，20→Apply →NDIV：20（每一条线分为20段）→Apply →Element Size on Picked…：3，4，7，8→Apply →NDIV：10（每一条线分为10段）→OK →Shape：Mapped →Mesh →Pick all

网格划分如下所示：

（8）模型施加载荷和约束

在上下拱梁内侧施加工作载荷

ANSYSMain Menu：Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →Apply PRES on Lines：4，8→OK →V ALUE：19.61e6→OK

在左立柱左下角节点加X和Y两个方向的约束

ANSYSUtility Menu：Select →Entities ... →Nodes（第1个方框中）→By Location（第2个方框中）→X coordinates→-4.5 →Apply →Reselect →Y coordinates→-8.5 →OK（返回到Structural窗口中）→Displacement →On Nodes→Pick all→Lab2：All DOF→OK

ANSYSUtility Menu：Select→Everything

在右立柱右角节点加X和加Y方向的约束

ANSYSUtility Menu：Select →Entities ... →Nodes（第1个方框中）→By Location（第2个方框中）→X coordinates→4.5→From full→Apply→Reselect →Y coordinates→-8.5 →OK （返回到Structural 窗口中）Displacement →On Nodes→Pick all→Lab2：All DOF→OK

ANSYSUtility Menu：Select →Everything

模型施加载荷和约束如下所示：

（9）分析计算

ANSYSMain Menu：Solution →Solve →Current LS →OK

（10）结果显示

ANSYSMain Menu：General Postproc→Plot Results →Deformed shape…→Def shape only →OK （返回到Plot Results）→Contour Plot→Nodal Solu→Stress→von Mises stress→OK（还可以继续观察其他结果）

（11）退出系统

ANSYSUtility Menu：File →Exit…→Save Everything→OK

（12）计算结果验证

按以上计算方案，可得到最大的V on Mises等效应力、最大的X方向和最大Y方向应力分别为：46.5MPa、1.92MPa、4.85MPa，等效应力、X方向和Y方向应力分布分别如图6-11(a)、(b)、（c）所示。

（a）

（b）

(c)