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算例分享:带圆孔平板的应力分析

2月前浏览10438

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了一个Workbench环境中的平面应力计算例题,通过ANSYS Mechanical分析薄板上的应力分布情况。文章详细描述了建模计算过程,包括创建项目文件、建立结构静力分析系统、创建薄板几何模型、Engineering Data设置、前处理、加载以及求解、结果查看等环节。在分析过程中,将分析类型设为2D,并调用Workbench的General Materials材料库添加铝合金材料Aluminum Alloy。最后,通过施加均布荷载并求解,得到薄板中的Normal Stress应力分布情况,并与理论解答作比较,结果表明计算结果正确无误。

本节介绍一个Workbench环境中的平面应力计算例题,并与理论解答作比较。

1.问题描述

如图1所示为带有中心圆孔的方形铝合金薄板,长宽均为1.0m,薄板厚度为0.015m, 在其左右两侧面承受均布受拉载荷0.50MPa,通过ANSYS Mechanical分析薄板上的应力分布情况。

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图1 薄板示意图

2.建模计算过程

建模计算的过程包含创建项目文件、建立结构静力分析系统、创建薄板几何模型、Engineering Data设置、前处理、加载以及求解、结果查看等环节。

在Workbench左侧工具箱的分析系统中选择Static Structural(ANSYS),用鼠标左键将其拖拽至A2(Geometry)单元格中,形成静力分析系统B,该系统的几何模型来源于几何组件A,如图2所示。

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图2建立静力分析系统

用鼠标选择A2单元格(Geometry),在右键菜单中选择Properties,或通过勾选View菜单的Properties选项,在Project Schematic的右侧出现Properties of Schematic A2:Geometry属性栏。在Geometry属性栏的Advanced Geometry Option选项中,将Analysis Type(分析类型)设为2D(缺省为3D),如图3所示。

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图3 修改分析类型

在DM中创建几何模型如图4所示。

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图4 形成的薄板面体模型

在Workbench的Project Schematic窗口中,双击B2(Engineering Data)组件,进入Engineering Data界面。调用Workbench的General Materials材料库,添加铝合金材料Aluminum Alloy。

上述设置完成后,点工具栏上的“Return to Project”按钮,返回Workbench的Project Schematic窗口。

在Workbench的Project Schematic中双击B4(Modal)单元格,启动Mechanical组件。在Mechanical的Project树中,选择Geometry分支,在界面左下方的“Details of Geometry”中进行属性设置。其中,2D Behavior中选择Plane Stress,如图5所示。

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图5 修改分析类型

单击Geometry下的Surface Body,在下方的详细列表中输入薄板厚度为15mm。在详细列表中Material 下的Assignment分支中将薄板的默认材料属性修改为Aluminum Alloy(铝合金)。选择Mesh分支,在其右键菜单中选择Insert>Mapped Face Meshing加入面体的映射网格划分选项,在Mesh分支的右键菜单中选择Insert>Sizing,在其Details中的Element Size设置网格尺寸为5mm。随后在Mesh分支的右键菜单中选择Generate Mesh进行整体网格划分。划分完成后的网格如图6所示。

q6.png

图6 网格划分后的模型

按照如下步骤施加均布荷载并求解。

第1步:施加均布载荷。

a.选择Static Structural分支,在其右键菜单中选择>Insert>Pressure,加入一个Pressure荷载分支。

b.选择施加荷载的边。选择工具栏的边选择模式,旋转模型,左键选择薄板对称的两个边,最后点击详细列表下的Apply按钮。

c.在Magnitude中将载荷值大小设为-0.5Mpa,注意负号表示拉应力。

第2步:插入需要查看的结果项目

选择Project树的Solution(B6)分支,在其右键快捷菜单中选择Insert>Stress> Normal,在插入的Normal Stress分支的Details选项中,设置其Orientation为X Axis,Coordinate System为Global Coordinate System。

第3步:求解

单击Mechanical工具栏的Solve按钮,程序开始计算,计算完成后Solution分支下的各二级分支左侧的状态图标均为绿色的√。

选择Solution下的Normal Stress分支,显示模型中X方向的正应力分布如图7所示。圆孔边缘的最大正应力为1.46MPa,约为平均正应力的3倍,这与单向拉伸无限大薄板中圆孔附近应力理论解是一致的,也表明计算结果正确无误。

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图7  薄板中的Normal Stress应力分布情况

Design ModelerMechanicalWorkbench
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首次发布时间:2019-04-29
最近编辑:2月前
尚晓江
博士 | 博士 技术专家 海内存知己,天涯若比邻
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1条评论
CAE小生
学好有限元!!!
4年前
这种网格好看,质量不算高吧
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