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薄壁圆筒在载荷作用下的应力和应变

时间:2018-01-12  热:0℃  分享:黄书包
导读:就爱阅读网友为您分享以下“薄壁圆筒在载荷作用下的应力和应变”资讯,希望对您有所帮助,感谢您对92to.com的支持!

弹塑性力学及有限元法

题目:试分析图1薄壁圆筒在载荷作用下的应力和应变(载荷个数、大小、薄壁圆的参数自己选择)。

1. 三维建模

3D 模型是对部件进行分析和改进的结果,模型建立的越精确,有限元分析中的网格划分也就越细致,那么得到的结果相应的也就更加的准确,考虑到薄壁圆筒的结构性,将其适当的简化,用SOLIDWORKS 建模(如图2)。

图2 薄壁圆筒三维模型

考虑到ANSYS 和SOLIDWORKS 有很多数据接口,例如IGES,PARA, 以及SAT 等等,为了保证零件导入的完整性,选择另存为PARASOLID (*.x_t)文件,在将其导入ANSYS 中的workbench 协同仿真环境中。

2. 有限元分析

2.1定义单元的属性

1)定义材料属性:选择菜单Toolbox :Static Structural(ANSYS)>Project Schematic>Engineer Data>Edit>View>Outline在材料属性窗口Material 选择Structural Steel ,View>Properties 在弹出的对话框中设置Young's Modulus (弹性模量)为2E11,Poisson's Ratio(泊松比)为0.3,density (密度)为7850,单击OK 即可。

2)导入模型:选择菜单Static Structural(ANSYS):Geometry>Import Geometry>Browse 将之前存入的PARASOLID (*.x_t)文件导入环境中,并且选择单位为Millimeter(毫米) 。

3)定义单元的类型:ANSYS 提供了190 多种不同的单元类型, 从普通的线单元、面单元、实体单元到特殊的接触单元、间隙单元和表面效应单元等。选择合适的单元类型是进行各类有限元分析的基础, 在满足计算精度的同时可以有效的简化单元划分的难度。实体单元类型也比较多, 实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45, solid92, solid185, solid187 等几种。

4)在此, 选择单元类型为Solid185, 因为Solid185 单元是3 维8 节点实体, 该单元用来模拟3 维实体, 由8 个节点定义, 每个节点3 个自由度: X ,Y, Z 方向. 具有塑性, 超弹性应力, 超大许用应变, 大变形, 大应变能力(如图3)。选择菜单Static Structural(ANSYS):Model>Geometry>Solid>Inset>Command 在右方出现的命令栏中输入et,matid, 185, 回车确定。即选择单元类型为三维实体单元

Solid 185.

2.2 网格划分

有限元网格数目过少,容易产生畸变,并影响计算精度;而数目过大,不仅对提高精度作用不大,反而大大增加了计算工作量.

1)可以采用ANSYS WORKBENCH提供的mesh 网格划分工具生成有限元模型。

2)在detail of mesh(划分细节)中选择Sizing ,将Use Advanced Size Function 项改为Proximity and Curvature,将Relevance Center项改为fine 。

3)选择菜单MODEL ,Mesh Control>Mapped Face Meshing,选中实体准备行映射网格划分。

4)选择菜单MODEL ,Mesh>Generate mesh进行网格划分(如图4)。

图4 网格划分

划分网格后生成:

节点数32334个,(如图5所示)

单元数19088个(如图5所示) 。

图5 Statistics

2.3添加约束和载荷

1)添加约束 :选择菜单MODEL :Static Structural>Inset>Fixed Support,选择薄壁圆筒的左端面,在下方工具栏中 Details of Fixed Support>Scope>Geometry,选择Apply 。

2)添加载荷:选择菜单MODEL :Static Structural>Inset>Moment,选择薄壁圆筒右端圆柱面,在下方工具栏中 Details of Moment>Definition>Define by>Components>Global Coordinate System>X Component,输入扭矩值为1000N.m 点击确定即可(如图6)。

图6 添加约束和载荷

2.4 求解

选择菜单MODEL :Static Structural>solve,即可对上述设定进行求解。

3. 结果处理

1)选择菜单MODEL :Static Structural>Solution>Inset>Stress> Equivalent(von-mises),显示节点应力云图(如图7,8所示)。

2)选择菜单MODEL :Static Structural>Solution>Inset>Stain> Equivalent(von-mises),显示薄壁圆筒应变分布图(如图9所示)。

3)选择菜单MODEL :Static Structural>Solution>Inset>Deformation>Total 绘制变形图(如图10所示)。

4) 选择菜单MODEL :Static Structural>Solution>Evaluate All Results 将三种图的结果进行处理。

图7 节点(von-mises )应力图

图8 薄壁圆筒应变分布图

图9薄壁圆筒变形图

4. 有限元静力学分析

根据计算结果,统计数据如表1所示:

由图7,8可看出主体钢结构的等效应力分布比较散,虽然处于材料Q235的安全工作范围内,满足强度要求。图7显示,最大应力发生在横截面尺寸不同的两面交接处,等效应力值为35.992MPa 小于屈服极限235MPa, 故此结构基本符合要求。但是零件容易遭到破坏。如将交界处加工出圆角(如图11),可将应力集中的现象改善。

图10 改良后的部分图


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标签: 薄壁圆筒应力分析
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