有限元作业.docx

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有限元作业

Ansys实例作业报告

一、问题描述

8、取8万吨模锻液压机的中间牌坊主框架（将承受4万吨压力）作为计算模型。

将该中间牌坊简化为一个二维计算模型，并用ANSYS进行初步分析。

参数取为：

取材料参数

。

这里仅考虑工作状态，即在垂直方向承受400MN的压力，则在上下拱梁的内表面上有均布压力

8万吨模锻液压机主牌坊的几何及外载情况（简化为2D模型）

图1-1

2、问题解答流程

1、计算模型见图1-1，对该问题进行有限元分析的过程如下。

进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（设置工作目录D:

\ansys分析）→Initialjobname（设置工作文件名zuoye8.0）：

Press→Run→OK

进入工作界面。

（2）设置分析特性

ANSYSMainMenu：

Preferences…→Structural→OK

（3）定义单元类型

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→Solid:

Quad4node42→OK（返回到ElementTypes窗口）→Options…→K3：

PlaneStrsw/thk（带厚度的平面应力问题）→OK→Close

（4）定义材料参数

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→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

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add→Type1PLANE42→OK→RealConstantSetNo：

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

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→NPTKeypointnumber：

1，X，Y，ZLocationinactiveCS：

-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→StraightLine用鼠标分别连接特征点1，2和3，4生成直线→OK→Arcs→ByEndKPs&Rad→用鼠标点击特征点2，3→OK→用鼠标点击特征点6→OK→RADRadiusofthearc：

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→RADRadiusofthearc：

4.5→OK（出现Warning对话框，点Close关闭）→Areas→Arbitrary→ByLines→用鼠标点击刚生成的线→OK

生成下拱形梁

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→NPTKeypointnumber：

7，X，Y，ZLocationinactiveCS：

-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→StraightLine→用鼠标分别连接特征点7，8和9，10生成直线→OK→Arcs→ByEndKPs&Rad→用鼠标点击特征点8，9→OK用鼠标点击特征点12→OK→RADRadiusofthearc：

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→RADRadiusofthearc：

4.5→OK（出现Warning对话框，点Close关闭）→Areas→Arbitrary→ByLines→用鼠标点击刚生成的线→OK

生成两根立柱

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By2Corners→WPX：

-4.5，WPY：

-8.5，Width：

2.25，Height：

17→Apply→WPX：

2.25，WPY：

-8.5，Width：

2.25，Height：

17→OK

粘结所有面

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→Areas→Pickall

（7）网格划分

ANSYSUtilityMenu：

PlotCtrls→Numbering→LINE：

On，→OK（显示线的编号）

ANSYSMainMenu：

Preprocessor→Meshing→MeshTool→位于SizeControls下的Lines：

Set→ElementSizeonPicked…：

1，2，5，6→Apply→NDIV：

4（每一条线分为4段）→Apply→ElementSizeonPicked…：

17，18，19，20→Apply→NDIV：

20（每一条线分为20段）→Apply→ElementSizeonPicked…：

3，4，7，8→Apply→NDIV：

12（每一条线分为12段）→OK→Shape：

Mapped→Mesh→Pickall

（8）模型施加载荷和约束

在上下拱梁内侧施加工作载荷

ANSYSMainMenu：

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→ApplyPRESonLines：

4，8→OK→VALUE：

4e8/（4.5*3.4）→OK

在左立柱左下角节点加X和Y两个方向的约束

ANSYSUtilityMenu：

Select→Entities...→Nodes（第1个方框中）→ByLocation（第2个方框中）→Xcoordinates→-4.5→Apply→Reselect→Ycoordinates→-8.5→OK（返回到Structural窗口中）→Displacement→OnNodes→Pickall→Lab2：

AllDOF→OK

ANSYSUtilityMenu：

Select→Everything

在右立柱右角节点加Y方向的约束

ANSYSUtilityMenu：

Select→Entities...→Nodes（第1个方框中）→ByLocation（第2个方框中）→Xcoordinates→4.5→Fromfull→Apply→Reselect→Ycoordinates→-8.5→OK（返回到Structural窗口中）Displacement→OnNodes→Pickall→Lab2：

UY→OK

ANSYSUtilityMenu：

Select→Everything

（9）分析计算

ANSYSMainMenu：

Solution→Solve→CurrentLS→OK

（10）结果显示

ANSYSMainMenu：

GeneralPostproc→PlotResults→Deformedshape…→Defshapeonly→OK（返回到PlotResults）→ContourPlot→NodalSolu→Stress→vonMisesstress→OK（还可以继续观察其他结果）

（11）退出系统

（11）退出系统ANSYSUtilityMenu：

File→Exit…→SaveEverything→OK

（12）计算结果验证

按以上计算方案，可得到最大的VonMises等效应力和最大的Y方向应力分别为：

95.7MPa、51.0MPa，等效应力与Y方向应力分布分别如上图所示。

为验证计算结果，以立柱为对象，假设其受均布载荷，Y方向（垂直）应力为：

500MN/（2×2.25×3.4）=32.7MPa，可见与上图相吻合。

可以看出，主牌坊的立柱都处于承受拉应力的状态，最大值达到32.7MPa，这对材料提出了较高的要求；一种改进方式就是在机架的外圈采用钢丝缠绕技术来施加预紧力，以此来抵消液压机工作时所产生的拉应力，使得机架处于完全的压应力状态，这将完全改善机架的应力状态。