有限元分析报告大作业.docx

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有限元分析报告大作业

有限元分析》大作业基本要求：

1.以小组为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交；

2.以小组为单位撰写计算分析报告；

3.按下列模板格式完成分析报告；

4.计算结果要求提交电子版，一个算例对应一个文件夹，报告要求提交电子版和纸质版。

有限元分析》大作业

小组成员：

储成峰李凡张晓东朱臻极高彬月

Jobname：

banshou

完成日期：

2016-11-22

一、问题描述

（要求：

应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况

和约束情况。

图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。

）如图所示，为一内六角螺栓扳手，其轴线形状和尺寸如图，横截面为一外

接圆半径为0.01m的正六边形，拧紧力F为600N，计算扳手拧紧时的应力分布

图1扳手的几何结构

要求：

针对问题描述给出相应的数学模型，应包含示意图，示意图中应有必要的尺寸数据；

如进行了简化等处理，此处还应给出文字说明。

）

图2数学模型

如图二所示，扳手结构简单，直接按其结构进行有限元分析。

三、有限元建模

3.1单元选择

要求：

给出单元类型，并结合图对单元类型进行必要阐述，包括节点、自由度、

实常数等。

）

图3单元类型

182单元可用来对固体结构进行

扳手截面为六边形，采用4节点182单元，

二维建模。

182单元可以当作一个平面单元，或者一个轴对称单元。

它由4个结点组成，每个结点有2个自由度，分别在x,y方向。

扳手为规则三维实体，选择8节点185单元，它由8个节点组成，每个节点有3个自由度，分别在x，y，z方向。

3.2实常数

（要求：

给出实常数的具体数值，如无需定义实常数，需明确指出对于本问题选择的单元类型，无需定义实常数。

）

因为该单元类型无实常数，所以无需定义实常数

3.3材料模型

（要求：

指出选择的材料模型，包括必要的参数数据。

）

对于三维结构静力学，应力主要满足广义虎克定律，因此对应ANSYS中的线性，弹性，各项

同性，弹性模量EX：

2e11Pa,泊松比PRXY=0.3

3.4几何建模由于扳手结构比较简单，所以可以直接在ANSYS软件上直接建模，在ANSYS建立正六

边形，再创立直线，面沿线挤出体，得到扳手几何模型

图4几何建模

3.5网格划分方案

（要求：

指出网格划分方法，网格控制参数，最终生成的单元总数和节点总数，此外还应附上最终划分好的网格截图。

）

图5网格划分

设定截面每条边线分割份数为3，单元边长为0.01，采用映射的划分单元方法最大节点数为2145，单元总数为1000，网格划分如图4所示

3.5载荷及边界条件处理

（要求：

指出约束条件和载荷条件。

）

四、计算结果及结果分析

（要求：

此处包括位移分析、应力分析、支反力分析等，应附上相应截图及数据，此外还应

对正确性进行分析评判。

）

。

变形图：

如图7所示，根据材料力学相关分析初步判断，扳手手柄朝力的方向一定的弯曲变形。

图7变形图位移分析：

如图8所示，扳手手柄向力的方向位移，位移最大在手柄处节点，最大位移：

0.514E-03m

图8位移图

应力分析：

如图9所示，根据材料力学分析，应力主要集中在扳手的弯角处，最大应力：

0.146E+09Pa

图9应力图

附件1：

小组成员工作说明

（要求：

明确说明小组各个成员在本次大作业中所做的工作，工作内容将作为口试提问的依据之一，同时也作为成绩评定的依据之一。

需注意，附件1的撰写应由小组成员共同完成。

）

储成峰：

启动ANSYS程序，定义分析类型，单元类型。

张晓东：

材料属性，创建几何模型，划分网格。

朱臻极：

添加约束，添加载荷。

李凡：

处理变形图，应力图，位移图。

高彬月：

计算结果及结果分析，文档的整理。

附件2：

详细的计算过程说明（按照上机指导的格式撰写）

1.启动ANSYS程序

开始——所有程序——ANSYSED——ANSYSProductLauncher——SimulationEnvironment下拉框中选择ANSYSED，Product下拉框中选ANSYSED；FileManagement选项卡：

设置WorkingDirectory和JobName命名为banshou——Run。

2.设定分析类型

MainMenu——Preferences——Structural——OK。

3.定义单元类型

MainMenu——Preprocessor——ElementType——Add——StructuralSolid，Quad4Node182——Apply—Brick8node185--OK。

4.定义材料属性

MainMenu——Preprocessor——MaterialProps——MaterialModels——Structural——Linear——Elastic——Isotropic——EX=2e11，PRXY=0.3.

5.创建正六边形

拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—areas—polygon—hexagon，在wpx，wpy，radius文本框中分别输入0,0,0.01。

6.改变视点

拾取菜单uilitymenu—plotctrls—panzoomrotate，单击iso，fit。

7.显示关键点，线号

拾取菜单uilitymenu—plotctrls—numbering，把关键点和线号打开，单击ok。

8.创建关键点

拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—keypoints—inactivecs，在npt输入7，x，y，z，输入0,0,0，单击apply，在npt中输入8，x，y，z，输入0,0,0.05,在npt中输入9，x，y，z，输入0,0.1,0.05，单击ok。

9.创建直线

拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—lines—lines—straightline，选取关键点7,8和8,9创建两条直线。

10.创建圆角

拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—lines—linesfillet，拾取直

线7,8单击ok，在rad输入0.015

11.创建直线

拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—creat—lines—lines—straightline，选取关键点1,4，创建直线。

12.将六边形划分为两部分

拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—operate—Booleans—divide—areabyline，分别拾取六边形面和1,4间的直线。

13，划分单元

拾取菜单mainmenu—preprocessor—meshing—meshtool，单击sizecontrols的lines后的set，拾取直线2,3,4，单击ok，在NDIV文本框中输入3，单击apply，再次拾取直线

7,9,8单击ok，删除NDIV文本框中的3，在SIZE文本框中输入0.01，单击ok，在mesh区域中选择单元形状为quad，选择划分单元的方法为mapped，单击mesh，弹出拾取窗口，拾取六边形面的两部分，单击ok

14，由面沿直线挤出体

拾取菜单mainmenu—preprocessor—modeling—operate—extrude—areas—alonglines，分别拾取六边形面的两部分和直线7,9,8

15，清除面单元

拾取菜单mainmenu—preprocessor—meshing—clear—areas，拾取z=0的两个面，点击ok

16.施加约束

拾取菜单mainmenu—solution—defineloads—apply—structural—displacement—onareas，弹出拾取窗口，拾取z=0的两个平面，单击‘ok'，在列表中选择“ALLDOF”单击“ok”

拾取菜单mainmenu—solution—defineloads—apply—structural—force/moment—onkeypoints,弹出拾取窗口，拾取扳手长臂端面的六个顶点，单击ok，选择lab为fx，

在value文本框中输入100，单击ok。

17，求解

拾取菜单mainmenu—solution—solve—currentls—点击solvecurrentloadstep中的ok，出现solutionisok，可以查看结果

18，后处理

（1）变形图

Mainmenu——GeneralPostproc——PlotResult——deformedshape

（2）应力图

Mainmenu——GeneralPostproc——PlotResult——contourplot——Nodalsolution——vonmisesstress

（3）位移图

MainMenu→GeneralPostproc→ContourResults→NodalSolution→（ContourNodalSolutionData对话框）DOFSolution→Displacementvectorsum→OK。