ANSYS静力学APDL建模实例应力集中.docx

ANSYS静力学APDL建模实例应力集中.docx

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ANSYS静力学APDL建模实例应力集中

计算分析模型如图所示,习题文件名:

scf

材料参数：

E=205GPa,v=0.3

力载：

4500N

注意单位的一致性：

使用N,mm,MPa单位制

建模教程

在ANSYS工作文件夹内新建“stressconcentrationfactor”目录，以存放模型文件。

注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。

1.1进入ANSYS

开始→程序→ANSYS14.5→MechanicalAPDLProductLauncher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的workingdirectory及文件名scf

如通过MechanicalAPDL14.5进入，则进入预设的workingdirectory

workingdirectory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护）

至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stressconcentrationfactor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。

2.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

2.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node182→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

PlaneStrsw/thk→OK→Close（theElementTypewindow）

2.4定义实常数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete→Add→OK→THK1.2→OK

2.5定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

205e3,PRXY:

0.3→OK

2.6生成几何模型

✓生成特征点（8个）

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0,0,0）,2（75,0,0）,3（75,4.5,0）,4（120,4.5,0）,5（120,19.5,0）,6（75,19.5,0）,7（75,24,0）,8（0,24,0）→Apply/OK（开始点Apply，最后一个点OK）

Tips：

如何用ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→OnWorkingPlane→又该如何操作才能生成同样的点？

？

✓直线（8条）

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→StraightLines→跳出对话框，用鼠标（左键）依次选择点1、2生成直线1，依次类推生成直线2-8。

Tips：

如何显示线的编号？

？

✓生成圆导角（2条）

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Lines→LineFillet→跳出对话框，用鼠标（左键）依次选择直线2、3→Apply→跳出对话框，在RAD输入3→OK生成第1个圆导角。

按照相同的操作在直线5、6之间生成第2个圆导角。

✓生成薄壁钢板的面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ByLines→选择所有的线（包括直线和圆导角，不能遗漏，否则生不成面）→OK

2.7网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（ElementAttributes）Globalset→跳出MeshingAttributes对话框，检查整体单元的相关信息，不改动该表，即只看不动→（SizeControls）Global:

Set→跳出GlobalElementSizes对话框，在SIZE输入:

2→OK→（backtothemeshtoolwindow）Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

此处只看不改（目的为了解单元相关的单元类型、材料、实常数等信息）

Tips：

（1）设置单元尺寸时可否选Areas（即在SizeControls里选Areas），如何可以，该如何做相应操作以获得想要的单元及网格？

（2）可否生成三角形网格？

该如何操作？

（3）Mesh中的Shape、Free、Mapped的功能如何？

试通过具体操作加以验证。

本教程采用四边形网格，但学生在完成大作业进行网格测试时，可选用三角形网格。

2.8模型施加约束

✓给左端施加固定约束（约束住全部自由度）

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines（选取左边端部线）→OK→跳出对话框，选择AllDOF，在Value中输入0→OK。

✓给右端施加x方向的分布载荷（按照圣维南定理，将左边的集中力转换为等效的均布力系，即应力F/A=4500N/（15*1.2mm2）=250MPa）

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→Onlines→pickthelines（选取右边端部线）→OK→跳出对话框，保持Constantvalue不变，在VALUE中输入-250→OK。

Tips：

可不可以直接对右端加点力？

如果可以加在右端某一节点处，模拟结果与分布载荷的情况相比如何？

2.9分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

2.10结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:

Stress,vonMisesStress→OK

可见：

在导角处出现最大应力（最大值为363.653MPa），因此在构件中一旦出现尖、圆角确确会在导角出出现不同程度的应力集中现象，在设计零件时应尽力避免或减缓应力集中现象，此教程中的应力集中因子Kt根据提供的公式计算得到为：

363.653MPa/250MPa=1.4546

因以该例为基础，通过网格收敛测试得到可靠的应力集中因子Kt。

例如：

当细化一倍后，网格和载荷为：

模拟结果为：

此时，最大应力为420.507MPa，相应的应力集中因子为1.682。

此时，最大应力为452.576MPa，相应的应力集中因子为1.810。

网格收敛准则：

当各种细网格的解之间非常接近且相互之间的相对误差≤5％以内时，即可认为收敛。