第8例静力学问题的求解实例扳手的受力分析2.docx
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第8例静力学问题的求解实例扳手的受力分析2
第8例静力学问题的求解实例—扳手的受力分析
[本例提示]介绍了利用ANSYS进行空间问题静力学分析的方法、步骤和过程。
8.1问题描述
图8-1a所示为一内六角螺栓扳手,其轴线形状和尺寸见图8-1b,横截面为一外接圆半径为10mm的正六边形,拧紧力F为600N,计算扳手拧紧时的应力分布。
8.2分析步骤
8.2.1改变工作名
拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname。
弹出图8-2所示的对话框,在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE8,单击“Ok”按钮。
8.2.2过滤界面
拾取菜单MainMenu→Preferences。
弹出图8-3所示的对话框,选中“Structural”项,单击“Ok”按钮。
8.2.3创建单元类型
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete。
弹出图8-4所示的对话框,单击“Add”按钮;弹出图8-5所示的对话框,在左侧列表中选“StructuralSolid”,在右侧列表中选“Quad4node42”,单击“Apply”按钮;再在右侧列表中选“Brick8node45”,单击“Ok”按钮;单击图8-4所示的对话框的“Close”按钮。
8.2.4定义材料特性
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels。
弹出图8-6所示的对话框,在右侧列表中依次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”,弹出图8-7所示的对话框,在“EX”文本框中输入2e11(弹性模量),在“PRXY”文本框中输入0.3(泊松比),单击“Ok”按钮,然后关闭图8-6所示的对话框。
8.2.5创建正六边形面
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Polygon→Hexagon。
弹出图8-8所示的拾取窗口,在“WPX”、“WPY”和“Radius”文本框中分别输入0、0和0.01,单击“Ok”按钮。
8.2.6改变视点
拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→PanZoomRotate。
在弹出的对话框中,依次单击“Iso”、“Fit”按钮。
8.2.7显示关键点、线号
拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Numbering。
在弹出对话框中,将关键点号和线号打开,单击“Ok”按钮。
8.2.8创建关键点
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS。
弹出图8-9所示的对话框,在“NPT”文本框中输入7,在“X,Y,Z”文本框中分别输入0,0,0,单击“Apply”按钮;在“NPT”文本框中输入8,在“X,Y,Z”文本框中分别输入0,0,0.05,单击“Apply”按钮;在“NPT”文本框中输入9,在“X,Y,Z”文本框中分别输入0,0.1,0.05,单击“Ok”按钮。
8.2.9创建直线
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→StraightLine。
弹出拾取窗口,分别拾取关键点7和8、8和9,创建两条直线,单击“Ok”按钮。
8.2.10创建圆角
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→LineFillet。
弹出拾取窗口,分别拾取直线7、8,单击“Ok”按钮,弹出图8-10所示的对话框,在“RAD”文本框中输入0.015,单击“Ok”按钮。
8.2.11创建直线
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→StraightLine。
弹出拾取窗口,分别拾取关键点1和4,单击“Ok”按钮。
8.2.12将六边形面划分成两部分
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→AreabyLine。
弹出拾取窗口,拾取六边形面,单击“Ok”按钮;再次弹出拾取窗口,拾取上一步在关键点1和4间创建的直线,单击“Ok”按钮。
8.2.13划分单元
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool。
弹出图8-11所示的对话框,单击“SizeControls”区域中“Lines”后“Set”按钮,弹出拾取窗口,拾取直线2、3、4,单击“Ok”按钮,弹出图8-12所示的对话框,在“NDIV”文本框中输入3,单击“Apply”按钮;再次弹出拾取窗口,拾取直线7、9、8,单击“Ok”按钮,删除“NDIV”文本框中的3,在“SIZE”文本框中输入0.01,单击“Ok”按钮。
在“Mesh”区域,选择单元形状为“Quad”(四边形),选择划分单元的方法为“Mapped”(映射)。
单击“Mesh”按钮,弹出拾取窗口,拾取六边形面的两部分,单击“Ok”按钮。
8.2.14显示直线
拾取菜单UtilityMenu→Plot→Lines。
8.2.15由面沿直线挤出体
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→AlongLines。
弹出拾取窗口,拾取六边形面的两部分,单击“Ok”按钮;再次弹出拾取窗口,依次拾取直线7、9、8,单击“Ok”按钮。
8.2.16清除面单元
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→Clear→Areas。
弹出拾取窗口,拾取z=0的两个平面,单击“Ok”按钮。
面单元模拟着一个平面结构,如果不清除掉的话,分析模型实际是有两个结构。
8.2.17显示单元
拾取菜单UtilityMenu→Plot→Elements。
8.2.18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”按钮,弹出图8-13所示的对话框,在列表中选择“AllDOF”,单击“Ok”按钮。
8.2.19施加载荷
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”按钮,弹出图8-14所示的对话框,选择“Lab”为“FX”,在“VALUE”文本框中输入100,单击“Ok”按钮。
8.2.20求解
拾取菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS。
单击“SolveCurrentLoadStep”对话框的“Ok”按钮。
出现“Solutionisdone!
”提示时,求解结束,即可查看结果了。
8.2.21查看结果,显示变形
拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape。
弹出图8-15所示的对话框,选中“Def+undefedge”(变形+未变形的模型边界),单击“Ok”按钮。
结果如图8-16所示。
8.2.22查看结果,用等高线显示VonMises应力
拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu。
弹出图8-17所示的对话框,在列表中依次选择“NodalSolution→Stress→VonMisesSEQV”(VonMises应力即第四强度理论的当量应力,
,式中σ1、σ2和σ3为主应力),单击“Ok”按钮。
结果如图8-18所示,可以看出,VonMises应力的最大值为0.149×109Pa,即149MPa。
8.2.23偏移工作平面到关键点
拾取菜单UtilityMenu→WorkPlane→OffsetWPto→Nodes。
弹出拾取窗口,拾取扳手圆角内侧中间的节点159,单击“Ok”按钮。
8.2.24选择结果图形类型,作切片图
拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Style→HiddenLineOptions。
弹出图8-19所示的对话框,选择“/TYPETypeofPlot”为“Section”,选择“/CPLANE”为“Workingplane”单击“Ok”按钮。
图8-20即为工作平面所在位置模型的切片图。
利用步骤8.2.22显示的结果图形是模型外表面各点的结果,利用切片图可以显示模型内部各点的结果。
8.2.25保存结果
拾取菜单UtilityMenu→File→SaveasJobname.db。
ANSYS没有UNDO(撤消)功能,在做一些可能出现错误的操作时,最好先保存一下数据库文件,以备需要时可以恢复原来的数据库。
本文为了保证叙述的连贯,仅仅在分析过程的最后进行了保存操作,读者可不局限于此。
8.3命令流:
/CLEAR
/FILNAME,EXAMPLE8
/PREP7
ET,1,PLANE42
ET,2,SOLID45
MP,EX,1,2E11
MP,PRXY,1,0.3
RPR4,6,0,0,0.01
K,7,0,0,0
K,8,0,0,0.05
K,9,0,0.1,0.05
LSTR,7,8
LSTR,8,9
LFILLT,7,8,0.015
LSTR,1,4
ASBL,1,10
LESIZE,2,,,3
LESIZE,3,,,3
LESIZE,4,,,3
LESIZE,7,0.01
LESIZE,8,0.01
LESIZE,9,0.01
MSHAPE,0
MSHKEY,1
AMESH,ALL
VDRAG,ALL,,,,,,7,9,8
ACLEAR,2,3,1
FINISH
/SOLU
DA,2,ALL
DA,3,ALL
KSEL,S,,,24,29,1
FK,ALL,FX,100
KSEL,ALL
SOLVE
SAVE
FINISH
/POST1
/VIEW,1,1,1,1
PLDISP,2
PLNSOL,S,EQV,0,1
NWPAVE,159
/TYPE,1,SECT
/CPLANE,1
/REPLOT
FINISH
[练习题]
8-1根据你的具体情况,做一个实际的分析过程。
8-2作沿扳手长度方向应力分布的路径图。