ansys实例教程：静力学问题的求解实例—扳手的受力分析.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

[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。

a）b）

图8-1扳手

8.2分析步骤

8.2.1改变工作名

拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname。

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。

图8-2改变工作名对话框

第8例静力学问题的求解实例—扳手的受力分析

77

8.2.3创建单元类型

图8-3过滤界面对话框

拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element

Type→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Main Menu→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。



图8-4单元类型对话框

8.2.5创建正六边形面

图8-5单元类型库对话框

图8-6材料模型对话框

图8-7材料特性对话框

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→In Active

CS。

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。

图8-8拾取窗口

图8-9创建关键点的对话框

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

图8-10圆角对话框

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→LineFillet。

弹出拾取窗

图8-11划分单元工具对话框 图8-12单元尺寸对话框

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Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→Area by

Line。

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Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along

Lines。

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

图8-13在面上施加约束对话框

拾取菜单Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On

Areas。

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→On

Keypoints。

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

图8-14在关键点施加力载荷对话框

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“SolveCurrentLoad

图8-15显示变形对话框

Step”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

图8-16扳手的变形

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

图8-17用等高线显示节点结果对话框

图8-18扳手的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”（Von

Mises应力即第四强度理论的当量应力，σ= 1[（σ-σ）2+（σ

-σ）2+（σ-σ）2]，式中

e 2 1 2

2 3 3 1

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，Von Mises应力的最大值为0.149×109 Pa，即149

MPa。

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。

图8-19结果图形类型对话框

图8-20切片

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

/PREP7ET,1,PLANE42ET,2,SOLID45MP,EX,1,2E11MP,PRXY,1,0.3

RPR4,6,0,0,0.01

K,7,0,0,0

K,8,0,0,0.05

K,9,0,0.1,0.05LSTR,7,8LSTR,8,9

LFILLT,7,8,0.015LSTR,1,4

ASBL,1,10LESIZE,2,,,3

LESIZE,3,,,3

LESIZE,4,,,3LESIZE,7,0.01LESIZE,8,0.01LESIZE,9,0.01MSHAPE,0MSHKEY,1

AMESH,ALLVDRAG,ALL,,,,,,7,9,8ACLEAR,2,3,1FINISH

/SOLUDA,2,ALLDA,3,ALLKSEL,S,,,24,29,1FK,ALL,FX,100KSEL,ALLSOLVE

SAVEFINISH

/POST1

/VIEW,1,1,1,1PLDISP,2PLNSOL,S,EQV,0,1NWPAVE,159

/TYPE,1,SECT

/CPLANE,1

/REPLOTFINISH

[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。