13半圆形弹性管分析.docx
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13半圆形弹性管分析
弹塑性力学及有限元
题目:
半圆形弹性管有限元分析
学院:
机械汽车工程学院
教师
姓名
学号:
弹塑性力学及有限元法任务书
题目:
图13是一个半圆形弹性管,在压力P作用下,分析弹性管应力和应变(P值和管壁厚自己选择)。
零件尺寸材料选择:
1.半圆形弹性管壁厚b=5mm,内径为50mm,外径为60mm,材料弹性模量为200GP,泊松比为0.3,半圆形直径为200mm,输入压力P为0.1MP。
概述
1.创建文件名和文件类型,创建几何模型或者将三维软件里的几何模型导入有限元软件,定义单元类型和材料属性,划分网格,建立约束,加载求解,查看计算结果。
2.建立命令流文件将上述过程实现。
3.对危险截面分析,将其简化成平面问题,并进行有限元分析。
操作步骤
第一步:
建立文件名和工作标题
1.选择Utility>File>ChangeJobname命令,出现ChangeJobname对话框。
2.在Enternewjobname文本框中输入工作文件名exercise1,并将Newloganderrorfiles设置为Yes,单击OK按钮关闭对话框。
3.选择Utility>File>ChangeTitle命令,出现ChangeTitle对话框,在文本框中输入STRESSANALSYSTOATORUUNDERPRESSURE,单击OK按钮关闭对话框。
命令流文件:
/FILNAMEEXERCISE1!
定义工作文件名
/TITLE,STRESSANALSYSTOATORUUNDERPRESSURE!
定义工作标题
第二步:
创建几何模型
1.选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Torus命令,出现CreateTorusbyDimension对话框。
2.在RAD1文本框中输入0.025,在RAD2文本框中输入0.030,在RADMAJ文本框中输入0.10,在THETA1文本框中输入0,在THETA1文本框中输入180。
3.单击OK按钮,关闭CreateTorusbyDimension对话框。
屏幕上显示生成如下几何模型。
命令流文件:
/PREP7
TORUS,0.025,0.030,0.10,0,180!
生成半圆形管
方法二创建几何模型
1.创建半圆形软管的截面
选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Area>Circle>PartialAnnulus命令,出现PartAnnular对话框,在WPX,WPY,Rad-1,Rad-2分别输入0,0,0.025,0.03,形成半圆形软管的截面。
2.创建关键点和线
2.1选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Keypoints>InActiveCS命令,分别创建点9(0,0,0),10(0.1,0,0.1),11(0.2,0,0)。
2.2选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Lines>Arcs>ByEndKPs&Rad命令,出现ArcByEndKPs&Rad对话框,依次选中点9和点11,单击Apply按钮,选中点10,出现ArcByEndKPs&Radius对话框,在RAD文本框中输入0.1。
3.由面沿曲线挤出体
选择MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude>Area>Alonglines命令,出现SweepAreas对话框,选中截面,单击Apply按钮,选中曲线,单击OK按钮,
如上图所示,同样可以建立几何模型。
第三步:
定义单元类型
1.选择MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令,出现ElementType对话框。
2.单击Add按钮,出现LibraryofElementTypes对话框。
3.在LibraryofElementTypes对话框的第1个列表中选择StructuralSolid,在第2个列表中选择Tet4node285,在ElementTypesreferencenumber文本框中输入1.
4.单击OK按钮,关闭LibraryofElementTypes对话框。
5.单击Close按钮,关闭ElementTypes对话框。
命令流文件:
/PREP7
ET,1,SOLID285!
定义单元类型
SOLID285单元是3维,4节点组成的单元,这种单元适用于不规则的网格划分和通用材料,该节点有3个自由度,沿X,Y和Z轴的平移自由度。
第四步:
定义材料参数
1.选择MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令,出现DefineMaterialModelsBehavior窗口。
2.在MaterialModelsAvailable一栏中双击Structural选项中的Linear选项,接着双击Linear选项中Elastic选项,最后双击Elastic选项中Isotropic选项,最后出现LinearIsotropicMaterialNumber1对话框
3.在EX文本框中输入材料的弹性模量2E11,在PRXY文本框中输入材料的泊松比0.3,然后单击OK按钮关闭对话框。
4.关闭DefineMaterialModelsBehavior窗口。
命令流文件:
/PREP7
MP,EX,1,2E11!
定义弹性模量
MP,PRXY,1,0.03!
定义泊松比
第五步:
划分网格
1.选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>Manualsize>Global>Size命令,出现GlobalElementSize对话框。
2.在Size文本框中输入0.001,单击OK按钮关闭对话框。
3.选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool命令,出现MeshTool对话框,单击Mesh按钮,出现MeshVolume对话框,单击PickAll按钮,几何模型自动划分网格,屏幕上显示生成如下几何模型。
命令流文件:
/PREP7
ESIZE,0.001!
控制网格大小
VMESH,ALL!
划分单元网格
第六步:
加载求解
1.选择MainMenu>Solution>Analysistype>NewAnalysis命令,出现NewAnalysis对话框。
2.选中Static单选按钮,单击OK按钮。
3.选择UtilityMenu>Select>Entities命令,出现SelectEntities对话框。
在第一个下拉列表框中选择Lines,在在第二个下拉列表框中选择ByNum/Pick,在在第三个下拉列表框中选择FromFull单选按钮。
4.单击OK按钮,出现SelectLines对话框,用鼠标在屏幕上选取编号为3,4,9,10的线段,单击OK按钮。
5.选择UtilityMenu>Select>Entities命令,出现SelectEntities对话框。
在第一个下拉列表框中选择Nodes,在在第二个下拉列表框中选择Attachedto,在第三个选项组中选择Lines,all单选按钮,在第四个选项组中选择FromFull单选按钮,单击OK按钮关闭该对话框。
6.选择MainMenu>Solution>DefineLoad>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,出现ApplyU,ROTonNodes对话框。
单击PickAll按钮,出现ApplyU,ROTonNodes对话框。
在Lab2列表框中选择ALLDOF,在Value文本框中输入0,单击OK按钮关闭该对话框。
7.选择MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas命令,出现ApplyPRESonAreas对话框,选取面3和4,单击OK按钮关闭该对话框。
8.在ApplyPRES对话框中输入value中输入1E5,单击OK关闭对话框。
命令流文件:
/SOLU
ANTYPE,STATIC
LSEL,S,,,3,4!
选择线条3和4
NSLL,S,1!
选取线上的点
D,ALL,ALL!
约束点的所有自由度
LSEL,S,,,9,10!
选择线条9和10
NSLL,S,1!
选取线上的点
D,ALL,ALL!
约束点的所有自由度
ASEL,S,,,3!
选择面3
NSLA,S,1!
选择面3上所有点
SF,ALL,,PRES,1E5!
对3面施加0.1MP的载荷
ASEL,S,,,3!
选择面4NSLA,S,1!
选择面4上所有点
SF,ALL,,PRES,1E5!
对4面施加0.1MP的载荷
SOLVE!
开始求解
FINISH
第七步:
查看处理结果
1.选择MainMenu>GeneralPostproc>PlotResult>DeformedShape命令,出现PlotDeformedShape对话框,点选Def+undeformed,单击OK按钮,屏幕上显示生成如下几何模型,将云图进行后处理。
选择MainMenu>GeneralPostproc>PlotResult>ContourPlot>NodalSolu命令,出现ContourNodalSolutionData对话框,选取DOFsolution,单击Displacement选项,单击OK按钮,屏幕上显示生成如下有限元模型,将云图进行后处理。
2.选择MainMenu>GeneralPostproc>PlotResult>ContourPlot>NodalSolu命令,出现ContourNodalSolutionData对话框,选取Stress,单击vonMisesstress选项,单击OK按钮,屏幕上显示生成如下有限元模型。
命令流文件:
/POST1
PLNSOL,U,SUM!
显示合位移分布
PLNSOL,S,EQV!
显示等效应力场
PLNSOL,EPTO,EQV!
显示等效应变场
FINIFSH
/EXIT,ALL!
退出ANSYS
类型
MAX
MIN
应力(Pa)
0.287E+07
398241
应变(M)
0.222E-04
0.137E-07
有限元分析结果:
命令流文件:
/FILNAMEEXERCISE1!
定义工作文件名
/TITLE,STRESSANALSYSTOATORUUNDERPRESSURE!
定义工作标题
/PREP7
TORUS,0.025,0.030,0.10,0,180!
生成半圆形管
ET,1,SOLID285!
定义单元类型
MP,EX,1,2E11!
定义弹性模量
MP,PRXY,1,0.03!
定义泊松比
ESIZE,0.001!
控制网格大小
VMESH,ALL!
划分单元网格
/SOLU
ANTYPE,STATIC
LSEL,S,,,3,4!
选择线条3和4
NSLL,S,1!
选取线上的点
D,ALL,ALL!
约束点的所有自由度
LSEL,S,,,9,10!
选择线条9和10
NSLL,S,1!
选取线上的点
D,ALL,ALL!
约束点的所有自由度
ASEL,S,,,3!
选择面3
NSLA,S,1!
选择面3上所有点
SF,ALL,,PRES,1E5!
对3面施加0.1MP的载荷
ASEL,S,,,3!
选择面4NSLA,S,1!
选择面4上所有点
SF,ALL,,PRES,1E5!
对4面施加0.1MP的载荷
SOLVE!
开始求解
FINISH
/POST1
PLNSOL,U,SUM!
显示合位移分布
PLNSOL,S,EQV!
显示等效应力场
PLNSOL,EPTO,EQV!
显示等效应变场
FINISH
/EXIT,ALL!
退出ANSYS
应力最大处为危险面,对应力最大处进行分析,将该问题简化成平面应变问题,可取其很截面的1/4建立有限元分析模型进行求解。
1.创建几何模型>2.定义单元类型SolidQuad8node183>3.定义材料性能参数EX=2E11,PRXY=0.3>4.划分网格>5.加载求解,载荷为1E5Pa>6.查看计算结果。
如上图所示,对截面的1/4建立有限元分析模型分别添加UY,UX方向约束,并加载得到结果如下图所示。
查看对截面的1/4建立有限元分析模型的等效应力场和应变场的云图与等值线图。
类型
MAX
MIN
应力(Pa)
610855
454716
应变(M)
0.731E-07
0.682E-07
截面的1/4有限元分析结果:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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- 13 半圆形 弹性 分析