悬臂梁

带孔的悬臂梁有限元分析下图所示为带方孔（边长为80mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）问题分析：1.该问题属于平面应力问题。分析类型为静力分析。2.初步判断孔的上边受拉力，下边受压力。3.其最大位移发生在受力部位。4.经查询资料，该悬臂梁材料为钢。其45号钢。E=210GPa.泊松比V=0.37一进入ANSYS例如在D盘建立一名为lianxi的文件夹，工作文件名为xuanbiliang。然后运行开始——程序——ANSYS11.0.0——AnsysProductLauncher→fileManagement→selectWorkingDirectory:D:\lianxi，inputjobname:xuanbiliang→Run二建立几何模型1.首先设置优先权1))MainMenu：Preferences2)在弹出的对话框中将“Structural”选项选中。按下OK按钮完成操作并关闭对话框2.建立模型。1.MainMenu：PreprocessorModelingCreatekeypiontsinactivecs.2.创建关键点在打开的对话框里面分别输入要建立模型的关键点，在上面的输入框里面输入关键点的编号，下面的三个输入框内输入其坐标。为1（0，0，0）2（0，500，0）3（900，250，0）4（450，500，0）5（900，500，0）如下3.创建悬臂梁面积。MainMenu：PreprocessorModelingCreateAreasarbitaryThoughkps.分别选中图上的1-5点，点击OKSAVE-DB4.创建方孔的坐标点先创建方孔的坐标。6（243.5，250，0）7（300，306.5，0）8（356.5，250，0）9（300，193.5，0）。5.创建方孔的各条线。然后将各个点用直线连接起来。MainMenu：Preprocessor-Modeling-Create-lines-lines-straightline.然后选中6，7两点，点击apply。依次将各点用直线连接起来，如下图6.创建方孔面积。MainMenu：Preprocessor-Modeling-Create-Areas-arbitary-bylines.选中各点连接起来的L6,L7,L8,L9.点击ok.5创建方孔，进行布尔运算。Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Areas.首先选中大的悬臂梁区域。Apply.再选中方孔区域，OK!如下图SAVE-DB三定义材料特性1．MainMenu：PreprocessorMaterialProps---MaterialModels。2．在材料特性定义窗口中选择：Structural—Linear—Elastic—Isotropic。3．在EX栏内输入2.1e5（弹性模量）。4．在NUXY栏内输入0.27（泊送比）。5.按下OK按钮完成操作并关闭对话框。四划分网格1.定义单元类型及其选项1)MainMenu：PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete。2)按下Add按钮来打开添加单元类型对话框。选中ElementTypes左框内选择StructuralSolid。右边框内选中Quad8node82OK关闭ElementTypes对话框。3)设置为带厚度的平面问题。MainMenu：PreprocessorElementTypeoptions在ElementbehaviorK3后的选项栏内选择Planestrsw/thk.2.定义常数MainMenu：PreprocessorRealConstants。按下Add按钮。1)在出现的ElementTypeforRealConstants窗口中，选择单元类型Type1PLANE82，并按下OK按钮。2)在THK编辑框内输入厚度值1。按下OK按钮关闭对话框.3）SAVE-DB3划分网格1)在划分网格之前，需要对单元的属性进行指定。Mainmenupreprocessormeshingmeshattributesdefaultattribs..2)以上的对话框操作用于设置缺省状态下的单元属性。对话框的左边的可以看到与对话框等价的5条命令。在TYPE(设置单元类型)后选择1SHELL63;MAT(选择材料模型类型)后选择1；REAL（选择实参数组合类型）后选择1.3)对网格的密度进行设置。MainManu-preprocessor-Meshing-Meshtool点击Global后的Set按钮。对单元的长度进行定义。在Meshtool对话框内有shape选项。ANSYS前处理程序提供了自由网格（Free）以及映射网格（Mapped）.映射网格一般要比自由网格规整一些。但划分映射网格需要满足一些条件。a)此面必须由3或4条线围成。b)在对边上必须有相等的单元划分数。c)在对面和侧面上所定义的单元划分数必须相等。故对于本分析来说，单元划分应该是自由网格划分。选Free.4）点击Mesh.在弹出的MeshAreas上点击pickall.5）显示单元与节点编号。Plotctrlsnumbering将NODE项打开。并在Elem/Attribnumbering后的下拉菜单框内选择Elementnumberings.4关闭Meshtool对话框。SAVE-DB4.施加载荷1应用位移约束条件如题意所示，该悬臂梁受约束。其上端右半部分受到均布载荷。1)MainMenu：Solution—DefineLoads—Apply—Structural—Displacement—OnLines。2)选择悬臂梁的左边。3)在按下选择菜单上的OK按钮。4)选择AllDOF（所有自由度）项。5)在编辑框内输入0作为位移值。6)按下OK按钮。7)UtilityMenu：PlotLines。8)Toolbar：SAVE_DB。2.施加压力载荷。1．MainMenu：Solution—DefineLoads—Apply—Structural—Pressure—OnLines。2.选择悬臂梁上端右边的线3.按下选择菜单中的Apply按钮。4.在VALUE后的输入框内输入100005.按下对话框中的Apply按钮。6．按下OK按钮关闭对话框。7．Toolbar：SAVE_DB。五求解1.进行求解MainMenu：Solution-Solve-CurrentLS。上步操作后，屏幕上出现一个状态窗口。浏览窗口内的信息，然后选择File菜单内的Close项关闭该窗口。按下OK按钮，开始求解。关闭求解结束时出现的信息窗口。六观察结果1.进入后处理器并读入计算结果MainMenu：GeneralPostproc→ReadResults→FirstSet。2.绘制位移云图1．MainMenu：GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu2．选择DOFsolution,Displacementvectorsum→在Undisplacedshapekey后选择Deformedshapewithundeformededge（包括变形前和变形后）→OK3.绘制vonMises等效应力云图1MainMenu：GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu。2.选择STRESS项下的vonMisesstress.在Undisplacedshapekey后选择Deformedshapewithundeformededge（包括变形前和变形后）→OK可分别查看在X方向和Y方向的位移。X方向应力图Y方向应力由上图可知，悬臂梁在小孔处有应力集中。对第二种模型进行建模分析。建模方法与上述一致。在计算后，有等效位移云图为应力分布图X方向应力图Y方向应力图当小孔的形状变成圆孔时。得出的分析结果有等效位移分布图等效应力分布图X方向应力分布图Y方向位移分布图八总结对三种情况进行比较，可知在开孔处都有集中应力。但由于孔的形状不同或同一种形状不同位置，都会使开孔处的集中应力受到影响。梁的最大位移处均发生在梁的自由端。通过数据分析对比：模型孔的类别最大位移(mm)最大拉应力(Mpa)最大压应力(MPa)一转动的方孔0.635565131.4478.722二正置方孔0.638331132.01381.260三圆孔0.682792133.720110.194说明开孔的形式对应力集中有着明显的影响。