ANSYS静力学分析APDL建模实例

计算分析模型如图所示,习题文件名：scf
F电眦童7Tliua Plite subjected ta “ temil亡load.
Figicre 2.M CN^I -of rhe dim pl^ce a tensile te%f
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Stress concentration factor" 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T程序T ANSYS 14.5T Mechanical APDL Product Launcher14.5宀然后在弹出的启动
界面输入相应的working directory及文件名scf
如通过Mechanical APDL 14.5 进入，则进入预设的working directory
working directory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“stressconcentration factor目录下自动创建
了.log、.err等必要的文件。

2.2设置计算类型
ANSYS Main Menu : Preferences seTct Structural T OK
2.3选择单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor T Element Type T Add/Edit/Delete T Add T select Solid Quad 4 node 182 T OK (back to Element Types window) T Options …-select K3: Plane Strs w/thk —OQ Close (the Element Type window)
■Lent Types
Defined Element Tvres：
NONE DEFINED
M■■
Close Help
2.4定义实常数
ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add OK THK 1.2 T OK
R E 呂1 CoiLStant Set Nu&ber 11, far PLABELS2
Element Type Re Fer enc电Ko. 1
Real Constant Set No.T~
Real Co皿taut £er Pl^ne Stress with Thickness CMYOPT (3)-3)
Thi ckness TKK L 迂
OK Cancel
2.5定义材料参数
ANSYS Mai n Me nu : Preprocessor Material Props Material Models Structural Lin ear f Elastic r Isotropic r in put EX:205e3, PRXY:0.3 r OK
2.6生成几何模型
生成特征点(8个)
ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 宀依次输入四个点的坐标：input:1(O,O,O) ,2(75,0,0) ,3(75,4.5,0) ,4(120,4.5,0) ,5(120,19.5,0) ,6(75,
Tips :如何用ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints On Worki ng Pla ne 又亥如何操作才能生成同样的点？？
直线（8条）
ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Lines 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？？
金 Pick
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'■* L ^SC Q £ Xt SDLS
广 Hira^ :M 包富-Xil€
| 心瓷 | ApplV
生成圆导角（2条）
ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines Line Fillet 宀跳出对话 框，用鼠标（左键）依
次选择直线 2、3 f Apply T 跳出对话框，在 RAD 输入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
ANSYS Main Menu: Preprocessor T Modeling T Create T Areas T Arbitrary B y Lines T 选择所有的线（包括直
线和圆导角，不能遗漏，否则生不成面）
T OK
Hfi ip
2.7网格划分
ANSYS Main Menu : Preprocessor Meshing
Mesh Toc (Element Attributes) Global set
T 跳出
Meshing Attributes 对话框，检查整体单元的相关信息，不改动该表，即只看不动
T (Size Controls) Global: Set T 跳出 Global Element Sizes 对话框，在 SIZE 输入：2 T OK T (back to the
mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped T Mesh T Pick All (in Picking Menu) T Close ( the Mesh Tool window)
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Size Controls 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。

Mash:
zJ
Shape: 护 Tri
f 'Quad
(* FS3
厂 Mopped
"Svweep
| 3cr4 sided
d
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）
ANSYS Main Menu: Solution 宀Define Loads Appl护Structural Displacement On lines T pick the lines （选取左边端部线）OK宀跳出对话框，选择All DOF，在Value中
输入0 T 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心5*1.2mm 2）=250MPa ）
ANSYS Main Menu: Solution T Define Loads T Apply T Structural T Pressure T On lines T pick the lines （选取右边端部线）T OK T跳出对话框，保持Constant value不变，在VALUE 中输入-250T 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
ANSYS Main Menu: Solution 宀 Solve 宀 Current L S OK (to close the solve Current Load Step wi ndow) S OK 2.10结果显示
ANSYS Main Me nu: Ge neral Postproc S Plot Results S Deformed Shape …S select Def + Un deformed S OK (back to Plot Results wi ndow) S Co ntour Plot S Nodal Solu …S select: Stress ,von Mises Stress S OK
85期艸・»・”1融 ■昨昨■■ ■■・|
MlBttflBfutfimimflAiiM'MnnvKA'i
NODAL SO LOTI Off 3TEF-1 SUE -1 TIHE=1
SEQV (AVGJ
DMX -,113264 SHN -17.9511 2JMX =363 ・553
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:
ANSYS
吕EP @ 2016
20:41:22
17,9511 94^73? 171.59 6
24B s 419
325.241
56.3624
13 3 ・185 210 ・IDD8
； _____ _________ _______________ ___ __ 乐
■5.1 S6 51
此时，最大应力为 420.507MPa ，相应的应力集中因子为
1.682。

模拟结果为: j IJTT
IOr-：
F V
TE t 黒黑
S S H S I D S S -1 -1
-1
(AVGJ -a
1X33*7* «5-16851
-4ZO B
307 ANSYS
SEP 6 201£ 20； 512
盘3
JW
■KI
■ rJa arj ■ nru ■ ■ rj b*
i 芥；芥 j ,咒;
163 ・ 763
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。