ansys表面效应单元模拟一螺栓扭转问题)

ansys表面效应单元模拟一螺栓扭转问题表面效应单元模拟一螺栓扭转问题表面效应单元模拟一螺栓扭转问题模拟一螺栓扭转问题描述：表面效应单元：类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。

它利用实体表面的节点形成单元。

因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。

用 ANSYS 对螺栓模型施加扭转荷载，求解并在后处理器中观察整体柱坐标系下的 UY。

载荷和边界条件:沿螺栓上端的扭矩Mt 等效为切向等效切应力：q=10MPa，底部固定 (UX=UY=UZ=0)。

设:螺栓直径d=100mm，螺栓长度 L=200mm，螺帽直径 D=160mm,螺帽高度 H=30mm。

材料应力—应变关系为线弹性模型，弹性模量 E = 200GPa ，泊松比ν = 0.3 。

2.1 进入ANSYS ANSYSED 10.0 →input Initial jobname:bolt_torque →OK 2.2 设置计算类型Main Menu: Preferences… →select Structural → OK 2.3 选择单元类型Main Menu: Preprocessor →Eleme nt Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 45 → Apply→ select Surface Effect →3D structural 154 OK (back to Element Types window) → Close2.4 定义材料参数Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200E3, PRXY:0.3 → OK 注意前后单位的一致性，本例后面的单位应用 mm，所以此处弹性模量用 200E3.2.5 生成几何模型生成带帽螺栓,用 Sweep 方法，分别生成中空圆环状的螺帽(R=80mm, r=50mm, H=30mm)和圆柱状的螺栓(r=50mm，L=200mm)，然后用布尔命令 Glue，将两体结合. Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Volumes →Cylinder →By Di mensions 在弹出的对话框中输入 Outer radius 50,Z-coordinates0 200 →Apply 在对话框中输入螺帽的尺寸。

Outer radius 50,Optional inner radius 80, Z-coordinates 0 30. →OK 生成图形之后点击 ansys 截面右上角的蓝色立方体按键（Isometric view）Utility Menu →workplane →offset WP by Increments, 在弹出的对话框中 XY，YZ，ZX 一栏中填入 0，-90,0 →OK Main Menu: Preprocessor →Modeling→Operate →Booleans →Divide →Volu by WrkPlane →Pick All →点击蓝色立方体（Isometric view）Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans →Glue →Volumes →Pick All2.6 网格划分 Main Menu: Preprocessor → Meshing → MeshTool 在弹出的MeshTool 对话框中，并在 SizeControls 一栏中的 Lines 组里点击 set 按键。

用鼠标选中所有圆的轮廓线，如图。

（如果选错可以点击鼠标左键取消）选好之后在左边的 Element Size on lines 的对话框中点击 Apply。

会弹出Element Sizes on Picked Lines 对话框。

在 NDIV 栏里填入 5 →Apply. 同样做法，选 AB 段→NDIV：5.选 BC，CD 段→NDIV： 2. →OK Main Menu: Preprocessor → Meshing → MeshTool 在对话框第 4 栏 Shape 组中选中 Hex 和 Sweep 选项。

选中后点击 Sweep 按钮。

弹出的对话框选择 Pick All。

2.7 选择螺栓帽的侧表面, 然后选择与面相关的节点: Utility Menu → Select → Entities → Areas → From Full: 用鼠标选取螺栓帽的侧表 OKUtility Menu → Plot → Areas Utility Menu →Select →Entities →Nodes →Attached →Areas All →Select All → OK Utility Menu → Plot → Nodes 2.8 设置单元类型指针指向 2 (SURF154)，并建立表面效应单元: Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Elements → Elem Attributes → Element type Num → 指向2: SURF154 →OK Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Elements → Surf /Contact→Surf Effect→Generl Surface→No extra Node - Pick All 2.9 选择所有第 2 类单元，打开单元坐标显示并画出它们: Utility Menu →Select →Entities →Elements →By Attributes→ Element Type Num →2 →OK Utility Menu → PlotCtrls → Symbols → Surface load Symbols →Tan-X Pressur e → OK Utility Menu → Plot → Elements 2.10 在总体坐标原点建立 11 号局部柱坐标系: Utility Menu → WorkPlane → Local Coordinate Systems →Create Local CS → At Specified Loc + →在对话框中填入（0,0,0）→OK →OK 2.11 把 SURF154 单元的单元坐标(ESYS)改变为11 : Main Menu → Preprocessor → Modeling → Move / Modify → Elements → Modify Attrib - 改变为11 Utility Menu → Plot → Elements 2.12 建立名为“e_surf”的所有第 2 类单元的组件: Utility Menu →Select →Create →Component/AssemblyComponent →建立 e_surf 所有第 2 类单元的组件→ ok 2.13 关闭单元坐标系: Utility Menu → PlotCtrls → Symbols → CS → OFF 2.14 在 SURF154 单元上施加 10MPa 切向力(沿单元 X 方向) : Main Menu → Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Structural → Pressure → On Element → Pick all (Pick e_surf) 2.15 把“切向 X 压力”符号改为箭头 Utility Menu → PlotCtrls → Symbols →Show pre and convect as → Arrow→ OK 2.16 选择 everything 并画出单元: Utility Menu → Select → Everything Utility Menu → Plot → Elements 2.17 Z=0): Main Menu → Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Structural → 约束 1 号面上的全部自由度(螺栓底面Displacement → On Areas 选择螺栓的底面，→OK→All DOF，在displacement 栏中填入数值0→OK 2.18 使用求解器求解: Main Menu → Solution → Solve → Current LS2.19 进入通用后处理器，把结果坐标系转换为柱坐标，然后打开单元轮廓线绘等值线图: von Mises stress 图Main Menu: General Postproc →Plot Results → Contour Plot →Nodal Solu→ select: Stress →von Mises stress→OK Utility Menu → PlotCtrls → Style → EdgeOptions ... Main Menu: General Postproc →Plot Results → Contour Plot →Nodal Solu→ select: Stress 2.20 在轴的二分之一长度取横截面，画等效应力 von Mises stress,显示剖面结果先平移工作平面（沿 z 轴平移 50mm）Utility Menu→WorkPlane→ offset WP by Increments：X,Y, Z offsets 输入 0，0，50 点击Apply Utility menu → plotctrls → style → hidden line options → type Fo plot：capped hidden → cutting plane workplane is →Working Plane →OK 2.21 退出。