有孔薄壁杆的受力分析(ANSYS建模)资料

目录
一.问题描述 (1)
二.分析步骤 (2)
1.前处理部分 (2)
1.1 定义工作文件名 (2)
1.2 定义单元类型 (2)
1.3 定义材料性能参数 (2)
1.4 生成几何模型 (2)
1.5 网格划分前准备——分割模型 (3)
1.6 划分网格 (4)
2.求解问题 (5)
2.1 选择PCG 迭代求解器: (5)
2.2 施加载荷 (5)
2.3 求解 (5)
3.后处理部分——查看求解结果 (6)
三.结论 (7)
四.参考资料 (7)
题目名称：有孔薄壁杆的受力分析（ANSYS建模）
一.问题描述
1．生活中有很多铝合金制造的薄壁杆，通常用于快速安装拆卸的简易用品，比如鞋架、或者衣柜等。

里面很多都是这样的薄壁杆组成。

三维模型如图1所示对该结构进行受力分析可以预测该结构容易受损部位。

2、杆的材料一般都为铝制品，则所有参数按照铝的规格设定。

弹性模量：E=7.3E+010；泊松比：NUXY=0.33
杆的尺寸：
外径：20mm；内径：15mm；长度：300mm；小孔直径：10mm；
3、该杆为对称结构可以截取一半进行求取，这样可以使求解简单节省求解时间。

为了简化问题假设杆只受到上表面施加的力，设值为1000pa。

二.分析步骤
1.前处理部分
1.1 定义工作文件名
选择Utility Menu→File→Change Jobname 出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname 输入栏中输入工作名yuanningning-10074747并将New log and error file 设置为YES，单击[OK]按钮关闭对话框
1.2 定义单元类型
1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，出现Element Type对话框，单击[Add]按钮，出现Library of Element types对话框。

2）在Library of Element types复选框选择Structual、Solid、
Brick 8node 45,单击[Apply],继续在复选框选择Solid、Brick 20node 95,单击[OK]按钮关闭该对话框。

1.3 定义材料性能参数
1）单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Library→Import library 2）单击对话框的[OK].
3）在Import Material Library File对话框中单击Browse选择文件夹v100>ansys>matlib选择Al_a2024-T3.SI_MPL文件。

4）选择OK关闭对话框。

1.4 生成几何模型
1）选择Main Meun→Preprocessor→Modeling→Create→V olumes→Cylinder→partial cylinder出现partial cylinder
对话框
2）设置各个参数
WP X=0;
WP Y=0 ;
Rad-1=7.5;
Theta-1=0;
Rad-2=10;
Theta-2=180;
Depth=300
单击OK关闭对话框。

3）选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→
Keypoints→KP between KPs在对话框中输入关键点1,5（或者点选），单击OK在KBETween options对话框中设置Value Type为Ratio，Value=1/3,单击Apply后仍选择1,5两点，单击OK设置Value=2/3，单击OK
4）选择WorkPlane→Offset Wp To→Keypoint+在对话框中输入9，单击OK
5）选择WorkPlane→Offset WP by increments …把坐标轴绕Y轴旋转90度后，单击OK
6）选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→V olumes
→Cylinder→By Dimensions设置参数如下
Rad1=5；Rad2=0；Z1=-4；Z2=4；后单击OK
重复上述操作在关键点10处建一个相同的圆柱。

7）选择Main Meun→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→V olmes选择V1后单击OK，再选择V2，V3，单击OK
选择Save_DB，将得到如下模型，
因为小孔部分的网格划分不能用映射网格划分，所以要将整个模型进行分割。

1.5 网格划分前准备——分割模型
1)选择WorkPlane→offset Wp to→Keypoints+输入33，单击OK
2）选择WorkPlane→Offset WP by increments …将XY平面转到与杆的横截面在一个平面后，单击OK
3）选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→operate→Divide→V olu by WrkPlane 在对话框中选择pick all
4）在31,35,36点处重复上面的操作。

5）选择WorkPlane将Display Working Plane前面的勾去掉。

就将模型分为5个部分，如图所示
Save_DB
1.6 划分网格
1）Main Menu→Preprossor→Meshing→Mesh Tool
在ElementAttributes：选Global按set将Type设置为1Solid45后，按OK 在SizeControl：Global按set
在对话框中设置Size为5按OK
Shape：选Hex；选Sweeped按sweep
在“V olumes sweeping”对话框中选体V1，V2，V4后按OK
2）在ElementAttributes：选Global按set将Type设置为2 Solid95
在SizeControl：Global按set
在对话框中设置Size为1.5按OK
Shape：选Tet，Free 按mesh
在“V olumes sweeping”对话框中选择剩下的体后按OK
模型划分网格完毕，所得模型如图所示
Save_DB
2.求解问题
2.1 选择PCG 迭代求解器:
Main Menu→Solution →Analysis Type→Sol’n Control s
打开“Sol’n Options” 选项
选择“Pre-Condition CG”求解器, 按[OK]
2.2 施加载荷
1）选择Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Area在对话框中选择模型的底面后按OK，出现Apply U，Rot on Ares对话框，在复选框中选择All DOF，单击0k
2）选择Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structual→Pressure→On Areas选择模型上表面后单击OK
3）出现Apply PRES on areas对话框，设置V ALUE=1000单击OK
4）选择Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structual→SymmetryB.C→On Areas输入4，11，9,30,22,17,19,18按OK
2.3 求解
选择Main Menu→Solution→Solve→CurrentLS
3.后处理部分——查看求解结果
1）选择Main Menu→General Postproc→Plot Result→Contour Title→Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，点击Stress选Z-Component单击OK 将会出现应力在Z方向的应力变化情况，如下图所示
2）沿Z轴扩展结果
执行Utility menu→PlotCtrls→Style→SymmetryExpansion→UserSpecified Expansion,出现Expansion by Value对话框。

在NREPEATNo.of repetitions中输入2，在Type Typeof expansion中选择Polar，在PATTERNRepeatPattern中选择AlternateSymm，在DX，DY，DZ Increments中设置DY为180，单击OK，生成结果。

可以看到小孔附近的应力状态
三.结论
在网格划分过程中有一些不优的小网格可能导致一些误差，但是做一些定性分析还是不会影响太大，由上面可以看出小孔附近出现了应力集中现象，说明此处最容易产生破坏。

而生活中确实如此，一般都是从此处断裂。

四.参考资料
《ANSYS 10.0有限元分析自学手册》，邓凡平，人民邮电出版社，2007
《通用有限元分析ANSYS 7.0实例精解》，电子工业出版社，2003。