基于ANSYS的平面板材中心受力分析

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基于ANSYS的平面板材中心受力分析

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基于ANSYS的平面板材中心受力分析

摘要

平面板材的中心受载荷作用的情况在日常生活和生产中很常见，平面板材在其中心受到载荷作用后，容易变形、损坏。因此需要对平面板材主要受力及变形部位要给保护。本文用PROE构建平面板材模型，并导入ANSYS进行形变及应力的分析，对平面板材在承受中心压力或拉力时各点的受力情况进行了研究。得出了平面板材最大形变量和最大应力所在的点，以及应力、应变的变化规律，从而分析得出平面板材的加强筋应该设置为从中心向四周辐射的纵向，横向加强筋应该是内密外疏的蜘蛛网状才是最有效的。同时本文还提出了本问题的进一步的研究方向。

关键词:平面板材中心载荷加强筋 PROE ANSYS

一、平面板材相关数据

本文为不失一般性，采用正十六边形的板材形状，对边的垂直距离为200毫米，厚度为2毫米，载荷作用于其中心直径2毫米的区域，四周的边界受约束。载荷用1兆帕分析。

二、平面板材建模

用PROE三维绘图软件建立平面板材模型，由于厚度方向的值比直径小很多，所以可以看做平面模型。平面板材模型如图1所示。

图1：平面板材模型

三、平面板材有限元模型

将建立的平面板材模型导入ANSYS建立有限元模型，如图2所示。

图2：平面板材的有限元模型

单元类型：SOLID45

材料属性：45钢，EX=210E6MPA ，PRXY=0.3

网格划分：自由划分，控制全局单元大小为5mm

实体单元数目：40674

四、载荷和约束加载

平面板材受力一般是在其中心或者中心附近，而约束一般是在周围，本文在平面板材的边缘加约束，在中心加直径2毫米的区域内加载1兆帕，如图3所示。

图3：平面板材约束

约束位置：平面板材的周围

载荷位置：平面板材的中心直径2毫米区域

载荷大小：1兆帕

五、分析结果

图4：平面板材中心受力的应变图

图5：平面板材中心受力的应力图

六、结论

本文研究时赋予模型材料为45钢，其屈服强度为310MPA，抗拉强度为570MPA。

规律：当平面板材中心受载时，最大应力、应变出现在中心，并且按照一定的规律向外逐渐减小，以圆心为中心向外以同心圆的规律减小。

建议：对于平面板材，由于其强度一般达不到使用要求，所以要设置加强筋，加强筋的设置方法有很多，但是对于平面板材这样的应力变化规律应该设置为从中心向四周辐射的纵向加强筋，内密外疏的横向加强筋的蜘蛛网状才是最有效的。设置加强筋的示意图如图6、7所示。

图6：加强筋布置示意图

图7：加强筋布置示意图

图7中的颜色深的表示应力、应变大的地方，在这里加强筋的布置也比较密集，保证了加强筋布置的合理性。

七、进一步研究方向

仿生学研究：同时将加强筋设置为从中心向四周辐射的纵向加强筋，内密外疏的横向加强筋的蜘蛛网状这一结论与仿生学的结论也对应起来，根据仿生学的研究，蜘蛛网的结构是很高效的承载结构，可以从仿生学的角度对加强筋的设置进一步优化。蜘蛛网如图8所示。

算法的进一步研究：对于加强筋的具体设置方式还需要进一步研究，根据加载的形式，加载的大小所对应的应力、应变的变化规律来设置加强筋，采用更好的算法和软件来分析，这样既保证了结构的强度，同时也节省了大量的材料。

图8：蜘蛛网