有限元分析及应用报告-利用ANSYS软件分析带孔悬臂梁

有限元分析及应用报告

题目：利用ANSY软件分析带孔悬臂梁

姓名：xxx

学号：xxx

班级：机械xxx

学院: 机械学院

指导老师：xxx

二零一五年一月

问题概述

图示为一隧道断面，其内受均布水压力q,外受土壤均

布压力p；试采用不同单元计算断面内的位移及应力，并分别分析q=0或p=0时的位移和应力分布情况。（材料为钢，隧道几何尺寸和压力大小自行确定）

本例假定内圆半径为1m，外圆半径为2m，外受均布

压力p=10000pa ，内受均布压力为q=20000pa 。

问题分析

由题目可知，隧道的的长度尺寸远远大于截面尺寸，并且压力在长度方向上均匀分布，因此本问题可以看作为平面应变问题。由于在一个截面内，压力沿截面四周均匀分布，且截面是对称的圆环，所以可以只取截面1/4进行有限元建模分析，这样不仅简化了建模分析过程，也能保证得到精确的结果。由以上分析，可以选取单元类型plane42进行有限元分析，在option中选择K3 为plane strain。

三.有限元建模

1.设置计算类型

由问题分析可知本问题属于平面静应力问题，所以选择preferences 为structure 。

2.单元类型选定

选取平面四节点常应变单元plane42,来计算分析隧道截面的位移和应力。由于此问题为平面应变问题，在设置element type的K3时将其设置为plane strain。

3.材料参数

隧道的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比(T =0.3

4.几何建模

按照题目所给尺寸利用ansys的modeling依次建立keypoint :

1(0,0),2(1,0),3(2,0),4(0,2),5(0,1) , create LINES 依次连接keypoint 2、3和4、5即可创建两条直线，使用create article 的By cent & radius 创建两条圆弧。create AREAS依次选择四条线即建立了所需的1/4截面。

5.网格划分

ANSYS

JAN 12 2015

10:45:05

划分网格时，拾取四条边进行Size Control ，设定NDIV为20;

选择网格划分方式为quad和Mapped下图3-1是单元类型为plane42

的有限元网格模型。

图3-1 plane 42 网格，400个单元,441个节点数

6.定义约束和载荷

由于本例所取的为1/4截面，所以约束为水平变UY垂直边为UX。

设置约束方法为点击displayment拾取水平边UY约束，垂直边UX约束。

施加载荷分别作用在内圆弧和外圆弧上，大小分别为20000pa和10000pa。点击pressure后选择相应边并输入载荷大小即可。

三.计算求解

在划分网格施加载荷和约束后，点击 solution 的solve 即可进行 计算求解，结果分析时主要关注最大位移、最大应力及其位置，应力 分析采用等效应力 von mises stress 。

1. p=10000pa, q=20000pa 。

r

£

ng

12 2DL5

LOs&BsQB

图4-1受载变形图，最大位移0.06um

图4-1节点位移云图，最大位移0.06um

图4-3等效应力分布云图，最大应力在内圆附近为 22892.9pa

2. p=0pa, q=20000pa 。

1

NOOAL SOLUTLOM ANSYS

STEP-1 SUB -1 TIME-1

USUM

RSY5*0

IMt 逊d -.£60£

-07 •・£24£-0B -d «€DE -D7

JMJ 1.2 2015

(K7GJ .403^0^

图4-4受载变形图，最大位移0.18um

图4-5节点位移云图，最大位移0.18um

图4-6等效应力分布云图，最大应力在内圆附近为45615pa

3. p=10000pa,

q=0pa。

ANSY

S SIB -1

TI«=tl

UK >.ll€£-O£

图4-7受载变形图，最大位移0.11um

图4-8节点位移云图，最大位移位于内圆附近

0.11um

图4-3等效应力分布云图，最大应力在内圆附近为 23415pa

4.将以上三组分析结果整理成数据表

h, I

b

E

A 1

MOQaZ. SCL3T 二CK

=.116£-06 =1S53.&4

=2^415,4

1131^

5537.53

1B23U

l€501,5

14773

13DH.3 SI£P=1

5U5 -1 TIME=1

SE27

UR. SM

SMX ANSYS

I

I

llfiE-Ofi 104E-0I6 11€E -Ofi

NODAL SOLUTION

JAM 12 2015

12:04:21

104E-06

U07E-06

*109E-06

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