ANSYS关于带圆孔矩形薄板应力集中的模拟

基于ANSYS的有限宽板孔边应力集中分析

σ 图5 x 等值线 ( R0 = 1 m)
4 结论
圆孔附近发生了明显的应力集中现象 ,且孔径越小应力集中越明显 ,应力突然变大的趋势越快 . 参考文献 :
[1 ] 徐芝纶 . 弹性力学简明教程 : 第 2 版 [M] . 北京 : 高等教育出版社 ,1993. [2 ] 王国强 . 实用工程数值模拟技术及其在 ANSYS 上的实践 [M] . 西安 : 西北工业大学出版社 ,1999. [3 ] 刘波 ,曹晓东 . 平板中心圆孔边应力集中的有限之分析 [J ] . 石油化工设备技术 ,2004 ,25 (5) :20～23. [4 ] 朱晓东 ,覃启东 . 基于 ANSYS 平台含圆孔薄板的应力集中分析 [J ] . 苏州大学学报 ( 工科版) ,2004 ,25 (5) :20～23. [5 ] 张胜明 . 基于有限元软件 ANSYS/ 7. 0 的结构分析 [M] . 北京 : 清华大学出版社 ,2003.
图1 带孔平板
第 1 期张宁锋 : 基于 ANSYS 的有限宽板孔边应力集中分析・35 ・
析中采用八节点实体单元 PLANE82 ,单元属性设置为 Plane stress w/
thk ,弹性模量和泊松比分别为 200 GPa 和 0. 3 ,边界条件为 x = 0 , UX = 0 ; y = 0 , UY = 0 . 在板远端作用有沿 x 轴方向的 100 MPa 的均匀
( 上接第 19 页)
参考文献 :
[1 ] BARTTREPAK,辛晓英 . 虚拟红外防盗报警器 [J ] . 家庭电子 ,2001 , (10) :33～34. [2 ] 魏立君 ,韩华琦 . 1COM S40000 系列 60 种常用集成电路的应用 [M] . 北京 : 人民邮电出版社 ,1995. [3 ] 蔡凡弟 . 门窗监控远距离转发报警器 [J ] . 电子世界 ,1999 , (10) :28～31. [4 ] 赵建华 ,张荷芳 ,李静 . 门窗监控远距离转发报警器 [J ] . 现代电子技术 ,2001 , (8) :37～39. [5 ] 李建华 . 实用遥控器原理与制作 [M] . 北京 : 人民邮电出版社 ,1996.

平板孔口应力集中的ANSYS有限元分析喻光安

平板孔口应力集中的ANSYS 有限元分析一、开孔的应力集中和应力集中系数容器开孔后使承载截面减小，破坏了原有的应力分布，并产生应力集中，而且接管处容器壳体与接管形成不连续结构而产生边缘应力，这两种因素均使开孔或开孔接管部位的局部应力比壳体的薄膜应力大，这种现象称为开孔的应力集中。

常用应力集中系数t K 来描述接管处的应力集中特性。

未开孔时的名义应力为σ，开孔后按弹性方法计算出最大应力若为max σ，则弹性应力集中系数的定义为σσ/max t =K 。

下面以两向拉伸应力作用下的平板为例，利用ansys 有限元分析得出平板的受力情况，求出t K 的值，并与理论解作分析比较。

二、两向拉伸应力作用下平板的理论分析。

如图所示为无限平板受21σσ≥两向拉伸应力作用，由弹性力学的知识可得A 、B 两点的应力为213σσσ-=A ,12-3σσσ=B比较可得 1211max t -3σσσσσ==K 当σσσ==21时 2-31211max t ===σσσσσK 当σσ=1，σσ212=时 5.20.5-31max t ===σσσσσK三、建立模型。

设有中心带圆孔的长方形平板，板的厚度为0.05m ，圆孔的孔半径r=0.05m,材料的弹性模量E 为2e11，泊松比为0.3，板长度为30m ，宽度为230m ，m N /401=σ，m /202N =σ2σ 平板开小圆孔的应力集中取四分之一薄板，模型如下：对模型进行网格划分并施加荷载，并对圆孔周围的区域进行局部网格划分，划分后的模型。

，Ansys计算后的应力云图如下：由应力云图可知，圆孔处最大应力m N /27.100max =σ 验证公式当m /401N ==σσ，m N /20212==σσ时 50675.24027.1001max t ≈==σσK ，基本符合理论解2.5。

含界面圆孔双材料矩形板孔边应力集中分析

含界面圆孔双材料矩形板孔边应力集中分析作者姓名：xx指导教师：xxx单位名称：xxxx专业名称：xxxxxxx 大学201x年6月Stress Concentration Analysis of Double Material Rectangular Plate with Round HoleBy xxSupervisor: xxxxxxxxxJune 201x东北大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：含界面圆孔双材料矩形板孔边应力集中分析设计(论文)的基本内容：研究工作主要应用大型有限元软件ABAQUS进行仿真分析，本文主要做了如下工作:(1) 两种材料的材料常数对板中心圆孔应力集中的影响，分别研究了杨氏模量和泊松比对孔边应力集中的影响。

(2) 孔形状的改变对孔边应力集中的影响。

(3) 板的尺寸对圆孔应力集中的影响，主要研究了板的厚度、板的宽度和中心圆孔的大小之间的关系。

(4) 翻译一篇外文文献。

毕业设计（论文）专题部分：题目：设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期2014—2015学年第一学期第20周指导教师签字：2015年1月23日- i -东北大学毕业设计（论文）摘要含界面圆孔双材料矩形板孔边应力集中分析摘要随着现代工程对工程材料要求的不断提高，越来越多的新材料被采用，结合材料作为新材料的一种越来越广泛地应用于工程的各个领域。

工程中结合材料在结合面经常需要穿孔，孔边会出现应力集中或应力奇异性。

其中圆孔最常见，所以分析含圆孔板的力学行为很有意义。

本文主要研究内容是对双材料矩形板孔边应力集中分析。

首先，本文采用的是大型通用有限元软件ABAQUS，分析了材料常数对圆孔孔边应力集中的影响。

材料的泊松比相同时，圆孔孔边应力集中系数随杨氏模量差值的增大而增大。

材料的杨氏模量相同时，圆孔孔边应力集中系数随泊松比差值的增大而增大。

其次，分析了孔形状改变对孔边应力集中的影响。

带中心圆孔矩形薄板有限元ANSYS报告

有限元计算报告题目：带中心圆孔的矩形薄板。

共（10）页班级：***姓名：***学号：***南京航空航天大学2013年5月12日目录摘要1 、计算题目及要求 (3)2 、计算方法及解题思路 (4)3 、原始数据 (5)4 、计算结果及分析 (6)5 、结论 (11)附录 (11)摘要：有限元法是一门技术基础课，是力学与现代计算技术相结合的产物，在现代结构设计方法中具有重要的意义。

本文应用Ansys软件对矩形平面梁进行计算分析，利用不同尺寸的网格计算指定点的位移和应力，并选出最优网格求出指定面或线的应力、挠度分布。

通过本次作业，加深对有限元法基本理论的理解，熟悉Ansys程序求解工程问题的一般步骤和方法。

1、计算题目及要求一矩形薄板，中心处有一圆孔，尺寸如图所示，厚度 t= 1.0 cm 。

在板的两端作用有均布拉力q= 128 kg / cm。

已知材料的弹性模量E，μ= 0.28，γ=7.8g/ cm2。

求：（1）试用3种疏密不同的网格进行计算，比较 A, B, C 三点处的应力，从而说明有限元法的收敛性。

（2）按最佳结果给出沿 Ox 轴、Oy 轴的应力分布。

（3）若在板的上、下表面也作用有均布拉力 q，两端同时作用有均布拉力q 时，以最佳网格分别计算沿 Ox 轴、Oy 轴的应力分布。

说明：（a）小孔的直径Φ取12 cm 。

（b）第（1）、（2）需与弹性理论解进行比较。

（c）均不考虑自重。

2、计算方法及解题思路：本结构是一个矩形薄板结构，由于长度和宽度远远大于其厚度，可将其视为平面应力问题，选取Plane82二维8节点实体单元。

有限元Ansys程序大致操作过程为：建立几何模型、选择单元类型、输入材料特性、网格划分、施加约束和载荷；求解；后处理。

本题求解指定点应力和沿特定路线应力分布。

通过定义keypoint实现，这样就可以查找该点处的应力；查看指定线上的应力分布，可以通过定义代表该线的路径实现。

模型简化：利用对称性原理，我们可以只对平板的四分之一进行研究。

ansys法圆孔薄板受力分析.ppt

2.3.1 变形图
图3 变形图
2.3.2 沿x轴的应力分布图

沿x轴 x 应力图
图4 沿x轴应力图 x

y 沿x轴应力图
图5 沿x轴 y 应力图

沿x轴 xy 应力图
图6
应力图 xy

从图 4 沿 x轴的应力图中我们看出，圆端点出现最大拉应力10.79Mpa，在0-3.6m内急剧减小至最最大压应力9.2Mpa，之后缓慢趋于稳定，当趋近于板边时应力趋于稳定，约为0Mpa。从图5 沿x轴的应力图中我们看出，在圆端点出现最大拉应力24.74Mpa，在0-3.6内急剧减小至最最大压应力3.4Mpa，后逐渐趋近于板边时应力趋于稳定0Mpa。

（2）设置网格控制，根据需要选择网格划分的单元形状、尺寸、中节点位置等，它将直接影响分析的精度和效率。
（3）执行网格划分，由以上设置只需执行网格划分命令，就可以划分网格。

图2 网格图
2.2.3 施加约束条件

根据开始的分析可知需在模板下侧施加反向约束，所以只要按照ANSYS施加反向约束的命令施加即可。

从图 6 沿x 轴的应力图中我们看出，在圆端点出现最大拉应力126Mpa，在0-3.6内急剧减小至最大压应力 92.1Mpa ，后逐渐趋近于板边时应力趋于稳定 100Mpa。
2.3.3 沿y轴的应力分布

沿y轴应力图 x
图7 沿y轴应力图 x

沿y轴应力图 y
图8 沿y轴
3 结论

y 在板边（1）含圆孔方板的x轴方向的应力 x、为 0Mpa ，而 xy 在板边为 100Mpa ，符合题目板边 q=100Mpa。

薄板圆孔的ANSYS分析

板中圆孔的应力集中问题：如图所示为一个承受单向拉伸的无限大板，在其中心位置有一个小圆孔。

材料属性为弹性模量E=211Pa，泊松比为0.3，拉伸载荷q=1000Pa，平板厚度t=0.1.1、定义工作名和工作标题（1）定义工作文件名：在弹出的Change Jobname对话框中输入Plate。

选择New log and error files复选框，单击OK按钮。

（2）定义工作标题：在弹出的的Change Title对话框中输入The analysis of plate stress with small circle,单击OK按钮。

（3）重新显示：执行replot命令。

2、定义单元类型和材料属性（1）选择单元类型：在弹出的Element Type中，单击Add按钮，弹出所示对话框，选择Structural Solid和Quad 8node 82选项，单击OK，然后单击close。

（2）设置材料属性：在弹出的define material models behavior窗口中，双击structural/linear/elastic/isotropic选项，弹出linear isotropic material properties formaterial number 1对话框，EX和PRXY分别输入2e11和0.3，单击OK，执行exit命令。

（3）保存数据：单击SAVE_DB按钮。

3、创建几何模型（1）生成一个矩形面：执行相应操作弹出create rectangle by dimensions对话框，输入数据，单击OK，显示一个矩形。

（2）生成一个小圆孔：执行创建圆的操作弹出对话框，输入数据，单击OK，生成一个圆。

（3）执行面相减操作：执行Booleans/Subtract/Areas命令，生成结果如图示。

（4）保存几何模型：单击SAVE_DB按钮。

4、生成有限元网格（自由网格划分）（1）设置网格的尺寸大小：执行size cntrlsl-global-size命令，弹出对话框，在element edge lenge文本框中输入0.5，单击OK.（2）采用自由网格划分：执行mesh/areas/free命令，生成网格模型如图示。

ANSYS小孔应力集中仿真

ANSYS小孔应力集中仿真打开ANSYS界面进入Main Menu>>Preprocessor>>Element Type>>Add/Edit/Delete>>点击Add弹出如下对话框：选择Solid>>8 node 183；点击OK回到Element Type界面，选中Type 1 plane183，点击Options然后如下图改K3的值，这样，plane183就设置为有一定厚度的平面应力单元。

点击OK点击Close关闭Element Types对话框点击Preprocessor下的Real Constants>>Add/Edit/Delete点击Add弹出一下对话框，点击OK然后弹出以下对话框，厚度填0.01，点击OK：关闭Real Constants对话框点击Material Props>>Material Models，如下图选择linear Isotropic（线性各向同性）弹出对话框，填上弹性模量2.1e11和泊松比0.3，点击OK。

关闭Define Material Model Behavior窗口点击Modeling>>Create>>Areas>>Rectangle>>By 2 Corners，在填出对话框里填写如下，点击OK：得到一个矩形后，继续点击Modeling>>Create>>Areas>>Circle>>Solid Circle，在弹出的对话框中输入如下数据，点击OK。

点击Modeling>>Operate>> Booleans>>Subtract>>Area弹出对话框后鼠标在模型上显示向上箭头，点击矩形区域，再点击对话框中的Apply然后再选择被减对象点击圆形，点击OK点击Modeling>>Mesh>>Mesh Attributes>>Default AttribsModeling>>Meshing>>Mesh Tool如下图点击Global 的Set在size项填上0.01，点击OK再点击Mesh Tool下的Mesh按钮，选中刚才建好的面，然后点击OK。

ANSYS上机算例孔板应力集中问题

添加单元类型
图4-9 单元类型库对话框
图4-8 单元类型对话框
由于12.0版本后对单元类型进行了合并，之前的很多单元类型在12.0以后在添加页面不见了，但是可以用命令流的形式调用。格式如下：
ET,1,82
在Element Types对话框中，如图4-10所示，单击Options，弹出如图4-11所示对话框，设置K3选项栏为Plane strs w/thk，设置K5选项栏为Nodal stress，设置K6选项栏为No extra output。表示单元是应用于平面应力问题，且单元是有厚度的。
如图4-20所示对话框，在SIZE选项栏中填寸对话框
越小划分的越细
运行Mesh>Mesh Tool，弹出如图4-21所示对话框，在Shape选项栏后面，选择 Tri和Free，单击Mesh.划分网格，网格划分如图4-22 所示。
长方形上边
图4-24 拾取要施加载荷的边
（8）求解运行Solution>Solve>Current LS，弹出如图4-26所示对话框。单击OK按钮，开始计算，计算结束会弹出计算完毕对话框，单击Cl ose关闭对话框，计算完毕。
图4-25 施加载荷对话框
图4-26 求解当前步载荷对话框
（9）后处理运行 General Postproc>Plot Results>Contour Plot> Nodal Solu，弹出如图4-27所示对话框，运行DOF Solution>Displacement vector sum和Stress>von Mises stress，分别显示长方形面板的位移云图和应力云图。结果显示如图4-28和图4-29所示。

有限元作业一带孔平板圆孔应力集中分析。二内六角扳手静力分析。三弹簧质量阻尼系统受谐载荷响应分析

学号：S2*******程序版本：ANSYS 10作业一：带孔平板圆孔应力集中分析问题描述：如右图所示，一个承受单向拉伸的无限大板，在中心位置有一个小圆孔。

材料属性为弹性模量a P E 6101⨯=，泊松比为0，拉伸的均布载荷Pa p 7101⨯=，平板厚度mm t 1=。

ANSYS 10 分析步骤：1. 定义工作文件名：Utility Menu>File>Change Jobname>输入Plate>OK2. 定义工作标题：Utility Menu>File>Change Title>输入The Ansysis of Plate withsmall Circle>OK3. 重新显示：Utility Menu>Plot>Replot4. 设置系统单位制：命令输入窗口，输入命令/UNITS,SI 并回车5. 设置计算类型：ANSYS Main Menu>Preferences>选Structural>OK6. 选择单元类型：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delte>Add>选Solid Quad 4node 42>OK>Options>K3:Plate Strs w/thk>OK>Close7. 定义实常数：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delte>Add>OK>在THK 输入1 >OK>Close8. 定义材料特性：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models>双击选Structural>双击Linear>双击Elastic>双击Isotropic>在EX 输入1e6，PRXY 输入0>OK>点击“X”关闭9. 生成平面方板：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By2 Corners>输入WP X:0 WP Y:0 Width:10 Height:10 >OK10. 生成圆孔平面：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircle>输入WP X:5 WP Y:5 Radius:1 >OK11. 布尔运算生成孔：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas>选方板>点OK(Multi Entities 窗)>OK(Subtract Areas 窗) 选方板>点NEXT>OK(Multi Entities 窗)>OK(Subtract Areas 窗)12. 网格划分：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Size Control:Global>set>在NDIV 输入6>OK> MeshTool> Mesh>Pick All>Close(Warning)> Close(MeshTool)13. 施加约束：(1): ANSYS Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes>点选结构左侧所有节点>OK>Lab2 DOFs:UX,VALUE:0>OK (2):ANSYS Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes>点选结构左下侧（0,0）节点>OK>Lab2 DOFs:UX,UY,VALUE:0>OK14. 施加均布载荷：ANSYS Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>OnLines>点选结构右侧所有节点>OK>VALUE:-1E7> OK>Close15. 分析计算：ANSYS Main Menu>Solution>Solve>Current LS>OK>Yes>Close>关闭文字窗16. 结果显示：ANSYS Main Menu>General Postpro>Plot Results>Deformed Shape>点选Def+undeformed>OK> Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu>选Stress 选von Mises stress>Def+undeformed Model>OK17. 退出系统图1 带孔平板变形形状的结果图2带孔平板应力分布的结果作业二：内六角扳手静力分析如右图所示，截面宽度为10mm的内六角扳手，在手柄端部施加扭转力100N，以及垂直向下的力20N，分析在两种载荷的作用下扳手的应力分布。

基于ANSYS平台含圆孔薄板的应力集中分析

基于ANSYS平台含圆孔薄板的应力集中分析
朱晓东;覃启东
【期刊名称】《苏州大学学报（工科版）》
【年(卷),期】2004(024)005
【摘要】应用有限元方法对两端均匀受拉含圆孔薄板进行应力分析,得出应力集中因数与径宽比及长宽比的关系曲线图表.通过与弹性力学相应结果的比较,证明ANSYS 软件对薄板应力集中分析的有效性,分析表明薄板的应力集中因数除取决于径宽比外,还与长宽比有关.
【总页数】3页(P51-53)
【作者】朱晓东;覃启东
【作者单位】苏州大学机电工程学院,江苏,苏州,215021;苏州大学机电工程学院,江苏,苏州,215021
【正文语种】中文
【中图分类】O343
【相关文献】
1.异种材料填充开圆孔矩形薄板应力集中的弹性分析 [J], 马方
2.含小圆孔的有限宽度薄板不同有限元模型结果对比分分析 [J], 马秀花;徐小兵
3.基于ANSYS的含小圆孔有限宽度薄板的疲劳分析 [J], 赵友贵
4.弯曲波对含多圆孔薄板的散射与动应力集中 [J], 赵嘉喜;刘殿魁;齐辉;杨在林
5.含中心圆孔有限板动应力集中问题的有限元分析 [J], 李伟;王启智
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不同板宽的孔边应力集中问题

不同板宽的孔边应力集中问题摘要：应用ANSYS数值模拟的方法（二维和三维）研究了含圆孔有限宽度薄板孔边应力集中问题，分析表明：平板圆孔应力集中系数的收敛性与网格划分的密度有关；应力集中系数与宽径比及长宽比有关；三维状态的内部的应力集中比二维强烈。

关键词：平面圆孔；应力集中；ANSYS；三维有限元1.引言设受力弹性体具有小孔，则孔边应力将远大于无孔时的应力，也远大于距孔稍远处的应力。

这种现象称为孔边应力集中。

孔边应力集中是局部现象，不是由于截面减小了一些而应力有所增大，而是由于开孔后发生的应力扰动所引起的。

圆孔孔边的应力可以用较简单的数学工具进行分析。

图1 平板圆[]孔如图1所示的具有小圆孔的平板，对于无限大板宽的孔边应力集中问题，有以下弹性力学解析解：在孔边的y轴上有分布：然而，实际工程上所涉及的主要是有限板宽的孔边应力集中问题，以上解析解能否适用及适用条件还值得研究。

本文就图1所示有限板宽的孔边应力集中问题，通过ANSYS软件计算其应力分布情况，采用二维模型，讨论在选取合适的网格情况下，不同的长宽比的应力集中系数变化规律及其与宽径比的关系；然后采用三维模型计算分析，与二维模型计算结果进行比较。

2.计算模型由于图1所示矩形薄板几何荷载的对称性，可选用1/4薄板作为有限元模型，坐标原点位于圆孔中心，圆孔半径R=5cm为定值，取不同的宽度和长度进行比较。

分析中采用八节点实体单元PLANE82，单元属性设置为Plane stress w/thk，弹性模量和泊松比分别为200GPa和0.3，边界条件为x=0，UX=0；y=0，UY=0。

在板远端作用有沿x轴方向的q0=1MPa的均匀分布拉力。

为了便于分析比较，定义宽径比，应力集中系数，长宽比，网格划分密度（ =1时为初始网格密度，如图2所示；当 =2时，表示网格密度为初始的网格密度的2倍）。

划分的模型如图2所示。

图2 平板圆孔网格模型（网格密度 =1，长宽比 =5，宽径比 =6）3.数值模拟在同样的材料以及同样的荷载作用下，应力集中系数不仅与宽径比有关，还与网格密度以及长宽比有关。

基于ANSYS的带孔薄板拉应力分析

基于ANSYS的带孔薄板拉应力分析目录1. 问题描述： (2)2. 有限元建模： (2)3. 网格划分 (4)4. 载荷及求解设置： (5)5. 计算结果与分析： (6)6. 多方案比较： (8)1. 问题描述：本文通过ANSYS计算，来研究带偏心孔的薄板受力情况。

薄板为典型的平面应力问题，所以在ANSYS中通过2D的平面应力模型来进行仿真模拟。

薄板尺寸如下图示，其中左端固定，右端加载均布拉力15KN。

有限元是将结构进行离散化以后进行分析，那么离散化的程度必然对计算结果由影响，也就是说不同的网格数量对计算结果会有影响，本文基于ANSYS有限元分析，对如下结构采用不同的网格数量划分，以及不同的网格形状划分来研究网格对计算结果的影响。

除此以外，单元类型对有限元而言也很重要，因为不同的单元类型决定这个形函数不同，也就是最终构建的位移函数会有区别，那么不同单元类型对计算结果会有多大的影响呢，本文也通过几种常用的单元类型进行分析对比，讨论计算结果。

尺寸单位为mm，薄板许用应力为230MPa。

图1 薄板几何尺寸2. 有限元建模：该仿真采用平面应力进行模拟，所以采用单元类型为Plane183，该单元为高阶2维8节点单元，即网格带有中间节点，这样可以提供有限元的计算精度。

在ANSYS中单元分为低阶和高阶两种，其中低阶不带中间节点，即节点与节点之间的应力只能是线性插值计算，而带有中间节点的单元，其节点与节点之间的应力可以通过二次项拟合，即呈现非线性，所示说一般情况下高阶单元的应力计算结果要比低阶的精度高。

图2 Plane183单元类型选取菜单Utility Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出【Element Types】对话框，单机Add按钮，弹出【Library of Element Types】对话框，设置下面选项：左边列表框中选择Soild；右边列表框中选择8 node 183；图3 单元类型设置本文采用平面应力的方向进行分析，如图3所示，点击单元类型的Options，修改实常数，软件默认实常数K3为平面应力，默认即可。

关于矩形板中心开洞的有限元模拟分析

关于矩形板中心开洞的有限元模拟分析姓名：古惑仔专业：土木工程2819级9班学号：777777771. 前言在我们的工程实践中，常会碰到在板中开洞的问题，如智能建筑的大量出现,其中的辅助设施越来越多,也越来越复杂,导致很多管路、线路、电梯都是从楼板中开孔穿过，板开孔后受力性能会发生改变，孔的周围出现应力集中。

用有限元分析在板中心位置开圆口洞的情况下内力的改变，获得了内力改变的规律，并为以后在实际工程中类似的情况提出了一些工程设计建议。

2. 矩形板中心开洞的有限元分析在进行矩形板中心开洞的有限元分析中，涉及到了材料、几何状态等情况，在能够充分说明问题的前提下，为了使分析简单、明了，选用了单一材料，正方形的钢板来进行ANSYS分析。

2.1 问题的描述选用1M*1M的矩形钢板，考虑在其中心位置处开洞，洞口半径大小分别为50mm、100mm；同时在矩形钢板的同一方向的两边施加对称的均布力F。

要求建立模型分析其应力应变等问题。

材料性能：钢板的弹性模量值E=2.06e5N/(mm*mm)，泊松比为0.3截面尺寸：●钢板为1m*1m，中间开洞的洞口半径R=50mm●钢板为1m*1m，中间开洞的洞口半径R=100mm2.2 有限元模型的建立1)单元：ANSYS模拟采用SOLID PLANE 42 单元来分析2)材料属性及参数的确定：钢板的弹性模量值E=2.06e5N/(mm*mm)，泊松比为0.33)网格划分由于需要对开洞周围部分做重点研究，且通过材料力学可知，其应为应力集中区域，所以在洞口周围的网格要划分的细一些，在其他区域网格可稍大一些。

4)边界条件的处理：因为所分析的是开洞板的应力、应变的问题，所以在板的同一方向的两边同时施加均布的拉力F，分析在开洞板受拉时的应力应变问题。

5)加载并求解：对2种不同情况，各自施加F=10N/mm的均布力，加载之后，即对所建立的有限元模型进行求解。

2.3 有限元模型的计算结果及其分析1）、位移在三种不同开洞半径的情况下，其最大位移值如下表：第一种情况R=50mm DMX=0.133658第二种情况R=100mm DMX=0.0.38564由上表可知，第一种情况下的最大位移值要大于其他两种情况。

ansys板中圆孔的应力集中

!板中圆孔的应力集中/batch/triad,off/filname,plate,1/title,The Analysis of plate stress with small circle /replot!利用对称性，只建立1/4模型；/prep7rectng,0,10,0,10cyl4,0,0,5asba,1,2saveet,1,plane82mp,ex,1,2e11mp,prxy,1,0.3save!拾取角点，划分映射网格esize,0.5,0amap,3,5,2,4,6savefinish!施加边界分布载荷和位移约束，求解/soludl,9,,uydl,10,,uxsfl,2,pres,-1000sfl,3,pres,-1000solvesavefini/post1pldisp,1prnsol,s,comp!显示模式扩展/expand,4,polar,half,,90plnsol,s,eqv,0,1/device,vector,1fini实例评析1．利用模型的对称性，只建立1/4模型，在对称面上施加约束；在后处理中对模型进行扩展，扩展的命令方式为：/expand,4,polar,half,,90，表示复制4块，以极坐标形式，half 表示先做对称变换，再复制，DY方向每隔90度复制一个；GUI：utility>menu>plotctrl>style>symmetry expansion>详细参见/expand命令说明；2．圆孔附近映射网格的划分，在拾取角点或者连接线时，注意一定是把圆孔对面的两个或多个边合为一个，而把与圆孔相接的两个边各自作为一条线保留；从本例和《ANSYS 工程分析软件应用实例》——周期对称结构的静力分析实例的网格划分中就可以看出来3．分布载荷的施加，本例在线上施加均布载荷，命令为：sfl,2,pres,-1000此命令表示在线上施加面载荷，具体到本命令流意义为在线2上施加压力pres，均布为-1000，面力的方向指向面内，此处为负，则方向反向，指向面外；另外可参看sfgrad命令关于梯度，梯度方向，梯度原点梯度参考坐标系的概念；在柱坐标系和球坐标系中奇异点的概念；对称性模型约束面外平动自由度和转动自由度，只允许在其面内自由平动和自由转动，反对称约束刚好相反，约束面内的转动自由度和平动自由度，允许在其面外自由转动和平动，建模过程中只建立部分模型，在对称面或反对称面上施加约束，在后处理器中对结果进行对称扩展；对于有多个侧面的单元，还必须指定载荷施加的侧面编号LKEY，缺省时为侧面1；对于梁单元上压力载荷的施加，要指定IOFFT和JOFFT；4．本例属于平面应力问题，选取了plane82单元，此单元是为8节点二次单元，对应的4节点一次单元为plane42，plane82单元具有谐变形能力，更加适合与曲线附近的网格划分，而plane42单元则没有此能力；所以在本例中选取了plane82单元，具有一下选项：KEYOPT(3)0 --Plane stress1 --Axisymmetric2 --Plane strain (Z strain = 0.0)3 --Plane stress with thickness (TK) real constant input。

ANSYS APDL线性静力学分析

ANSYS APDL线性静力学分析-薄板圆孔构件承载分析1.问题描述
薄板承载示意图
中心带有圆孔的薄板，厚0.01m，长1m，宽0.6m，圆孔直径0.2m，在其两端承受均布载荷0.5Mpa，求薄板内部应力场分布。

E=69Gpa，μ=0.3.
2.分析步骤
（1）建立文件名、标题
Material→exit （4）创建几何模型
先画1/4矩形
生成如下矩形
再画1/4圆
生成1/4圆
然后，矩形减1/4圆
相减后的结果：
手动划分网格大小0.02
接着，编号控制
（5）划分网格
结果如下
结果如图
另存为exam2-1.db。

（6）加载求解
先指定分析类型为静态分析
再对边界施加Y方向约束
生成结果如下：
再对边界施加X方向约束
生成的结果如下：
全选，保存
求解当前
另存为
（7）查看求解结果
显示合位移等值线图：
显示等效应力场等值线图
退出→不保存。

ansys法圆孔薄板受力分析

2.3.4 孔边应力图
图10 孔边应力分布图
❖
从图10 孔边应力分布图可知，大y 致呈正弦
曲线，在0.7m处及2.2m处有极值，分别为402Mpa，
-403Mpa；、大致呈x直线xy，即处于0值。
3 结论
❖ （1）含圆孔方板的x轴方向的应力 x、 y 在板边
为0Mpa，而 xy 在板边为100Mpa，符合题目板边
q=100Mpa。
❖ （2）含圆孔方板的y轴方向的应力 x、在y 板边为0Mpa，而在 x板y 边为100Mpa，符合题目板边
q=100Mpa。
❖ （3）圆孔取得极值的位置及大小与解析解相差不大，即 y在正弦曲线的45度与135度取得极值，
而、x 则xy 基本为0。
2.2.4 创建表面效应单元
❖ （1）在对结构施加剪切力时，并不是像施加集中力那样简单，必须创建表面效应单元。
❖ （2）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。
❖ （3）创建表面效应单元很简单，只需按照命令流操作就可以，这里就不详细介绍了。
❖ 从图5 沿x轴的应力图中我们看出，在圆端点出现最大拉应力24.74Mpa，在0-3.6内急剧减小至最最大压应力3.4Mpa，后逐渐趋近于板边时应力趋于稳定0Mpa。
❖ 从图6 沿x轴的应力图中我们看出，在圆端点出现最大拉应力126Mpa，在0-3.6内急剧减小至最大压应力92.1Mpa，后逐渐趋近于板边时应力趋于稳定 100Mpa。
2.3.3 沿y轴的应力分布
❖ 沿y轴应x 力图
图7 沿y轴应x 力图
❖ 沿y轴应y 力图

利用ansys分析开孔对薄板应力的影响

开孔对薄板应力的影响分析题目描述：对于一个平面应力问题，在一个长度为30cm，宽度为20cm，中间有一椭圆的小孔的薄板，椭圆长半轴a=1cm，短半轴b=1/3cm，椭圆倾斜角度相对坐标轴X轴60度，薄板在左右两侧均受到10KN/m的均布拉伸载荷。

几何建模：首先建立长度为30cm，宽度为20cm的矩形板，建模单位需要转换为m，操作路径：Main menu/PreFERENCES/Preprocessor/Modeling/Creat/Areas/Rectangle/By Dimensions，弹出如下窗口，并输入尺寸参数。

建立矩形面的效果图如下矩形板中间有椭圆开孔，需要建立局部坐标系，首先将工作平面移动至矩形板中间位置，操作如下：Workplane/Offset WP by Increments，X向移动0.15m，Y向移动0.1m。

因为椭圆倾斜角度相对坐标轴X轴60度，所以需要将工作平面逆时针选择60°，如下所示。

在平面中间建立柱坐标系。

操作如下：Workplane/Local Coordinate System/Create Local CS/At WP Origin。

弹出如下菜单，设置坐标系类型为Cylindrical 1，点击OK。

其中Par1输入1/3，表示b=1/3分别通过关键点建立，建立椭圆的两个端点，坐标分别为（0.1,0,0）、（-0.01,0,0），关键点建立的操作路径如下：Main menu/PreFERENCES/Preprocessor/Modeling/Creat/ Keypoints/In Actice CS。

然后在当前坐标系下连接这两个关键点。

操作路径：Main menu/PreFERENCES/Preprocessor/Modeling/Creat/lines/In Active Coord，弹出对话框，分别拾取上述两个节点，点击OK完成建模，如下所示。

ANSYS模拟一带中心圆孔的矩形板受到均布拉力作用

ANSYS模拟一带中心圆孔的矩形板受到均布拉力作用问题描述：一带中心圆孔的单位厚度矩形板，板长为 800mm，宽为800mm，孔半径为 r=50mm，板的上、下边受到均布拉力q=30e3（Pa/m）的作用。

材料的弹性模量为 E=30e6Pa，泊松比为v =0.3。

材料应力—应变关系为(双线性)模型，即：屈服强度σy =33e3Pa, 切模量 Et=10e5。

假设为各向同性硬化材料，服从关联流动法则。

目标：求解三种材料的非线性分析。

其中两个分别使用 X 向和 Y 向屈服比率为 1.5 的 Hill 势。

第三个使用标准的von Mises 屈服准则。

问题简化：可视为平面应力问题，可取1/4 区域建立模型，并在边界上施加对称的边界约束条件1、设置分析类型点击Preference，因为是分析结构，所以选择structural，OK2选择单元Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add → Solid Quad 4node 182 →OK (back toElement Types window) → Option → plane stress → Close这里是平面应力问题，所以选择PLANE182单元3建立材料模型对于材料变形屈服问题，需要设置材料的弹性模量，泊松比以及屈服应力等设置第一种材料的参数设置弹性模量、泊松比，以及剪切弹性模量（G=E/2(1+v)设置屈服强度和Tang Mod（tang mod为切线模量，即为发生塑性到破坏的材料应力-应变曲线的斜率）设置第二种材料参数第二个材料的参数跟第一种材料一样，就ryy设置为1.5，别的都设置为1.设置第三种材料参数4建立几何模型ansys建立模型是以坐标为基础的，wp x=0，wp y=0是指从工作平面的原点开始画，假如涉及到比较复杂的几何模型，就需要不断变换工作平面，具体参见菜单栏的workplane，所以我觉得用ansys建立几何模型不如导入别的软件导入来的方便。

带孔平板的应力分布及应力集中系数的计算

带孔平板的应力分布及应力集中系数的计算一、问题重述计算带孔平板的应力分布及应力集中系数。

二、模型的建立与计算在ANSYS中建立模型，材料的设置属性如下分析类型为结构（structural），材料为线弹性（Linear Elastic），各向同性（Isotropic）。

弹性模量、泊松比的设定均按照题目要求设定，以N、cm为标准单位，实常数设置中设板厚为1。

采用solid 4 node 42板单元，Element Behavior设置为Plane strs w/thk。

建立模型时先建立完整模型，分别用单元尺度为5cm左右的粗网格和单元尺度为2cm左右的细网格计算。

然后取四分之一模型计算比较精度，为了使粗细网格单元数与完整模型接近，四分之一模型分别用单元尺度为2.5cm左右的粗网格和单元尺度为1cm左右的细网格计算。

(1) 完整模型的计算①粗网格单元网格的划分及约束荷载的施加如图（单元尺度为5cm）约束施加时在模型左侧边界所有节点上只施加x方向的约束，即令UX=0，在左下角节点上施加x、y两个方向的约束，即UX =0、UY=0。

荷载施加在右侧边界上，大小为100。

对模型进行分析求解得到：节点应力云图（最大值222.112）单元应力云图（最大值256.408）可看出在孔周围有应力集中现象，其余地方应力分布较为均匀，孔上部出现最大应力。

②细网格单元网格的划分及约束荷载的施加如图（单元尺度为2cm）约束及荷载的施加方法如前，对模型进行分析求解得到：节点应力云图（最大值272.484）单元应力云图（最大值285.695）(2) 取1/4模型的计算①粗网格单元网格的划分及约束荷载的施加如图（单元尺度为2.5cm）=0，在下约束施加时在模型左侧边界所有节点上只施加x方向的约束，即UX侧边界所有节点上只施加y方向的约束，即U=0。

荷载施加在右侧边界上，大小Y为100。

对模型进行分析求解得到：节点应力云图（最大值251.333）单元应力云图（最大值268.888）②细网格单元网格的划分及约束荷载的施加如图（单元尺度为1cm）约束及荷载的施加方法如前，对模型进行分析求解得到：节点应力云图（最大值290.478）单元应力云图（最大值297.137）(3) 计算结果比较下面按照弹性力学理论求解带孔平板的应力集中系数。