3.1板壳单元计算示例
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ANSYS板壳单元计算示例
1 问题描述
开口的圆弧为 180 °，半径为 0.05m ， CA 长为 0.1m ，壳体厚 0.001m ， CDE =90 °，弹性模量 E=210GPa，μ =0.3。约束：边CD和边DE全约束。承 受载荷：B点作用集中载荷F＝10N，方向水平向右。
图8-5 壳体示意图
图8-18 云图显示对话框
3 结论
从图8-19壳体的位移云图可知，最大位移发生在B点 处，且最大位移值为0.000691m。 从图8-20壳体的应力云图可知，最大应力发生在B点 处，且最大应力值为40.1MPa。
图8-19 位移变形云图
图8-20 等效应力云图
练习1 结构为一200mm*20mm*4mm悬臂梁,在梁的左 端为全约束，右端部施加100N的横向载荷；材 料Q235，弹性模量E=2.1e11Pa，泊松比μ=0.3； 给出位移云图和等效应力云图。
图8-13 壳体线框模型
图8-14 壳体模型
（5）划分网格 设置网格大小：运行MeshTool，弹出如图8-15所示 对话框，在Smart Size前面打勾，将下面的条形框拉到 最右边。点击Mesh，拾取壳体。划分网格完 毕，如图8-16所示。
图8-16 壳体有限元模型
（6）施加约束 选择菜单Solution>Define Loads>Apply > Structure>Displacement>On Lines，拾取线 段CD和DE，选择All DOF在这两条线段上 施加全约束。
图8-10 设置实常数对话框
（4）建立模型 生成圆环，选择Preprocessor> Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent&Radius ，弹出如图 8-11 所示 对话框，填写数据0,0,0，单击 Apply 按钮，接着对话框提示再选 取半径为 0.05 的一点，单击 OK 按 钮，弹出如图8-12所示对话 框。
图8-17 壳体约束与载荷
（9）后处理 运行 General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，弹出如图8-18所示对话框。运行DOF Solution>Displacement vector sum和Stress>von Mises stress ，分别显示壳体位移和应力云图。结果如图 8-19 和图8-20所示。
图8-15 设置网格尺寸对话框
（7）施加载荷 执行命令Solution>Define Loads>Apply >Structure> Force/Moment>On Keypoints，拾取B点, 施加载荷FX＝ 10N，如图8-17所示。
（8）求解 选择Solution>Solve> Current LS ，开始计算， 计算结束会弹出计算完毕 对话框，单击 Close 关闭 对话框，计算完毕。
图8-7 单元类型库对话框
wk.baidu.com
图8-8 选择材料属性对话框
图8-9 设置材料属性对话框
（3）设置壳厚参数 运行Preprocessor> Real Constants>Add/Edit/ Delete，弹出如图8-10所示 对话框，设置 TI(k) 选项栏 为0.001。设置完毕单击OK 按钮完成设置。
图8-11依圆心和半径生 成弧线对话框
图8-12圆弧旋转角度设置对话框
在ARC选项栏中填写旋转角度180°，生成圆弧。 建立关键点，点号分别为4，5，6 （ 0.05,0,-0.1 ），（ -0.05,0,-0.1 ），（ 0,0.05,-0.1 ）。 建立完关键点后沿关键点生成线，将图形连接如图 8-13所示图形。运行Modeling>Operate>Booleans>Add> Lines，利用布尔运算将线相加：将CD，DE相加为一条 线，另外将圆弧的两段线加为一条线。 生成面：运行 Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By lines ，拾取相交后的线可得到如图 8-14 所示的图形。
2 ANSYS求解操作过程
（1）选择单元类型 运行Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹 出Element Types对话框如图8-6所示，然后单击Add，弹 出 Library of Element Types 窗口，如图 8-7 所示，选择 Shell Elastic 4node 63，选择完毕单击OK按钮。
图8-5 壳体示意图
图8-6 单元类型对话框
（2）设置材料属性 运行 Preprocessor> Material Props>Material Models，弹出图8-8所示 对话框，双击Isotropic， 弹出如图8-9所示对话框， 在EX 选项栏中设置数值 2.1e11，在PRXY选项栏 中设置数值0.3。设 置完毕单击OK按钮。
1 问题描述
开口的圆弧为 180 °，半径为 0.05m ， CA 长为 0.1m ，壳体厚 0.001m ， CDE =90 °，弹性模量 E=210GPa，μ =0.3。约束：边CD和边DE全约束。承 受载荷：B点作用集中载荷F＝10N，方向水平向右。
图8-5 壳体示意图
图8-18 云图显示对话框
3 结论
从图8-19壳体的位移云图可知，最大位移发生在B点 处，且最大位移值为0.000691m。 从图8-20壳体的应力云图可知，最大应力发生在B点 处，且最大应力值为40.1MPa。
图8-19 位移变形云图
图8-20 等效应力云图
练习1 结构为一200mm*20mm*4mm悬臂梁,在梁的左 端为全约束，右端部施加100N的横向载荷；材 料Q235，弹性模量E=2.1e11Pa，泊松比μ=0.3； 给出位移云图和等效应力云图。
图8-13 壳体线框模型
图8-14 壳体模型
（5）划分网格 设置网格大小：运行MeshTool，弹出如图8-15所示 对话框，在Smart Size前面打勾，将下面的条形框拉到 最右边。点击Mesh，拾取壳体。划分网格完 毕，如图8-16所示。
图8-16 壳体有限元模型
（6）施加约束 选择菜单Solution>Define Loads>Apply > Structure>Displacement>On Lines，拾取线 段CD和DE，选择All DOF在这两条线段上 施加全约束。
图8-10 设置实常数对话框
（4）建立模型 生成圆环，选择Preprocessor> Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent&Radius ，弹出如图 8-11 所示 对话框，填写数据0,0,0，单击 Apply 按钮，接着对话框提示再选 取半径为 0.05 的一点，单击 OK 按 钮，弹出如图8-12所示对话 框。
图8-17 壳体约束与载荷
（9）后处理 运行 General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，弹出如图8-18所示对话框。运行DOF Solution>Displacement vector sum和Stress>von Mises stress ，分别显示壳体位移和应力云图。结果如图 8-19 和图8-20所示。
图8-15 设置网格尺寸对话框
（7）施加载荷 执行命令Solution>Define Loads>Apply >Structure> Force/Moment>On Keypoints，拾取B点, 施加载荷FX＝ 10N，如图8-17所示。
（8）求解 选择Solution>Solve> Current LS ，开始计算， 计算结束会弹出计算完毕 对话框，单击 Close 关闭 对话框，计算完毕。
图8-7 单元类型库对话框
wk.baidu.com
图8-8 选择材料属性对话框
图8-9 设置材料属性对话框
（3）设置壳厚参数 运行Preprocessor> Real Constants>Add/Edit/ Delete，弹出如图8-10所示 对话框，设置 TI(k) 选项栏 为0.001。设置完毕单击OK 按钮完成设置。
图8-11依圆心和半径生 成弧线对话框
图8-12圆弧旋转角度设置对话框
在ARC选项栏中填写旋转角度180°，生成圆弧。 建立关键点，点号分别为4，5，6 （ 0.05,0,-0.1 ），（ -0.05,0,-0.1 ），（ 0,0.05,-0.1 ）。 建立完关键点后沿关键点生成线，将图形连接如图 8-13所示图形。运行Modeling>Operate>Booleans>Add> Lines，利用布尔运算将线相加：将CD，DE相加为一条 线，另外将圆弧的两段线加为一条线。 生成面：运行 Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By lines ，拾取相交后的线可得到如图 8-14 所示的图形。
2 ANSYS求解操作过程
（1）选择单元类型 运行Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹 出Element Types对话框如图8-6所示，然后单击Add，弹 出 Library of Element Types 窗口，如图 8-7 所示，选择 Shell Elastic 4node 63，选择完毕单击OK按钮。
图8-5 壳体示意图
图8-6 单元类型对话框
（2）设置材料属性 运行 Preprocessor> Material Props>Material Models，弹出图8-8所示 对话框，双击Isotropic， 弹出如图8-9所示对话框， 在EX 选项栏中设置数值 2.1e11，在PRXY选项栏 中设置数值0.3。设 置完毕单击OK按钮。