有限元分析大作业

《有限元分析》大作业基本要求：

1.以小组为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交；

2.以小组为单位撰写计算分析报告；

3.按下列模板格式完成分析报告；

4.计算结果要求提交电子版，一个算例对应一个文件夹，报告要求提交电子版和纸质版。

《有限元分析》大作业

小组成员：储成峰李凡张晓东朱臻极高彬月

Job name：banshou

完成日期：2016-11-22

一、问题描述

（要求：应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况和约束情况。图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。）

如图所示，为一内六角螺栓扳手，其轴线形状和尺寸如图，横截面为一外接圆半径为0.01m的正六边形，拧紧力F为600N，计算扳手拧紧时的应力分布。

图1 扳手的几何结构

二、数学模型

（要求：针对问题描述给出相应的数学模型，应包含示意图，示意图中应有必要的尺寸数据；

如进行了简化等处理，此处还应给出文字说明。）

图2 数学模型

如图二所示，扳手结构简单，直接按其结构进行有限元分析。

三、有限元建模

3.1 单元选择

（要求：给出单元类型，并结合图对单元类型进行必要阐述，包括节点、自由度、实常数等。）

图3单元类型

扳手截面为六边形，采用4节点182单元，182单元可用来对固体结构进行

二维建模。182单元可以当作一个平面单元，或者一个轴对称单元。它由4个结点组成，每个结点有2个自由度，分别在x,y方向。

扳手为规则三维实体，选择8节点185单元，它由8个节点组成，每个节点有3个自由度，分别在x，y，z方向。

3.2 实常数

（要求：给出实常数的具体数值，如无需定义实常数，需明确指出对于本问题选择的单元类型，无需定义实常数。）

因为该单元类型无实常数，所以无需定义实常数

3.3 材料模型

（要求：指出选择的材料模型，包括必要的参数数据。）

对于三维结构静力学，应力主要满足广义虎克定律，因此对应ANSYS中的线性，弹性，各项同性，弹性模量EX：2e11 Pa,泊松比PRXY=0.3

3.4几何建模

由于扳手结构比较简单，所以可以直接在ANSYS软件上直接建模，在ANSYS建立正六边形，再创立直线，面沿线挤出体，得到扳手几何模型

图4 几何建模

3.5 网格划分方案

（要求：指出网格划分方法，网格控制参数，最终生成的单元总数和节点总数，此外还应附上最终划分好的网格截图。）

图5 网格划分

设定截面每条边线分割份数为3，单元边长为0.01，采用映射的划分单元方法

最大节点数为2145，单元总数为1000，网格划分如图4所示

3.5 载荷及边界条件处理

（要求：指出约束条件和载荷条件。）

F=600N

固支约束

图6 载荷及边界条件

四、计算结果及结果分析

（要求：此处包括位移分析、应力分析、支反力分析等，应附上相应截图及数据，此外还应对正确性进行分析评判。）

。

变形图：

如图7所示，根据材料力学相关分析初步判断，扳手手柄朝力的方向一定的弯曲变形。

图7变形图

位移分析：

如图8所示，扳手手柄向力的方向位移，位移最大在手柄处节点，最大位移：0.514E-03m

图8位移图

应力分析：

如图9所示，根据材料力学分析，应力主要集中在扳手的弯角处，最大应力：0.146E+09Pa

图9应力图

附件1：小组成员工作说明

（要求：明确说明小组各个成员在本次大作业中所做的工作，工作内容将作为口试提问的依据之一，同时也作为成绩评定的依据之一。需注意，附件1的撰写应由小组成员共同完成。）

储成峰：启动ANSYS程序，定义分析类型，单元类型。

张晓东：材料属性，创建几何模型，划分网格。

朱臻极：添加约束，添加载荷。

李凡：处理变形图，应力图，位移图。

高彬月：计算结果及结果分析，文档的整理。

附件2：详细的计算过程说明（按照上机指导的格式撰写）

1.启动ANSYS程序

开始——所有程序——ANSYS ED ——ANSYS Product Launcher——Simulation Environment下拉框中选择ANSYS ED，Product下拉框中选ANSYS ED；选项卡：设置

Working Directory和Job Name命名为banshou——Run。

2.设定分析类型

Main Menu——Preferences——Structural——OK。

3.定义单元类型

Main Menu——Preprocessor——Element Type——Add——Structural Solid，Quad4 Node182 ——Apply—Brick 8node 185--OK。

4.定义材料属性

Main Menu——Preprocessor ——Material Props——Material Models——Structural——Linear——Elastic——Isotropic——EX=2e11，PRXY=0.3.

5.创建正六边形

拾取菜单main menu—preprocessor—modeling—creat—areas—polygon—hexagon，在wpx，wpy，radius文本框中分别输入0,0,0.01。

6.改变视点

拾取菜单uility menu—plotctrls—pan zoom rotate，单击iso，fit。

7.显示关键点，线号

拾取菜单uility menu—plotctrls—numbering，把关键点和线号打开，单击ok。

8.创建关键点

拾取菜单main menu—preprocessor—modeling—creat—keypoints—in active cs，在npt输入7，x，y，z，输入0,0,0，单击apply，在npt中输入8，x，y，z，输入0,0,0.05,在npt 中输入9，x，y，z，输入0,0.1,0.05，单击ok。

9.创建直线

拾取菜单main menu—preprocessor—modeling—creat—lines—lines—straight line，选取关键点7,8和8,9创建两条直线。

10.创建圆角

拾取菜单main menu—preprocessor—modeling—creat—lines—linesfillet，拾取直线7,8单击ok，在rad输入0.015

11.创建直线

拾取菜单main menu—preprocessor—modeling—creat—lines—lines—straight line，选取关键点1,4，创建直线。

12.将六边形划分为两部分

拾取菜单main menu—preprocessor—modeling—operate—Booleans—divide—area by line，分别拾取六边形面和1,4间的直线。

13，划分单元

拾取菜单main menu—preprocessor—meshing—meshtool，单击size controls的lines后的set，拾取直线2,3,4，单击ok，在NDIV文本框中输入3，单击apply，再次拾取直线7,9,8