ansys有限元法解题实例

Ansys有限元课程设计

问题一：飞机机翼振动模态分析

机翼模型沿着长度方向具有不规则形状，而且其横截面是由直线和曲线构成（如图所示）。机翼一端固定于机身上，另一端则自由悬挂。机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度r=886kg/m^3

一、操作步骤：

1.选取5个keypoint，A（0,0,0）为坐标原点，同时为翼型截面的尖点；

2.B（2，0，0）为下表面轮廓截面直线上一点，同时是样条曲线BCDE的起点;

3.D(1.9,0.45,0)为样曲线上一点；

4.C(2.3，0.2,0)为样条曲线曲率最大点，样条曲线的顶点；

5.E(1,0.25,0)与点A构成直线，斜率为0.25；

6.通过点A、B做直线和点B、C、D、E作样条曲线就构成了截面的形状。沿Z 方向拉伸，就得到机翼的实体模型；

7.创建截面如图：

机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度r=886kg/m^3 8.定义网格密度并进行网格划分：

选择面单元PLANE42和体单元SOLID45进行划分网格求解。面网格选择单元尺寸为0.00625，体网格划分时按单元数目控制网格划分，选择单元数目为10

9.对模型施加约束，由于机翼一端固定在机身上所以在机翼截面的一端所有节点施加位移和旋转约束

二、有限元处理结果及分析：

机翼的各阶模态及相应的变形：

一阶振动模态图：

二阶振动模态图：

三阶振动模态图：

四阶振动模态图：

五阶振动模态图：

命令流：

/FILNAM,MODAL

/TITLE,Modal analysis of a modal airplane wing /PMETH,OFF,0

KEYW,PR_STRUC,1

/UIS,MSGPOP,3

/PREP7

ET,1,PLANE42

ET,2,SOLID45

MP,EX,1,3800

12

MP,PRXY

,1,0.3

MP,DENS,1,1.033E-3

K,1,

K,2,2

K,3,2.3,0.2

K,4,1.9,0.45

K,5,1,0.25

/TRIAD,OFF

/PNUM,KP,1

LSTR,1,2

LSTR,5,1

BSPLIN,2,3,4,5,,,-1,0,,-1,-0.25,, AL,1,2,3

ESIZE,0.25

MSHKEY,0

MSHAPE,0,2D

AMESH,1

SA

VE

ESIZE,,10

TYPE,2

VEXT,1,,,0,0,10

/SOLU

ANTYPE,MODAL MODOPT,SUBSP,5,,,,OFF EQSLV

,SPAR

MXPAND,5,,,,0.001 LUMPM,0

PSTRES,0

ESEL,U,TYPE,,1

NSEL,S,LOC,Z,0

D,ALL,ALL

ALLSEL,ALL

SOLVE

/POST1

SET,LIST

SET,FIRST

PLDI,,

ANMODE,10,0.5,,0

FINISH

13

/EXIT,ALL

问题二：内六角扳手静力分析

内六角扳手在日常生产生活当中运用广泛，先受1000N的力产生的扭矩作用，然后在加上200N力的弯曲，分析算出在这两种外载作用下扳手的应力分布。

截面宽：10mm，正六边形边长为5.8mm；

形状：正六边形

杆长：7.5cm手柄长：20cm

倒角半径：1cm

弹性模量：2.07×1011Pa

向下的面力：20N

斜向上的面力：100N

许用应力：200MPa

一、建立模型：

1.选择分析模型：

Main Menu|Preference -Preference of GUI Filtering-Structural

2.定义单元类型：

选用8节点实体单元，Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete- Element Types-Add-Library of Element Types

3.定义材料属性：

4.建立几何模型：六角形截面：

输入三个路径关键点：A（0,0,0），B（0，0,-0.2），C（0，-0.075，-0.2），生成点后将点点相连，做出基本路径框架，之后进行倒角，生成实体模型：

5.进行网格划分：

选择2mm为单元尺度，网格划分方式为Sweep

6.定义边界条件和载荷：

位移边界条件为将扳手杆部的底面边界上节点的全部位移固定：

首先将在扳手手柄的端部施加100N的面力，将100N的面力分解到3个节点上，为第一步；在扳手手柄的端部再施加20N的向下的面力，为第二步。模拟扳手在使用中的状态。

二、求解：

利用载荷步求解，并查看结果：

1.第一步载荷等效应力分布

2.第二步载荷等效应力分布：

3.结果分析：

材料的许用应力为200MPa。而在此给定尺寸下，结构的最大等效应力达到了249MPa，不符合要求的，需要对其结构进行大规模的优化，使其承载符合需用应力的要求。

三、优化设计（只采用第一步载荷）：

不改变荷载和六角截面尺寸。在这一前提下，可以缩短手柄长度。由局部放大图知，最大应力出现在拐角处。在荷载不变的情况下，可通过缩短手柄以减小扭矩的方法来降低局部应力。将手柄长度由20cm依次减为19cm、18cm、17cm，其他尺寸均不变，进行模拟。计算得到的最大应力均在200以上。减至16cm时，最大应力降低到了199MPa。