有限元分析与设计课程作业

有限元分析与设计

课程作业

学院：工程机械学院

专业：机械制造及其自动化姓名：XXX

学号：XXXXX

指导教师：XX

完成时间：2017-06-29

目录

一、压紧板的静力学分析 (1)

1.1 模型： (1)

1.2 模型分析： (1)

1.3 ANSYS分析求解： (2)

1.3.1压紧板模型建立： (2)

1.3.2 单元划分： (2)

1.3.3 建立接触对 (4)

1.3.4 加载求解 (6)

1.3.5 结果 (6)

1.3.6 第二种方法 (8)

1.4结果分析 (10)

二、桥梁上的变载荷 (11)

2.1 问题分析 (11)

2.2 建模及划分单元 (11)

2.2.1 选择单元类型 (11)

2.2.2 设置板壳厚度 (11)

2.2.3 设置单元尺寸 (12)

2.2.4 建立模型并划分单元 (12)

2.3添加约束及变载荷 (13)

2.4结果分析 (15)

一、压紧板的静力学分析

1.1 模型：

压紧板的形状及尺寸见下图：

图1.1 压紧板模型

1.2 模型分析：

将压紧板的上半部分视为实体，即将中心凸台和肋板视为实体，将底板视为板壳，进行建模。

压紧板上的约束及载荷：由于压紧板的作用是用来挤压滤室中的固液混合体的，将其视为静态时，应该约束底板的四条棱边的所有自由度，然后让底板沿着Z轴方向变形。由于压紧板的载荷主要是来自液压杆作用在中心凸台上的压紧力，以及滤箱中的固液混合体作用在底板上的力，由实际工况可知，作用在凸台上的力为600吨。再根据力的平衡得出固液混合体作用在底板上的力也为600吨。

查阅资料得知Q235的弹性模量为2.06E11Pa，泊松比为0.3。

1.3 ANSYS分析求解：

1.3.1压紧板模型建立：

通过上述的分析可知，中心凸台及肋板为实体，底板为板壳，由于板壳单元是建立在面上的。

模型建立好如下图所示：

图1.2压紧板模型

1.3.2 单元划分：

模型建立好之后要对其划分单元，根据上边的分析，选择两种单元，分别为：SHELL281、SOLID185，分别对应板壳单元和实体单元。

1、板壳单元的划分：

在Section里设置板壳单元的厚度，根据底板的尺寸，将板壳的厚度定为0.05米。由于需要向单侧显示厚度，故Section Offest应设置为底面，其具体操作过程如下图所示：

图1.3板壳单元厚度的设置然后划分底面板壳单元。

2、实体单元的划分：

实体单元直接划分。

划分好单元后的模型如下图所示：

图1.4 划分好单元之后的模型

1.3.3 建立接触对

由于中心圆柱凸台，四周肋板及边框选择的是实体单元，底板选择的是板壳单元，而这些单元没有公共节点，在加载后内力不能传递，故需要建立接触对。

根据具体情况，选择MPC技术将不同单元连接在一起。

建立板壳单元与实体单元的接触对，过程如下：

首先将底板与实体接触部分的节点提取出来，命名为Shell，具体命令流如下：

ASEL,S, , , 1

NSLA,S,1

NPLOT

CM,shell,NODE

ALLSEL,ALL

然后将中心圆凸台与底板接触面上的的节点提取出来，命名为Solid，具体命令流如下：

ASEL,S, , ,P51X

NSLA,S,1

NPLOT

CM,solid,NODE

最后建立梁与实体的接触对，具体过程如下：

图1.5建立接触对（板壳与实体）

点击新建，出现如下对话框：

图1.6 接触对对话框

在对话框中，Target Surface选择SOLID，点击Next，然后在Contact Surface 选择SHELL,点击Next，继续点击Optional Setting出现如下对话框：

图1.7 接触对算法的选择

将上图所示的对话框里的算法改为MPC，点击OK，然后点击Creat，板壳

与实体的接触对建立完成。

1.3.4 加载求解

接触对建立好后就可以加载求解了，根据对此问题的分析，应该将载荷加到凸台的上表面和底板的下表面上，大小由下式计算：

F

P=

经计算得压力分别为：1.5E8/3.14Pa和-2.34E6Pa。

然后限制底板四条边的所有自由度，加载完成后如下如所示：

图1.8 加载后的模型

加载完成后就可进行求解。

1.3.5 结果

求解完成后再后处理里查看求解结果，其各个节点在Z方向上的应变如下图所示：

图1.9Z方向应变云图

由结果列表可知，其最大应变的具体数据如下表所示：

表1.1 最大应变

方向X Y Z 最大值

值0.59398E-03 0.59341E-03 -0.24042E-02 -0.24042E-02

由上表结合图可知，压紧板受力后再中心凸台处沿着Z轴方向的变形最大，为2.4毫米。而四周边框沿着X和Y方向向内弯折，变形为0.593毫米。

各个节点的等效应力云图如下图所示（第三强度理论）：

图1.10 等效应力云图

由结果列表可知，其最大应变的具体数据如下表所示：

表1.2 最大等效应力

方向S1 S2 S3 SINT SEQV

值0.69390E+09 0.19053E+09 0.84406E+08 0.69390E+09 0.62096E+09 由上表结合图可知，压紧板受力后再中心凸台与底板的接触处的应力最大，

其值为0.69390E+09。

1.3.6 第二种方法

将压紧板整体视为一个实体，用实体单元进行划分，然后求解，结果如下：