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1、三维托架实体受力分析三维托架实体受力分析ANSYS 软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 公司开发，它能与多数 CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如 PRO/E、UG、I-DEAS、CADDS 及 AutoCAD 等，是现代产品设计中的高级 CAD 工具之一。题目：题目： 1 1、三维托架实体受力分析：三维托架实体受力分析：托架顶面承受托架顶面承受 50psi50psi 的均匀分布载荷。的均匀分布载荷。托架通过有孔的表面固定在墙上，托架是钢制的，弹性模量托架通过有孔的表面固定在墙上，托架是钢制的
2、，弹性模量 E=2E=29 91010 psipsi，泊，泊松比松比 v=0.3.v=0.3.试通过试通过 ANSYSANSYS 输出其变形图及其托架的输出其变形图及其托架的 von Misesvon Mises 应力分布。应力分布。6 6题目 1 的分析。先进行建模，此建模的难点在对V3 的构建（既图中的红色部 分 ）。 要 想 构 建V3 ， 首 先 应 将A15做 出 来 ， 然 后 执 行MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansAddVolumes 命令，将所有的实体合并为一个整体。建模后，就对模型进行网格的划分，实行 MainMenuPr
3、eprocessorMeshingMeshTool,先对网格尺寸进行编辑，选 0.1，然后点Meshing，Pick all 进行网格划分，所得结果如图 1。划分网格后，就可以对模型施加约束并进行加载求解了。施加约束时要注意，由于三维托架只是通过两个孔进 行 固 定 ， 故 施 加 约 束 应 该 只 是 针 对 两 孔 的 内 表 面 ， 执 行 MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructrualDisplacementSymmetry B.COnAreas 命令，然后拾取两孔的内表面，单击 OK 就行了。施加约束后，就可以对实体进行加载求解了，载荷是施加
4、在三维托架的最顶上的表面的，加载后求解运算，托架的变形图如图 2。图 1、托架网格图图 2 输出的是原型托架和施加载荷后托架变形图的对比， 虚线部分即为托架的原型，从图2 可看出，由于载荷的作用，托架上面板明显变形了，变形最严重的就是红色部分，这是因为其离托板就远，没有任何物体与其分担载荷，故其较容易变形甚至折断。这是我们在应用托架的时候应当注意的。图 2、托架位移变形图图 3 为托架的应力分布图， 由图可看出主要在两孔处出现应力集中，也就是说这些地方所受的应力的最大的，比较容易出现裂痕。我们在应用托架的时候，应当注意采取一些设施，以便减缓其应力集中。特别是在施加载荷时，绝对不能够超过托架所能
5、承受的极限，否则必将导致事故的发生。文后附上建模分析时所执行的命令流。图 3、托架应力分布图1 1. .指定分析标题指定分析标题1选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname，将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框。2在Enter new jobname (输入新文件名)文本框中输入文字“bracket”，为本分析实例的数据库文件名。单击对话框中的“OK”按钮，完成文件名的修改。3选取菜单路径Utility Menu | File | Change Title，将弹出Change Title (修改标题)对话框。4在Enter new
6、title (输入新标题)文本框中输入文字“press analysis of bracketstructure”，为本分析实例的标题名。单击对话框中的“OK”按钮，完成对标题名的指定。2. 2.定义单元类型定义单元类型1选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型定义)对话框。单击对话框中的按钮，将弹出Library ofElement Types (单元类型库)对话框。2在左边的滚动框中单击“Structural Solid”，选择结构壳单元类型。在右边的滚动框中
7、单击“Quad 4node 42”,在对话框中单击“OK”按钮，完成对这种单元的定义。3. 3.指定材料特性指定材料特性1 选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，将弹出Define Material Model Behavior (材料模型定义)对话框。2依次双击Structural， Linear ，Elastic 和Isotropic，将弹出1 号材料的弹性模量EX 和泊松比PRXY 的定义对话框。3在EX文本框中输入2.9E7，PRXY文本框中输入0.3。定义材料的弹性模量为2.9E6 N/m2
8、，泊松比为0.3。单击“OK”按钮，关闭对话框。4在Define Material Model Behavior (材料模型定义)对话框中，选取路径Material| Exit，完成对材料模型的定义。5单击ANSYS10.0 的ANSYS Toolbar (工具条)上的“SAVE”按钮，保存数据库文件4. 4.建立托架的有限元模型建立托架的有限元模型1选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Volume|Block|ByDimensions，将弹出Create Block by Dimensions(根据坐标创建体)对话框。在对话框
9、输入：X1,X2 X-coordinates：-1,1Y1,Y2 Y-coordinates：-1.5，1.5Z1, Z2 Z-coordinates：0，1/8然后单击“APPLY”按钮，再次在对话框输入：X1,X2 X-coordinates：-1,1Y1,Y2 Y-coordinates：1.5，1.625Z1, Z2 Z-coordinates：0，32选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Operate |Booleans|Add|Volumes将弹出 Add Volumes(体相加)对话框，在对话框单击“PICK ALL”按钮完成体相加
10、操作。3 在执行显示 keypoint 的操作之后， 执行显示 line 的操作， 选取路径 Main Menu| Preprocessor | Modeling | Create |Lines|Lines|StrainghtLine将弹出 Create StraightLine 对话框，然后选择关键点5、13 生成 L13 直线，单击“ OK”按钮完成操作。4选取路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |Area|Arbitrary|By Lines将弹出对话框 Create Area By Lines 然后选择直线 L1,L9,L13
11、,L20,L24,L25，单击“OK”即可生成面 A4。5选取路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling |Operate|Extrude|Areas|AlongNormal 弹出对话框 Extrude Area by选择面 A4 单击“OK”按钮，将弹出另一个对话框，在 Length extrusion 项输入“-1/8”，单击“OK”按钮。然后再次如前做的将所有体相加的操作。6选取路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling |Create|Areas|Circle|Solid Circle将弹出 Solid Circula
12、r Area 对话框， 在 WP x,WPy,Radius 项分别输入 0， -0.5， 0.25单击 Apply,再次输入 0， 0.5， 0.25 然后单击 “OK” 按钮。 然后选取路径 Main Menu| Preprocessor | Modeling |Operate|Extrude|Areas|Along Normal 弹出对话框 ExtrudeArea by选择其中一个圆面单击 “Apply” 按钮， 将弹出另一个对话框， 在 Lengthextrusion 项输入“1”，单击“OK”按钮。对另一个圆面做相同操作。7 选 取 路 径MainMenu|Preprocessor|M
13、odeling|Operate|Booleans|Subtract|Volumes 将弹出 Subtract Volumes(体相减)对话框，选择两个圆柱体所在的体，单击“Apply”按钮，然后选择两个圆柱体，单击“OK”按钮，完成体相减操作。5. 5.网格划分网格划分1选取路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling|Meshing|MeshTool 将弹出MeshTool 对话框，单击“Mesh”按钮，弹出另一对话框，再次单击“PICK ALL”按钮完成网格划分。6. 6.施加约束，载荷并求解施加约束，载荷并求解1选取菜单路径Main Menu | Prep
14、rocessor | Loads | Define Loads | Apply |Structural |Displacement | On Areas， 将会弹出拾取对话框,选择两圆孔， 单击对话框中的 “OK”按钮。完成施加约束操作。2选取菜单路径Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural |Pressure|On Areas将会弹出拾取对话框,选择面A10,A19单击 “OK” 按钮， 弹出另一对话框，在Load PRES value项输入“50”单击“OK”完成施加载荷操作。3选取菜单路径Main Menu | So
15、lution |Solve|Current LS弹出Solve Current LoadStep对话框，单击“OK”开始求解，求解结束后，关闭相应对话框。4选取菜单路径Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu将弹出Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution|DOFSolution|Displacement vector sum将得到如位移图(2)：5选取菜单路径Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour
16、 Plot|Nodal Solu将弹出Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution|Stress|von MisesStress将得到如应力图(3)：命令代码命令代码/CLEAR,START/REPLOT,RESIZE/TITLE,homework/REPLOT/PLOPTS,INFO,3/PLOPTS,LEG1,1/PLOPTS,LEG2,1/PLOPTS,LEG3,1/PLOPTS,FRAME,1/PLOPTS,TITLE,1/PLOPTS,MINM,1/PLOPTS,FILE,0/PLOPTS,LOGO,1/PLOPTS,WINS,1/P
17、LOPTS,WP,0/PLOPTS,DATE,2/TRIAD,OFF/REPLOT/PREP7ET,1,SOLID45MPTEMP,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,2.9e7MPDATA,PRXY,1,0.3BLOCK,0,2,0,3,0,0.125,BLOCK,0,2,3,3.125,0,3,/USER,1LSTR,13,5/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,1/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0/PNUM,ELEM,0/REPLOTAPLOTFLST,2,2,5,ORDE
18、,2FITEM,2,5FITEM,2,11AADD,P51XLPLOTFLST,2,3,4FITEM,2,25FITEM,2,8FITEM,2,27AL,P51XAPLOTFLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,13FITEM,2,-14AADD,P51XVOFFST,15,0.125, ,CYL4,1,1,0.25, , , ,0.125CYL4,1,2,0.25, , , ,0.125FLST,3,2,6,ORDE,2FITEM,3,4FITEM,3,-5VSBV,1,P51XFLST,2,3,6,ORDE,3FITEM,2,2FITEM,2,-3FITEM,2,6VADD,P5
19、1XESIZE,0.1,0,MSHAPE,1,3DMSHKEY,0CM,_Y,VOLUVSEL, , , ,1CM,_Y1,VOLUCHKMSH,VOLUCMSEL,S,_YVMESH,_Y1CMDELE,_YCMDELE,_Y1CMDELE,_Y2FINISH/SOLFLST,2,4,5,ORDE,4FITEM,2,23FITEM,2,-24FITEM,2,27FITEM,2,-28DA,P51X,SYMMFLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,10FITEM,2,14/GOSFA,P51X,1,PRES,50/STA TUS,SOLUSOLVEFINISH/POST1/EFACET,1PLNSOL, U,SUM, 1,1.0/EFACET,1PLNSOL, U,SUM, 0,1.0/EFACET,1PLNSOL, S,INT, 0,1.0/EFACET,1PLNSOL, U,SUM, 0,1.0GPLOT/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0/PNUM,ELEM,0/REPLOT/EFACET,1PLNSOL, U,SUM, 0,1.0/EFACET,1PLNSOL, S,EQV, 0,1.0/EFACET,1