ANSYS静力学分析APDL建模实例-应力集中

1计算分析模型如图所示,习题文件名:scf材料参数：E=205GPa,v=0.3力载：4500N注意单位的一致性：使用N,mm,MPa单位制建模教程在ANSYS工作文件夹内新建“stressconcentrationfactor”目录，以存放模型文件。注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。1.1进入ANSYS开始→程序→ANSYS14.5→MechanicalAPDLProductLauncher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的workingdirectory及文件名scf如通过MechanicalAPDL14.5进入，则进入预设的workingdirectoryworkingdirectory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护）至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stressconcentrationfactor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。2.2设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences→selectStructural→OK2.3选择单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node182→OK(backtoElementTypeswindow)→Options…→selectK3:PlaneStrsw/thk→OK→Close(theElementTypewindow)22.4定义实常数ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete→Add→OK→THK1.2→OK32.5定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:205e3,PRXY:0.3→OK42.6生成几何模型生成特征点（8个）ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：input:1(0,0,0),2(75,0,0),3(75,4.5,0),4(120,4.5,0),5(120,19.5,0),6(75,19.5,0),7(75,24,0),8(0,24,0)→Apply/OK（开始点Apply，最后一个点OK）Tips：如何用ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→OnWorkingPlane→又该如何操作才能生成同样的点？？直线（8条）ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→StraightLines→跳出对话框，用鼠标（左键）依次选择点1、2生成直线1，依次类推生成直线2-8。Tips：如何显示线的编号？？5生成圆导角（2条）ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Lines→LineFillet→跳出对话框，用鼠标（左键）依次选择直线2、3→Apply→跳出对话框，在RAD输入3→OK生成第1个圆导角。按照相同的操作在直线5、6之间生成第2个圆导角。生成薄壁钢板的面ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ByLines→选择所有的线（包括直线和圆导角，不能遗漏，否则生不成面）→OK62.7网格划分ANSYSMainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshTool→(ElementAttributes)Globalset→跳出MeshingAttributes对话框，检查整体单元的相关信息，不改动该表，即只看不动→(SizeControls)Global:Set→跳出GlobalElementSizes对话框，在SIZE输入:2→OK→(backtothemeshtoolwindow)Mesh:Areas,Shape:Quad,Mapped→Mesh→PickAll(inPickingMenu)→Close(theMeshToolwindow)此处只看不改（目的为了解单元相关的单元类型、材料、实常数等信息）Tips：（1）设置单元尺寸时可否选Areas（即在SizeControls里选Areas），如何可以，该如何做相应操作以获得想要的单元及网格？（2）可否生成三角形网格？该如何操作？（3）Mesh中的Shape、Free、Mapped的功能如何？试通过具体操作加以验证。7本教程采用四边形网格，但学生在完成大作业进行网格测试时，可选用三角形网格。2.8模型施加约束给左端施加固定约束（约束住全部自由度）ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines（选取左边端部线）→OK→跳出对话框，选择AllDOF，在Value中输入0→OK。给右端施加x方向的分布载荷（按照圣维南定理，将左边的集中力转换为等效的均布力系，即应力F/A=4500N/(15*1.2mm2)=250MPa）ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→Onlines→pickthelines（选取右边端部线）→OK→跳出对话框，保持Constantvalue不变，在VALUE中输入-250→OK。8Tips：可不可以直接对右端加点力？如果可以加在右端某一节点处，模拟结果与分布载荷的情况相比如何？2.9分析计算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)→OK2.10结果显示ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK(backtoPlotResultswindow)→ContourPlot→NodalSolu…→select:Stress,vonMisesStress→OK可见：在导角处出现最大应力（最大值为363.653MPa），因此在构件中一旦出现尖、圆角确确会在导角出出现不同程度的应力集中现象，在设计零件时应尽力避免或减缓应力集中现象，此教程中的应力集中因子Kt根据提供的公式计算得到为：363.653MPa/250MPa=1.4546因以该例为基础，通过网格收敛测试得到可靠的应力集中因子Kt。例如：当细化一倍后，网格和载荷为：9模拟结果为：此时，最大应力为420.507MPa，相应的应力集中因子为1.682。10此时，最大应力为452.576MPa，相应的应力集中因子为1.810。网格收敛准则：当各种细网格的解之间非常接近且相互之间的相对误差≤5％以内时，即可认为收敛。