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基于ANSYS的有限元設計分析方法

2014-09-26 01:58沈潔
科技創(chuàng)新與應用 2014年29期
關鍵詞:結構分析有限元分析

摘 要:由于實驗條件的限制,學生無法直觀地了解結構在力載荷作用下的變化情況,將通用有限元分析軟件ANSYS與現(xiàn)代設計方法相結合,充分利用計算機仿真方法彌補了實驗上的不足,有助于學生對力學知識的理解。

關鍵詞:ANSYS;有限元分析;結構分析

力學分析是機械、建筑等工科類學生的設計、學習的基礎課程,力學分析主要包括剛度、強度、穩(wěn)定性等方向的研究[1]。由于實驗條件的限制,學生對理論方面的理解比較困難,通過有限元分析軟件ANSYS進行模擬仿真,可以直觀地了解結構在載荷作用下的變化情況。因此,可以借助CAE仿真軟件進行數(shù)值計算,作為輔助教學手段,以薄板圓孔的應力分析為例,為常規(guī)教學方式的進提供依據(jù)。

1 薄板圓孔應力分析的理論基礎

已知一個承受內(nèi)壓的薄板,在其中心位置有一個小圓孔,相關的結構尺寸如圖1所示,根據(jù)對稱性,可取圓筒的四分之一并施加垂直于對稱面的約束進行分析。材料的彈性模量E=2e11PaKN/m2,泊松比為0.3,拉伸載荷q=3000Pa,平板的厚度t=0.01mm。圓孔的徑向應力σr和切向應力σt沿半徑r方向的分布,根據(jù)材料力學的知識,σr和σt沿r方向分布的解析解為[4],

圖1 薄板結構受力圖

2 薄板圓孔的有限元分析

文章運用有限元分析軟件ANSYS對薄板圓孔進行有限元靜力學分析,劃分薄板圓孔的網(wǎng)格第一步工作。網(wǎng)格劃分采用邊線單元尺寸控制,桅桿約劃分為400個單元,其劃分網(wǎng)格后的有限元模型如圖2所示[5-6]。

在靜力學分析過程中由于壓力施加在圓孔邊緣,分別對圓孔所在的兩邊施加x和y的位移約束,同時對圓孔邊緣施加3000Pa的壓強,如圖3所示,觀察桅桿結構的應力分布情況;然后通過ANSYS軟件計算整體變形情況。

四分之一薄板位移云圖、節(jié)點的Von-Mise應力云圖和整體薄板位移云圖、節(jié)點的Von-Mise應力云圖如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出薄板圓孔在3000Pa壓力作用下的位移變化和受力分布情況。最大應力值為7104Pa,出現(xiàn)在45°方向,最大位移出現(xiàn)在圓孔900方向,位移值為0.014mm。圖6為Mises應力等值線的結果顯示圖[7-8]。

(a) (b)

圖4 位移云圖的結果顯示

(a) (b)

圖5 節(jié)點的Von-Mise應力云圖顯示

圖6 Mises應力等值線的結果顯示

3 結束語

有限元軟件ANSYSY可以很好地用于結構力學分析,有助于減輕學習難度、增強學生對結構力學特性的感性認識,幫助學生認識和理解結構力學的理論和方法,培養(yǎng)學生實際動手能力、實際解決問題的能力和科研創(chuàng)造能力。

參考文獻

[1]李麗君,沈玉鳳.ANSYS對于壓桿穩(wěn)定的輔助教學[J].實驗科學與技術,2008,7(1):121~123.

[2]王德玲,沈疆海.ANSYS在結構動力學的工程抗振教學中的應用[J].水利與建筑工程學報,2010,8(1):39~41.

[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh,eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology,2009(56):906-909.

[4]王在偉,焦青.Solidworks與Ansys之間的數(shù)據(jù)交換方法研究[J].煤礦機械,2011,32(9):248-250.

[5]薛大維,趙雨腸.客車車架有限元靜力學分析[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2006,38(7):1075~1078.

[6]李小彭,趙志杰,聶慧凡.某型數(shù)控車床床身的模態(tài)分析與結構優(yōu)化[J].東北大學學報,2011,32(7):988-991.

[7]WANG Dazhi,DONG Guang,ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY,2006,11(6):725-730.

[8]王曉楠,邸洪雙,梁冰潔.輕量化設計的重型卡車車廂應力有限元數(shù)值模擬[J].東北大學學報,2010,31(1):60-63.

作者簡介:沈潔(1986-),女,漢,江蘇,無錫市協(xié)新技工學校,職稱:初級,助理講師。endprint

摘 要:由于實驗條件的限制,學生無法直觀地了解結構在力載荷作用下的變化情況,將通用有限元分析軟件ANSYS與現(xiàn)代設計方法相結合,充分利用計算機仿真方法彌補了實驗上的不足,有助于學生對力學知識的理解。

關鍵詞:ANSYS;有限元分析;結構分析

力學分析是機械、建筑等工科類學生的設計、學習的基礎課程,力學分析主要包括剛度、強度、穩(wěn)定性等方向的研究[1]。由于實驗條件的限制,學生對理論方面的理解比較困難,通過有限元分析軟件ANSYS進行模擬仿真,可以直觀地了解結構在載荷作用下的變化情況。因此,可以借助CAE仿真軟件進行數(shù)值計算,作為輔助教學手段,以薄板圓孔的應力分析為例,為常規(guī)教學方式的進提供依據(jù)。

1 薄板圓孔應力分析的理論基礎

已知一個承受內(nèi)壓的薄板,在其中心位置有一個小圓孔,相關的結構尺寸如圖1所示,根據(jù)對稱性,可取圓筒的四分之一并施加垂直于對稱面的約束進行分析。材料的彈性模量E=2e11PaKN/m2,泊松比為0.3,拉伸載荷q=3000Pa,平板的厚度t=0.01mm。圓孔的徑向應力σr和切向應力σt沿半徑r方向的分布,根據(jù)材料力學的知識,σr和σt沿r方向分布的解析解為[4],

圖1 薄板結構受力圖

2 薄板圓孔的有限元分析

文章運用有限元分析軟件ANSYS對薄板圓孔進行有限元靜力學分析,劃分薄板圓孔的網(wǎng)格第一步工作。網(wǎng)格劃分采用邊線單元尺寸控制,桅桿約劃分為400個單元,其劃分網(wǎng)格后的有限元模型如圖2所示[5-6]。

在靜力學分析過程中由于壓力施加在圓孔邊緣,分別對圓孔所在的兩邊施加x和y的位移約束,同時對圓孔邊緣施加3000Pa的壓強,如圖3所示,觀察桅桿結構的應力分布情況;然后通過ANSYS軟件計算整體變形情況。

四分之一薄板位移云圖、節(jié)點的Von-Mise應力云圖和整體薄板位移云圖、節(jié)點的Von-Mise應力云圖如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出薄板圓孔在3000Pa壓力作用下的位移變化和受力分布情況。最大應力值為7104Pa,出現(xiàn)在45°方向,最大位移出現(xiàn)在圓孔900方向,位移值為0.014mm。圖6為Mises應力等值線的結果顯示圖[7-8]。

(a) (b)

圖4 位移云圖的結果顯示

(a) (b)

圖5 節(jié)點的Von-Mise應力云圖顯示

圖6 Mises應力等值線的結果顯示

3 結束語

有限元軟件ANSYSY可以很好地用于結構力學分析,有助于減輕學習難度、增強學生對結構力學特性的感性認識,幫助學生認識和理解結構力學的理論和方法,培養(yǎng)學生實際動手能力、實際解決問題的能力和科研創(chuàng)造能力。

參考文獻

[1]李麗君,沈玉鳳.ANSYS對于壓桿穩(wěn)定的輔助教學[J].實驗科學與技術,2008,7(1):121~123.

[2]王德玲,沈疆海.ANSYS在結構動力學的工程抗振教學中的應用[J].水利與建筑工程學報,2010,8(1):39~41.

[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh,eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology,2009(56):906-909.

[4]王在偉,焦青.Solidworks與Ansys之間的數(shù)據(jù)交換方法研究[J].煤礦機械,2011,32(9):248-250.

[5]薛大維,趙雨腸.客車車架有限元靜力學分析[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2006,38(7):1075~1078.

[6]李小彭,趙志杰,聶慧凡.某型數(shù)控車床床身的模態(tài)分析與結構優(yōu)化[J].東北大學學報,2011,32(7):988-991.

[7]WANG Dazhi,DONG Guang,ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY,2006,11(6):725-730.

[8]王曉楠,邸洪雙,梁冰潔.輕量化設計的重型卡車車廂應力有限元數(shù)值模擬[J].東北大學學報,2010,31(1):60-63.

作者簡介:沈潔(1986-),女,漢,江蘇,無錫市協(xié)新技工學校,職稱:初級,助理講師。endprint

摘 要:由于實驗條件的限制,學生無法直觀地了解結構在力載荷作用下的變化情況,將通用有限元分析軟件ANSYS與現(xiàn)代設計方法相結合,充分利用計算機仿真方法彌補了實驗上的不足,有助于學生對力學知識的理解。

關鍵詞:ANSYS;有限元分析;結構分析

力學分析是機械、建筑等工科類學生的設計、學習的基礎課程,力學分析主要包括剛度、強度、穩(wěn)定性等方向的研究[1]。由于實驗條件的限制,學生對理論方面的理解比較困難,通過有限元分析軟件ANSYS進行模擬仿真,可以直觀地了解結構在載荷作用下的變化情況。因此,可以借助CAE仿真軟件進行數(shù)值計算,作為輔助教學手段,以薄板圓孔的應力分析為例,為常規(guī)教學方式的進提供依據(jù)。

1 薄板圓孔應力分析的理論基礎

已知一個承受內(nèi)壓的薄板,在其中心位置有一個小圓孔,相關的結構尺寸如圖1所示,根據(jù)對稱性,可取圓筒的四分之一并施加垂直于對稱面的約束進行分析。材料的彈性模量E=2e11PaKN/m2,泊松比為0.3,拉伸載荷q=3000Pa,平板的厚度t=0.01mm。圓孔的徑向應力σr和切向應力σt沿半徑r方向的分布,根據(jù)材料力學的知識,σr和σt沿r方向分布的解析解為[4],

圖1 薄板結構受力圖

2 薄板圓孔的有限元分析

文章運用有限元分析軟件ANSYS對薄板圓孔進行有限元靜力學分析,劃分薄板圓孔的網(wǎng)格第一步工作。網(wǎng)格劃分采用邊線單元尺寸控制,桅桿約劃分為400個單元,其劃分網(wǎng)格后的有限元模型如圖2所示[5-6]。

在靜力學分析過程中由于壓力施加在圓孔邊緣,分別對圓孔所在的兩邊施加x和y的位移約束,同時對圓孔邊緣施加3000Pa的壓強,如圖3所示,觀察桅桿結構的應力分布情況;然后通過ANSYS軟件計算整體變形情況。

四分之一薄板位移云圖、節(jié)點的Von-Mise應力云圖和整體薄板位移云圖、節(jié)點的Von-Mise應力云圖如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出薄板圓孔在3000Pa壓力作用下的位移變化和受力分布情況。最大應力值為7104Pa,出現(xiàn)在45°方向,最大位移出現(xiàn)在圓孔900方向,位移值為0.014mm。圖6為Mises應力等值線的結果顯示圖[7-8]。

(a) (b)

圖4 位移云圖的結果顯示

(a) (b)

圖5 節(jié)點的Von-Mise應力云圖顯示

圖6 Mises應力等值線的結果顯示

3 結束語

有限元軟件ANSYSY可以很好地用于結構力學分析,有助于減輕學習難度、增強學生對結構力學特性的感性認識,幫助學生認識和理解結構力學的理論和方法,培養(yǎng)學生實際動手能力、實際解決問題的能力和科研創(chuàng)造能力。

參考文獻

[1]李麗君,沈玉鳳.ANSYS對于壓桿穩(wěn)定的輔助教學[J].實驗科學與技術,2008,7(1):121~123.

[2]王德玲,沈疆海.ANSYS在結構動力學的工程抗振教學中的應用[J].水利與建筑工程學報,2010,8(1):39~41.

[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh,eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology,2009(56):906-909.

[4]王在偉,焦青.Solidworks與Ansys之間的數(shù)據(jù)交換方法研究[J].煤礦機械,2011,32(9):248-250.

[5]薛大維,趙雨腸.客車車架有限元靜力學分析[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2006,38(7):1075~1078.

[6]李小彭,趙志杰,聶慧凡.某型數(shù)控車床床身的模態(tài)分析與結構優(yōu)化[J].東北大學學報,2011,32(7):988-991.

[7]WANG Dazhi,DONG Guang,ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY,2006,11(6):725-730.

[8]王曉楠,邸洪雙,梁冰潔.輕量化設計的重型卡車車廂應力有限元數(shù)值模擬[J].東北大學學報,2010,31(1):60-63.

作者簡介:沈潔(1986-),女,漢,江蘇,無錫市協(xié)新技工學校,職稱:初級,助理講師。endprint

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