薄壁圓筒在載荷作用下的應(yīng)力和應(yīng)變

1、彈塑性力學(xué)及有限元法題目：試分析圖1薄壁圓筒在載荷作用下的應(yīng)力和應(yīng)變（載荷個數(shù)、大小、薄壁圓的參數(shù)自己選擇）。圖1 薄壁圓筒受力分析1.三維建模3D模型是對部件進行分析和改進的結(jié)果，模型建立的越精確，有限元分析中的網(wǎng)格劃分也就越細致，那么得到的結(jié)果相應(yīng)的也就更加的準確，考慮到薄壁圓筒的結(jié)構(gòu)性，將其適當?shù)暮喕?，用SOLIDWORKS建模（如圖2）。 其中:外圓柱直徑為100mm,高度為20mm,中間圓柱直徑為70mm,高度為90mm,孔的直徑為60mm,為通孔. 圖2 薄壁圓筒三維模型考慮到ANSYS和SOLIDWORKS有很多數(shù)據(jù)接口，例如IGES,PARA,以及SAT等等，為了保證零件導(dǎo)入的

2、完整性，選擇另存為PARASOLID（*.x_t）文件，在將其導(dǎo)入ANSYS中的workbench協(xié)同仿真環(huán)境中。2.有限元分析2.1定義單元的屬性1） 定義材料屬性：選擇菜單Toolbox：Static Structural(ANSYS)Project SchematicEngineer DataEditViewOutline在材料屬性窗口Material選擇Structural Steel，ViewProperties 在彈出的對話框中設(shè)置Youngs Modulus（彈性模量）為2E11，Poissons Ratio（泊松比）為0.3，density（密度）為7850，單擊OK即可。2）

3、 導(dǎo)入模型：選擇菜單Static Structural(ANSYS)：GeometryImport GeometryBrowse 將之前存入的PARASOLID（*.x_t）文件導(dǎo)入環(huán)境中，并且選擇單位為Millimeter(毫米)。3） 定義單元的類型：ANSYS 提供了190 多種不同的單元類型, 從普通的線單元、面單元、實體單元到特殊的接觸單元、間隙單元和表面效應(yīng)單元等。選擇合適的單元類型是進行各類有限元分析的基礎(chǔ), 在滿足計算精度的同時可以有效的簡化單元劃分的難度。實體單元類型也比較多, 實體單元也是實際工程中使用最多的單元類型。常用的實體單元類型有solid45, solid92,

4、solid185, solid187 等幾種。4） 在此, 選擇單元類型為Solid185, 因為Solid185 單元是3 維8 節(jié)點實體, 該單元用來模擬3 維實體, 由8 個節(jié)點定義, 每個節(jié)點3 個自由度: X ,Y, Z 方向. 具有塑性, 超彈性應(yīng)力, 超大許用應(yīng)變, 大變形, 大應(yīng)變能力(如圖3）。選擇菜單Static Structural(ANSYS)：ModelGeometrySolidInsetCommand 在右方出現(xiàn)的命令欄中輸入et,matid, 185,回車確定。即選擇單元類型為三維實體單元Solid 185. 圖3 SOLID185幾何圖形2.2 網(wǎng)格劃分 有限元

5、網(wǎng)格數(shù)目過少，容易產(chǎn)生畸變，并影響計算精度；而數(shù)目過大，不僅對提高精度作用不大，反而大大增加了計算工作量. 1）可以采用ANSYS WORKBENCH提供的mesh網(wǎng)格劃分工具生成有限元模型。 2）在detail of mesh（劃分細節(jié)）中選擇Sizing，將Use Advanced Size Function項改為Proximity and Curvature，將Relevance Center項改為fine。 3）選擇菜單MODEL，Mesh ControlMapped Face Meshing，選中實體準備行映射網(wǎng)格劃分。 4）選擇菜單MODEL，MeshGenerate mesh進行

6、網(wǎng)格劃分（如圖4）。圖4 網(wǎng)格劃分劃分網(wǎng)格后生成：節(jié)點數(shù)32334個，(如圖5所示)單元數(shù)19088個（如圖5所示)。圖5 Statistics2.3添加約束和載荷1） 添加約束 ：選擇菜單MODEL：Static StructuralInsetFixed Support，選擇薄壁圓筒的左端面，在下方工具欄中 Details of Fixed SupportScopeGeometry,選擇Apply。2） 添加載荷：選擇菜單MODEL：Static StructuralInsetMoment，選擇薄壁圓筒右端圓柱面，在下方工具欄中 Details of MomentDefinitionDefi

7、ne byComponentsGlobal Coordinate SystemX Component，輸入扭矩值為1000N.m點擊確定即可（如圖6）。 圖6 添加約束和載荷2.4 求解選擇菜單MODEL：Static Structuralsolve，即可對上述設(shè)定進行求解。3. 結(jié)果處理 1)選擇菜單MODEL：Static StructuralSolutionInsetStressEquivalent(von-mises),顯示節(jié)點應(yīng)力云圖（如圖7，8所示）。 2）選擇菜單MODEL：Static StructuralSolutionInsetStainEquivalent(von-mis

8、es),顯示薄壁圓筒應(yīng)變分布圖（如圖9所示）。 3）選擇菜單MODEL：Static StructuralSolutionInsetDeformationTotal繪制變形圖（如圖10所示）。 4) 選擇菜單MODEL：Static StructuralSolutionEvaluate All Results將三種圖的結(jié)果進行處理。此處紅色區(qū)域為應(yīng)力最大值所在圖7 節(jié)點（von-mises）應(yīng)力圖圖8 薄壁圓筒應(yīng)變分布圖圖9薄壁圓筒變形圖4. 有限元靜力學(xué)分析 根據(jù)計算結(jié)果，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示：表1：應(yīng)力和應(yīng)變極值類型MINMAX應(yīng)力144871.6469e8應(yīng)變7.2434e-8Pa8.2347Mpa變形量0m0.m由圖7,8可看出主體鋼結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力分布比較散，雖然處于材料Q235的安全工