有限元分析 三维托架实体受力分析.docx

《有限元基础理论》报告

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二〇一一年十二月

题目一：三维托架实体受力分析

题目：1、三维托架实体受力分析：托架顶面承受50psi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E=29×106psi，泊松比v=0.3.试通过ANSYS输出其变形图及其托架的vonMises应力分布。

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MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volumes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MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,先对网格尺寸进行编辑，选0.1，然后点Meshing，Pickall进行网格划分，所得结果如图1.1。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MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structrual>Displacement>SymmetryB.C>OnAreas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1.2。

图1.1、托架网格图

图1.2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1.2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1.2、托架位移变形图

图1.3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1.3、托架应力分布图

1.指定分析标题

1．选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeJobname，将弹出ChangeJobname(修改文
件名)对话框。
2．在Enternewjobname(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UtilityMenu|File|ChangeTitle，将弹出ChangeTitle(修改标题)对话框。
4．在Enternewtitle(输入新标题)文本框中输入文字“pressanalysisofbracketstructure”，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.定义单元类型
1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，将弹出
ElementTypes(单元类型定义)对话框。单击对话框中的按钮，将弹出Libraryof
ElementTypes(单元类型库)对话框。
2．在左边的滚动框中单击“StructuralSolid”，选择结构壳单元类型。在右边的滚动
框中单击“Quad10node92”,在对话框中单击“OK”按钮，完成对这种单元的定义。

3.指定材料特性
1．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，将弹
出DefineMaterialModelBehavior(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2.9E11，PRXY文本框中输入0.3。定义材料的弹性
模量为2.9E6N/m2，泊松比为0.3。单击“OK”按钮，关闭对话框。
4．在DefineMaterialModelBehavior(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ANSYSToolbar(工具条)上的“SAVE”按钮，保存数据库文件
4.建立托架的有限元模型
1．选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|V