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ANSYS有限元作业(完成版)


武 汉 工 程 大 学 (硕、博士)研究生试卷本

考试课程名称 考 考 试 查

有限元方法及应用

√ 化工过程机械

学 科 专 业 学 姓 号 名

题目序号 各题分数

1

2

3

4<

br />
5

6

7

8

9

10 总计 评卷老师

1、

三维支架的特点分析 本次研究的三维支架是使用于支撑空调的, 在受力上属于相对对

称的结构,空调的重量均匀分部在两侧对称支架上,因此只要对空调 支架的一侧进行分析即可达到对整体空调支架的分析, 同时也达到了 简化空调支架分析的目的。本次作业将分三部分来完成:一,空调支 架一侧的建模;二,利用 ANSYS 对建好的空调支架模型进行有限元分 析;三,根据空调支架模型有限元分析的结果对支架进行强度校核以 及结构优化。 2、 三维支架的建模 空调支架的具体尺寸图如下图所示:

考虑到空调支架模型结构简单, 故在此没有利用三维软件建模而 是直接在 ANSYS 软件中进行建模。 建立模型包括设定分析作业名和标 题, 定义单元类型、 定义材料属性、 建立三维模型、 划分有限元网格。 2.1 设定分析作业名和标题 打开 ANSYS 软件进入 ANSYS 操作界面,首先从主菜单中选择 【Preferences】命令,勾选 Structural。然后从实用菜单中选择

【Change Jobname】命令,将文件名修改为 Ktiao2,从实用菜单中 选择【Change Title】命令,将标题修改为 Ktiao2。如下图所示:

2.2 定义单元类型 在进行有限元分析时,首先应根据分析问题的几何结构、分析类 型和所分析的问题精度要求等,选定适合具体分析的单元类型。本文 中选用 8 节点六面体单元 Solid185。如下图所示:

2.3 定义材料属性 由于空调支架所用材料为 45#钢,故可查得 45#钢的弹性模量为 210Gpa,泊松比为 0.3。从主菜单中选择 Preprocessor>Material Props>Material Models 命令,打开定义材料模型属性窗口,对材料 弹性模量和泊松比进行设置。

2.4 建立空调支架的三维实体模型 从主菜单中选择 Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS 命令,创建四个关键点,坐标分别为(0.54,0)(0.54, , 0.16 ) ( 0 , 0.16 ) ( 0 , 0.11 ) 接 着 从 主 菜 单 中 选 择 , , 。 Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through KPs 命 令,分别拾取上一步创建的四个关键点生成平面。然后从主菜单中选 择 Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude> Areas>Along Normal 命令,拾取上一步生成的面将其拉伸成一个实体。由于 340mm 长度区 域才为空调重量的加载区间, 因此对空调支架的加载面分三部分来创 建。根据上述同样的方法创建关键点,生成面然后拉伸成实体。最后 从 主 菜 单 中 选 择

Preprocessor>Modeling>Operate >Booleans>Add>Volumes 命令,将

四个实体进行布尔加运算,至此空调支架的三维实体模型创建完毕。 如下图所示:

2.5 实体模型网格划分 从主菜单中选择 Preprocessor>Meshing>Mesh Tool 命令, “Mesh 打开 Tool” (网格工具) ,勾选“Smart Size”滑标值默认设置为 6, “Mesh” 的对象选择 “Volumes” Shape” “Tet” Free” 然后单击 , “ 选择 “ , 【Mesh】 , 打开实体选择对话框,单击【Pick All】按钮对空调支架模型进行网 格划分。如下图所示:

3、

空调支架模型的有限元分析 空调支架模型网格划分完之后,接下来将对其进行有限元分析,

其内容包括定义载荷及边界条件、求解、查看结果等。 3.1 定义载荷及边界条件并求解 由于在这只对空调支架的一侧进行分析, 即一侧支架承受空调重 量一半的载荷,因此就可以算出加载到长为 340mm 宽为 50mm 长方形 面上的面载荷。即:
P? (40 ? 9.8) ? 11529 .4 Pa 2 ? 0.34 ? 0.05

根据空调支架的特点,在这对支架的边界条件进行简化,将支架 靠近墙壁一侧端面的自由度全部约束。 下面为定义载荷及边界条件的 具体操作: 从 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor>Loads>Define

Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas 弹出拾取对话框,拾 取所需加载面,输入上文计算出的压力值。接着对支架靠近墙壁一侧

的 端 面 进 行 约 束 , 从 主 菜 单 中 选 择 Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural> Displacement>On Areas 弹出拾取对话框, 拾取支架靠近墙壁一侧的端面对自由度全部约束。 然后对其进行求解,从主菜单中选择 Solution>Solve>Current LS 命令,打开一个确认对话框和状态表,查看列表中的信息确认无 误后,单击【OK】按钮,开始求解。求解完成后打开求解结束对话框, 单击【Close】按钮,关闭提示求解结束对话框。如下图所示:

3.2 查看结果

1)查看总变形

2)Y 方向上的应力

3)第一主应力

4、

强度校核以及结构优化 由于空调支架所用材料为 45#钢, 《机械设计课程设计手册》 根据

可查得其抗拉强度 ? 为 600MPa。从上面的有限元分析结果可以看到
b

支架在 Y 方向上的最大应力 ?

ymax

为 1.58MPa, 第一主应力最大值为 ?

max

为 3.95MPa,两者均远小于其许可应力。因此空调支架满足支撑强度 要求,无需对其进行结构优化。

5、学习心得体会 通过此次数字化设计与制造作业的练习, 让我初步了解和掌握了 有限元分析的基本理论原理,了解了 ANSYA 的基本使用方法,并能够 利用其进行简单问题的计算和分析。但是这还是远远不够的,从具体 试验中,我发现 ANSYS 的功能是十分强大的,目前也仅仅是了解了很 有限的几个基本功能, 计算分析的也是最为简单的问题, 在三维建模、 划分网格以及对特定面的加载等还有待改善。另外,本次作业还也有 一些不足,有限元的软件所计算结果的正确性也是需要验证的。在某 些情况下,计算机所计算出的结果并不一定是正确的,应当在分析完 后,对所做出的结果进行正确分析,和理论相比较,为自己所做的结 果做强有力的支撑。


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