ansys12.0计算应力强度因子实例.doc

ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析第3版连载14发表时间：2012-5-16 作者: 张朝辉来源: 机械工业出版社关键字: ANSYS复合材料结构分析本文是ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析 第3版连载。由机械工业出版社独家授权e-works转载，任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如需联系出版相关书籍，请联系机械工业出版社张淑谦先生，电话书目录请点击优惠购买本书请点击 8.2 结构断裂分析实例详解二维断裂问题8.2.1 问题描述图8.5所示为一断裂试样结构示意图，厚度为5mm，试计算其应力强度因子。试样材料参数：弹性模量E=220GPa；泊松比n=0.25；载荷P=0.12MPa8.2.2 问题分析由于长度和宽度方向的尺寸远大于厚度方向的尺寸，且所承受的载荷位于长宽方向所构成的平面内，所以该问题满足平面应力问题的条件，可以简化为平面应力问题进行求解。根据对称性，取整体模型的1/2建立几何模型；选择六节点三角形单元PLANE183模拟加载过程；先进行普通结构分析求解，再采用特殊的后处理命令计算断裂参数。8.2.3 求解步骤 1.定义工作文件名和工作标题1）选择UtilityMenuFileChangeJobname命令，出现ChangeJobname对话框，在/FILNAMEnternewjobname文本框中输入工作文件名EXERCISE1，单击OK按钮关闭该对话框。2）选择UtilityMenuFileChangeTitle命令，出现ChangeTitle对话框，在文本框中输入ANALYSISOFTHESTRESSINTENSITYFACTOR，单击OK按钮关闭该对话框。 2.定义单元类型1）选择MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete命令，出现ElementTypes对话框，单击Add按钮，出现LibraryofElementTypes对话框。2）在LibraryofElementTypes列表框中选择StructuralSolidQuad8node183，在Elementtypereferencenumber文本框中输入1，如图8.6所示，单击OK按钮关闭该对话框。3）单击ElementTypes对话框上的Options按钮，出现PLANE183elementtypeoptions对话框，在ElementbehaviorK3下拉列表中选择Planestrsw/thk，其余选项采用默认设置，如图8.7所示，单击OK按钮关闭该对话框。4）单击ElementTypes对话框上的Close按钮，关闭该对话框。5）选择MainMenuPreprocessorRealConstantsAdd/Edit/Delete命令，出现RealConstants对话框，单击Add按钮，出现ElementTypeforRealConstants对话框，单击OK按钮，出现RealConstantsSetNumber2，forPLANE183对话框，在RealConstantSetNo.文本框中输入1，在ThicknessTHK文本框中输入5，如图8.8所示，单击OK按钮关闭该对话框。6）单击RealConstants对话框上的Close按钮关闭该对话框， 3.定义材料性能参数1）选择MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModels命令，出现DefineMaterialModelBehavior对话框。2）在MaterialModelsAvailable一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现LinearIsotropicPropetiesforMaterialNumber1对话框，在EX文本框中输入2.2E5，在PRXY文本框中输入0.25，单击OK按钮关闭该对话框。3）在DefineMaterialModelBehavior对话框上选择MaterialExit命令，关闭该对话框。 4.创建几何模型、划分网格1）选择UtilityMenuPlotCtrlsNumbering命令，出现PlotNumberingControls对话框，选择KPKeypointnumbers、LINELinenumbers和AREAAreanumbers选项，使其状态从Off变为On，单击OK按钮关闭该对话框。2）选择MainMenuPreprocessorModelingCreateKeypointsInActiveCS命令，出现CreateKeypointsInActiveCoordinateSystem对话框，在NPTKeypointnuber文本框中输入1，在X,Y,ZLocationinactiveCS文本框中分别输入50，0，0，如图8.9所示，单击OK按钮关闭该对话框。3）参照上一步的操作过程，依次在ANSYS显示窗口生成以下关键点编号及坐标：2（100，0，0）；3（100，60，0）；4（-25，60，0）；5（-25，0，0）。责任编辑：赵栋 4）选择MainMenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraightLine命令，出现CreateStraight拾取菜单，用鼠标在ANSYS显示窗口依次选择编号为1、2，2、3，3、4，4、5，5、1的关键点生成5条线段，单击OK按钮关闭该菜单。5）选择MainMenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryByLines命令，出现CreateAreabyL拾取菜单，在文本框中输入5，1，2，3，4，单击OK按钮关闭该菜单。6）选择MainMenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleSolidCircle命令，出现SolidCircleArea对话框，在WPX文本框中输入0，在WPY文本框中输入27.5，在Radius文本框中输入12.5，如图8.10所示，单击OK按钮关闭该对话框。7）选择MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas命令，出现SubtractAreas拾取菜单，在文本框中输入1，单击OK按钮；在文本框中输入2，单击OK按钮关闭该菜单。8）选择MainMenuPreprocessorNumberingCtrlsCompressNumbers命令，出现CompressNumbers对话框，在LabelItemtobecompressed下拉列表中选择Areas，单击OK按钮关闭该对话框。9）选择MainMenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsConcentratKPsCreate命令，出现ConcentrationKeypoint拾取菜单，在文本框中输入1，单击OK按钮，出现ConcentrationKeypoint对话框，参照图8.11对其进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。10）选择MainMenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSizeGlobalSize命令，出现GlobalElementSizes对话框，在SIZEElementedgelength文本框中输入3，其余选项采用默认设置，如图8.12所示，单击OK按钮关闭该对话框。11）选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshAreasFree命令，出现MeshAreas拾取菜单，单击PickAll按钮关闭该菜单。12）选择UtilityMenuPlotElements命令，ANSYS显示窗口将显示网格划分结果，如图8.13所示。13）选择UtilityMenuFileSaveas命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE11.db，保存上述操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。 5.加载求解1）选择MainMenuSolutionAnalysisTypeNewAnalysis命令，出现NewAnalysis对话框，选择分析类型为Static，单击OK按钮关闭该对话框。2）选择UtilityMenuPlotLines命令，显示所有线段。3）选择UtilityMenuSelectEntities命令，出现SelectEntities对话框，在第1个下拉列表中选择Lines，在第2个下拉列表中选择ByNum/Pick，在第3栏中选择FromFull单选项，如图8.14a所示。单击OK按钮，出现SelectLines拾取菜单，在文本框中输入1，单击OK按钮关闭该菜单。4）选择UtilityMenuSelectEntities命令，出现SelectEntities对话框，在第1个下拉列表中选择Nodes，在第2个下拉列表中选择Attachedto，在第3栏中选择Line,all单选项，在第4栏中选择FromFull单选项，如图8.14b所示，单击OK按钮关闭该对话框。责任编辑：赵栋 5）选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnNodes命令，出现ApplyU，ROTonNodes拾取菜单，单击PickAll按钮，出现ApplyU,ROTonNodes对话框，在Lab2DOFstobecontrained列表框中选择UY，在Applyas下拉列表中选择Constantvalue，在VALUEDisplacementvalue文本框中输入0，如图8.15所示，单击OK按钮关闭该对话框。6）选择UtilityMenuSelectEverything命令，选择所有实体。7）选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLines命令，出现ApplyPRESonLines拾取菜单，在文本框中输入6，单击OK按钮，出现ApplyPRESonLines对话框，在SFLApplyPRESonlinesasa下拉菜单中选择Constantvalue，在VALUELoadPRESvalue文本框中输入0，在Value文本框中输入0.12，如图8.16所示，单击OK按钮关闭该对话框。8）选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLines命令，出现ApplyPRESonLines拾取菜单，在文本框中输入7，单击OK按钮，出现ApplyPRESonLines对话框，在SFLApplyPRESonlinesasa下拉列表中选择Constantvalue，在VALUELoadPRESvalue文本框中输入0.12，在Value文本框中输入0，单击OK按钮关闭该对话框。9）选择UtilityMenuWorkPlaneLocalCoordinateSystemsCreateLocalCSAtSpecifiedLocation命令，出现CreateCSatLocation拾取菜单，在文本框中输入50，0，0，单击OK按钮，出现CreateLocalCSatSpecifiedLocation对话框，参照图8.17对其进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。10）选择MainMenuSolutionSolveCurrentLS命令，出现SolveCurrentLoadStep对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。11）求解结束时，出现Note提示框，单击Close按钮关闭该对话框。12）选择UtilityMenuFileSaveas命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE12.db，保存求解结果，单击OK按钮关闭该对话框。 6.查看求解结果1）选择MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu命令，出现ContourNodalSolutionData对话框，在Itemtobecontoured列表框中选择NodalSolutionDOFSolutionDisplacementvectorsum，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图8.18所示的合位移等值线图。2）选择MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu命令，出现ContourNodalSolutionData对话框，在Itemtobecontoured列表框中选择NodalSolutionStressvonMisesstress，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图8.19所示的等效应力等值线图。3）选择MainMenuGeneralPostprocListResultsReactionSolu命令，出现ListReactionSolution对话框，在LabItemtobelisted列表框中选择Allitems，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将列表显示支反力结果，如图8.20所示。责任编辑：赵栋 4）选择MainMenuGeneralPostprocPathOperationsDefinePathByNodes命令，出现ByNodes拾取菜单，在文本框中输入2，35，33，单击OK按钮，出现ByNodes对话框，在NameDefinePathName:文本框中输入DF，其余选项采用默认设置，如图8.21所示，单击OK按钮关闭该对话框。5）选择MainMenuGeneralPostprocPathOperationsDefinePathPathStatusCurrentPath命令，ANSYS显示窗口将显示当前路径，如图8.22所示。6）选择MainMenuGeneralPostprocNodalCalcsStressIntFactr命令，出现StressIntensityFactor对话框，参照图8.23对其进行设置，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示应力强度因子计算结果，如图8.24所示。7）选择UtilityMenuFileExit命令，出现ExitfromANSYS对话框，选择QuitNoSave!选项，单击OK按钮，关闭ANSYS。8.2.4 命令流/FILNAME，EXERCISE1 ！定义工作文件名/TITLE，ANALYSISOFTHESTRESSINTENSITYFACTOR ！定义工作标题/PREP7 ！进入前处理器ET，1，PLANE183 ！指定单元类型KEYOPT，1，3，3 ！设置单元关键字R，1，5 ！定义单元实常数MP，EX，1，2.2E5 ！输入弹性模量MP，PRXY，1，0.25 ！输入泊松比/PNUM，KP，1 ！显示关键点编号/PNUM，LINE，1 ！显示