扳手的有限元分析.doc

有限元分析及应用作业报告学院：机械与控制工程学院班别：学号：姓名：日期：2010年12月26日试题10一、 问题描述确定图示扳手中的应力, E=210Gpa，=0.3, 假设厚度为10mm；并讨论采用何种处理可降低最大应力或改善应力分布。图1为扳手的基本形状和基本尺寸图二、 数学建模与分析由图1及问题描述可知，板手的长宽尺寸远远大于厚度，研究结构为一很薄的等厚度薄板，满足平面应力的几何条件；作用于薄板上的载荷平行于板平面且作用在沿厚度方向均匀分布在办手柄的左边缘线，而在两板面上无外力作用，满足平面应力的载荷条件。故该问题属于平面应力问题，薄板所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图1所示，建立几何模型，并进行求解。薄板的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比=0.3三、 有限元建模1、单元选择：选取三节点常应变单元来计算分析薄板扳手的位移和应力。由于此问题为平面应力问题，：三节点常应变单元选择的类型是PLANE42（Quad 4node42），该单元属于是四节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为三节点单元。2、定义材料参数：ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK3、生成几何模型：a.创建关键点点：ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入16个点的坐标OKb、将这16个关键点有直线依次连起来，成为如下图2所示的线性模型 图2为扳手的线性模型4、生成实体模型：ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPS 连接特征点生成两个areaOperateSubtract拾取整个扳手区域OK生成扳手模型图3为扳手实体模型5、结点布置及规模6、网格划分方案ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool Mesh: Areas, Shape: Tri, Free Mesh Pick All (in Picking Menu) Close( the Mesh Tool window)图4为单元密度为6的网格划分方案平面图形图5 网单元密度为6的网格划分方案立体图形图6 单元密度为16的网格划分方案7、载荷及边界条件处理8、求解控制A、模型施加约束给模型施加x方向约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines 拾取模型左部的竖直边OK图7 给模型施加约束荷载荷B、给模型施加载荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural forceon keypoints拾取上面左端关键点700N/mmok图8 分析结果C、分析计算：ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load Step window) OK6)结果显示： ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK (back to Plot Results window) Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution displacement vector sum，von mises stressOK四、计算结果及结果分析1、位移分析图9 位移分析2、应力分析图9 整体应力分析图图11 局部应力分析图3、结果分析由以上结果分析可知：1）扳手柄根部的转折点处的应力比其它部位大，不利于结构承受载荷；扳手卡紧螺母部位的转折角应力也较大，同时扳手头部的应力也较大。2）扳手柄的应变最大，扳手头部的应变也较大。3）正确性分析评判。圆弧过渡对零件内部的应力分布改善效果较为明显。五、多方案计算比较1）不同的网格划分对最大应力和最大位移的位置及大小影响较小，但是对零件内部的应力分布影响较大。2）结点规模增减对精度也有一定的的影响。3）单元改变对精度的影响较大。六、建议与体会由以上应变和应力分析结果可以看出，如果要是使最大应力最小，一般选用圆弧过渡，折线次之，方孔方角最大。在选择圆弧时，尽量使圆弧半径