Ansys课程设计-内六角扳手PPT课件.pptx

Ansys课程设计 内六角扳手的受力分析工程力学13 3李昊1316020305 目录 工程力学13 3李昊 问题描述 问题分析 前处理 加载求解 后处理 结论 3 18 2020 2 材料参数 正六边形截面高度 H 1cm手柄长度 L1 20cm弯角高度 L2 7 5cm弯角轴线半径 R 1cm合金杨氏弹性模量 E 3 07e11Pa合金泊松系数 0 28横向载荷 F1 100N垂直载荷 F2 20N 3 18 2020 3 工作情况 在使用过程中 首先受到一个横向的100N的力 随着螺钉的紧固 在保持前一个力的同时 再加上一个20N的垂直压力 材料屈服极限为200MPa 3 18 2020 4 问题分析 前处理 加载求解 后处理 这是一个相对简单的结构线性静力学分析问题 可以按照一般的分析思路进行 给出了材料的屈服极限 则问题的本质变为求解该构件在工作时的最大应力 然后与屈服极限比较 判断其是否安全的问题 3 18 2020 5 前处理 Preprocessor 首先进行前处理 前处理一般包括 1 定义单元类型 实常数和材料属性 2 建立模型 3 划分有限元网格 下面结合本例进行介绍 本例选取的单位均为国际单位 应力单位为Pa 力单位为N 长度为m 3 18 2020 6 定义单元 在本例中 我们要通过创建平面单元来辅助创建六面体单元 由于划分网格时必须要指定单元类型 因此需要首先指定一个平面单元 Preprocessor ElementType Add Edit Delete 3 18 2020 7 定义材料属性 在对话框中输入材料的弹性模量和泊松系数 EX 3 07e11PRXY 0 25 Preprocessor MaterialProps MaterialModels 3 18 2020 8 创建六边形截面 正六边形的边长是通过高度为1cm换算出来的近似值 Preprocessor Modeling Create Areas Polygon BySideLength 3 18 2020 9 创建沿路径的关键点 结合本例的实际情况 需要通过六边形沿路径扫掠的方式来创建扳手的3D模型 若是通过由底向上的建模方式 创建路径需要先创建沿路径的关键点 本步骤就来完成这项工作 Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在对话框中输入关键点编号NPT为7 坐标为 0 0 0 然后单击对话框中的Apply按钮 继续输入关键点8的坐标 0 0 0 075 单击Apply按钮 输入关键点9的坐标 0 0 2 0 075 单击OK按钮 完成关键点创建并关闭对话框 3 18 2020 10 调整显示模式 将坐标原点处的坐标提示符号置于图形显示区的左上角 PlotCtrls WindowControls WindowOptions 3 18 2020 11 调整旋转视角 输入视角旋转角度THETA的值为90度 旋转轴Axis选择全局坐标的X轴 即GlobalCartesX选项 PlotCtrls ViewSettings AngleofRotation 3 18 2020 12 图元编号 将关键点KP和线LINE编号显示设置为On状态 3 18 2020 13 创建扫掠路径 在屏幕中拾取编号为1和4的关键点 创建一条直线 再拾取关键点7和8 关键点8和9 在屏幕中创建两条相交的直线 Preprocessor Modeling Create Lines Lines StraightLine 3 18 2020 14 设置倒角 在屏幕中拾取线条8和9输入圆倒角半径RAD的值为0 01 Preprocessor Modeling Create Lines LineFillet 3 18 2020 15 剖分六边形 首先选择屏幕中的六边形面 单击对话框中的OK按钮 接着选取六边形中由1 4关键点连接而成的编号为7的线 单击对话框中的OK按钮 弹出选择对话框 如图13所示 在对话框中设置KEEPL一栏为Kept选项 表示在切分面后保留中间切分的线 Preprocessor Modeling Operate Booleans Divide WithOptions AreabyLine 3 18 2020 16 创建图元组 在对话框上方的Cname中输入组的名称为BOTAREA 在下方的Entiny栏选择Areas Select Comp Assembly CreateComponent 3 18 2020 17 设置网格划分密度 按照拾取对话框中的提示 依次选择六边形上编号为1 2 6的线段在对话框中的NDIV栏中输入值3 代表每边上分为3个单元 Preprocessor Meshing SizeCntrls ManualSize Lines PickedLines 3 18 2020 18 为平面网格选择单元类型 在这个对话框中设置单元类型TYPE为PLANE182单元 Preprocessor Modeling Create Elements ElemAttributes 3 18 2020 19 设置网格属性 在对话框中选择Mapped映射网格选项 Preprocessor Meshing MesherOpts 3 18 2020 20 为六边形平面划分网格 单击拾取对话框中的PickAll按钮 选择全部面进行网格划分 Preprocessor Meshing Mesh Areas Mapped 3or4sided 3 18 2020 21 设置三维网格单元类型 选择单元类型TYPE为SOLID185单元 Preprocessor Modeling Create Elements ElemAttributes 3 18 2020 22 设置三维网格尺寸 在网格尺寸SIZE栏中输入三维网格尺寸值为0 0075该尺寸大小的设置根据分析需求而定 并没有固定的取值 Preprocessor Meshing SizeCntrls ManualSize Global Size 3 18 2020 23 生成三维模型 依次选择编号为8 10和9的三条组成扳手中心线路径的线段注意要按顺序选择 Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas AlongLines 3 18 2020 24 查看三维空间网格 通过扫掠生成的体单元 Plot Elements 3 18 2020 25 删除二维网格 为了避免前面创建的平面网格对计算的影响 需要首先将其删除 Select Comp Assembly SelectComp Assembly 选择对话框中前面所创建的BOTAREA图元组 然后单击对话框中的OK按钮 完成选择并关闭对话框 选择主菜单中的Preprocessor Meshing Clear Areas命令 弹出面拾取对话框 单击对话框中的PickAll按钮 完成删除所有平面网格的操作 3 18 2020 26 小结 至此 建模的工作完成 也意味着前处理全部结束了 下面 开始进入加载求解的部分 3 18 2020 27 加载求解 Solution 加载求解一般包括 1 定义分析类型及分析选项2 施加载荷和约束3 指定载荷步选项4 计算求解 3 18 2020 28 选取端部截面 选取该界面是为了施加端部约束边界条件 在对话框上方 选择对象为Lines 选择方式为Exterior 然后单击对话框中的Apply按钮 前面这步所做的是选择图元组 即六边形的轮廓线 在图元选择对话框中 重新选择选取对象为Nodes 选择方式为Attachedto 然后选择LinesAll选项 单击对话框中的OK按钮 这个步骤拾取了附属于所选择线上的节点 即在六边形边界上的所有节点 Select Entities 3 18 2020 29 施加约束条件 选择对话框中的AllDOF选项 然后输入位移值VALUE为0 单击对话框中的OK按钮 为扳手施加上位移约束 Solution DefineLoads Apply Structural Displacement OnNodes 3 18 2020 30 调整显示控制 在对话框中设置使用箭头表示压强 PlotCtrls Symbols 3 18 2020 31 选取受力结点 由于在手柄上施加的力仅仅作用于手柄末端的某一侧 为了能够更真实的模拟使用情况 必须通过选择一侧节点进行压力的施加 而不是简单的是假在整个手柄上 Select Entities 3 18 2020 32 查看选取的结点 通过一系列复杂的选择以后 得到了需要施加压强的节点 Plot Nodes 3 18 2020 33 施加载荷 这个步骤将所施加的100N的力折算到所有节点上 可以通过两种方法 一种是将100N的力平均给每一个点 另一种是将力和面积换算成压强 而后施加到节点上 这里采用后一种办法 Parameters GetScalarData 3 18 2020 34 设置y方向的极值 输入变量名为minyval 然后选择Currentnodeset中的MinYcoordinate选项输入变量名为maxyval 然后选择Currentnodeset中的maxYcoordinate选项 3 18 2020 35 换算压强 在对话框下输入PTORQ 100 0 01 maxyval minyval 算式 Parameters ScalarParameters 3 18 2020 36 施加压强载荷 单击对话框中的PickAll按钮 选择所有节点施加压强在对话框中VALUE处输入上一步换算出来的压强值变量PTORQ Solution DefineLoads Apply Structural Pressure OnNodes 3 18 2020 37 设置求解控制 在Basic选项卡中设置AnalysisOptions为LargeDisplacementStatic选项 设置求解终止时间为1 并设置Numberofsubsteps为3 Solution AnalysisType Sol nControls 3 18 2020 38 写入载荷步 在对话框中输入载荷步文件的编号为1 Solution LoadStepOpts WriteLSFile 3 18 2020 39 施加纵向载荷 节点的选取与压强的施加和前面类似 此次压强变量值设为PDOWN 3 18 2020 40 写入载荷步 将求解控制对话框的Timeatendofloadstep的值改为2在对话框中输入载荷步的文件编号为2 Solution AnalysisType Sol nControls 3 18 2020 41 求解载荷步 在对话框中输入LSMIN值为1 LSMAX值为2 然后单击对话框中的OK按钮 开始求解 Solution Solve FromLSFiles 3 18 2020 42 求解结果 由于求解控制中选择了几何非线性 即大变形选项 因此求解时将弹出非线性求解对话框 同时在图形显示区中显示非线性求解的收敛曲线 3 18 2020 43 小结 至此 加载求解部分已经全部结束 下面的部分是后处理部分 3 18 2020 44 后处理 GeneralPostproc 后处理一般包括 1 从求解结果中读取数据2 对计算结果进行列表显示3 对计算结果进行图形化显示4 进行各种后续分析 3 18 2020 45 查看第一个载荷步的计算结果 选择主菜单中的GeneralPostproc ReadResults FirstSet命令 读取第一个载荷步的结果 GeneralPostproc ResultsSummary 3 18 2020 46 查看反作用力 在对话框中通过选择Allitems选项 列出所有的反作用力项 GeneralPostproc ListResults ReactionSolu 3 18 2020 47 列表查看 在文本窗口的最后一行显示了各个方向上反作用力的合力结果 与加载的100N的力相等 3 18 2020 48 查看第二个载荷步的计算结果 从反作用力求解结果中看到 第二个载荷步中对应于FX方向的100N的力不变 并加入了FZ方向的20N的力 GeneralPostproc ReadResults Nextset 3 18 2020 49 查看应力云图 选择Stress组中的Stressintensity选项 同时选择显示方式为Deformedshapewithundeformededge GeneralPostproc PlotResults ContourPlot NodalSolu 3 18 2020 50 查看应力云图 整个构件的应力云图 3 18 2020 51 查看最大应力位置 应力最大位置位于扳手弯角内侧 Plotctrls PanZoomRotate 3 18 2020 52 选择应用菜单中的Workplane OffsetWPbyIncremen