连杆受力分析实例(简化).doc

Error! No text of specified style in document.第4章 连杆受力分析问题描述:如图1所示的几何模型，连杆的厚度为0.5in。在小头孔的内侧90范围内承受P=l 000psi的面载荷作用，利用有限元分析该连杆的受力状态。连杆的材料属性为杨氏模量E=30106psi，泊松比为0.3。图1 连杆的几何模型1. 定义工作文件名和工作标题(1) 定义工作文件名：执行Utility MenuFileChange Jobname命令，在弹出的【ChangeJobname】对话框中输入“c-rod”，选择【New log and error files】复选框，单击按钮。(2) 定义工作标题：执行Utility MenuFileChange Title命令，在弹出的【Change Title】对话框中输入“The stress calculating of c-rod”，单击按钮。(3) 重新显示：执行Utility MenuPlotReplot命令。2. 定义单元类型及材料属性(1) 设置单元类型：执行Main MenuPreprocessroElement TypeAdd/Edit/Delete命令，弹出【Element Tpyes】对话框。单击按钮，弹出【Labrary of Element Types】对话框。选择“Not Solved”和“Mesh Facet 200”选项，单击按钮。(2) 设置单元选项：单击Element Types对话框中的按钮，弹出如图2所示的【MESH200 Element Type Option】对话框。设置“K1”为“QUAD 8-Node”，单击按钮。单击按钮，弹出【Library Of Element Type】对话框。选择“Structural Solid”和“Brick 20node 95”选项，单击按钮，单击按钮。图2 【MESH200 Element Type Option】对话框(3) 设置材料属性：执行Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，弹出如图3所示的【Define Material Models Behavior】窗口。双击【Material Model Available】列表框中的“StructuralLinearElasticIsotropic” 选项，弹出【Linear Isotropic Material Properties For Material Number l】对话框。输入“EX=30e6，PRXY=0.3”，单击按钮。执行MaterialExit命令，完成材料属性的设置。图3 【Define Material Models Behavior】窗口3. 建立2D模型(1) 创建两个圆环面：执行Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleBy Dimensions命令，显示【Circular Area by Dimensions】对话框。如图4所示输入数据，单击按钮。在【THETAl】文本框中输入“45”，单击按钮。图4 输入数据(2) 打开面编号控制：执行Utility MenuPlotCtrlsNumbering命令，弹出如图5所示的【Plot Numbering Controls】对话框。选择【Areas Number】复选框，单击按钮。图5【 Plot Numbering Controls】对话框4. 创建两个矩形面(1) 生成矩形面：执行Main MenuPreprocessorModelingCreate Areas Rectangle By Dimensions命令，弹出【Create Rectangle by Dimensions】对话框。如图6所示输入数据，单击按钮。“X1，X2”及“Y1，Y2”中分别输入“-1.8，-1.2”及“0，0.3”，单击按钮。图6 输入数据(2) 平移工作平面：执行Utility MenuWorkPlaneOffset WP toXYZ Locations命令，弹出一个拾取框。在坐标栏中输入“6.5”，单击按钮。(3) 将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：执行Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toWorking Plane命令。(4) 创建另两个圆环面：执行Main MenuPreprocessor ModelingCreateAreas Circle By Dimensions命令，弹出【Circular Area by Dimensions】对话框。输入“RADl=0.7”，“RAD2=0.4”，“THETAI=0”，“THETA2=180”，单击按钮。输入“THETA2=135”，单击按钮。(5) 面叠分操作：执行Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleans Overlap Areas命令，弹出一个拾取框。拾取编号为A1、A2、A3和A4的面，单击按钮。选择编号为A5和A6的面，单击按钮，生成结果如图7所示。图7 生成结果(6) 激活总体笛卡儿坐标系：执行Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cartesian命令。(7) 定义4个新的关键点：执行Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，弹出【Create Keypoints in Active Coordinate System】对话框，如图8所示。在【Keypoint number】和【Location in active CS】文本框中输入“28”、“2.5”和“0.5”，单击按钮。输入“29”、“3.25”和“0.4”，单击按钮，输入“30”、“4”和“0.33”，单击按钮，输入“31”、“4.75”和“0.28”。单击按钮，生成结果如图9所示。图8 输入数据图9 生成关键点的结果(8) 激活总体柱坐标系：执行Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cylindrical命令。(9) 创建样条线：执行Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesSplinesWith Options Spline Thru KPs命令，弹出一个拾取框。按顺序拾取编号为5、28、29、30、31和22 这6个关键点。单击按钮，弹出【B-Spline】对话框。如图10所示输入数据，单击按钮，生成的样条曲线如图11所示。图10 输入数据图11 生成的样条曲线5. 生成一个新面(1) 在关键点间创建直线： 执行Main MenuPreprocessorModelingCreateLines Lines Straight Line命令，弹出一个拾取框。拾取编号为 1和18的关键点，单击按钮。(2) 打开线的编号并显示线：执行Utility MenuPlotCtrlsNumbering命令，弹出【Plot Numbering Controls】对话框。选择【Line Number】复选框，单击按钮。执行Utility MenuPlotLines命令，显示结果如图12所示。图12 显示所有线及其编号(3) 由线生成新的面：执行Main MenuPreprocessorModelingCreateAreas Arbitrary By Lines命令，弹出一个拾取框。拾取编号为6、1、7和25的4条线，单击按钮，生成结果如图13所示。图13 连杆体面的生成结果(4) 放大连杆的左面部分：执行Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate命令，显示【Pan-Zoom-Rotate】工具栏。单击按钮。然后拾取连杆的左面大头孔部分，单击完成放入操作。(5) 线倒角：执行Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet命令，弹出一个拾取框。拾取编号为36和40的线，单击按钮，弹出【Line Fillet】对话框。如图14所示输入数据，单击按钮。然后重复上述操作，对编号为40、31、30和39的线进行倒角。单击按钮，生成结果如图15所示。图14 输入数据图15 生成结果(6) 由前面定义的3个线倒角创建新的面：执行Main MenuPreprocessorModeling CreateAreasArbitraryBy Lines命令，弹出一个拾取框。拾取编号为12、10和13的线，单击按钮。拾取编号为17、15和19的线，单击按钮。拾取编号21、22和23的线，单击按钮。(7) 面相加操作：执行Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansAddAreas命令，弹出一个拾取框。单击按钮。单击【Pan-Zoom-Rotate】工具栏中的按钮，生成结果如图16所示。图16 面相加操作后生成的结果(8) 关闭线及面的编号：执行Utility MenuPlotCtrlsNumbering命令，弹出【Plot Numbering Controls】对话框。清除【Line Number】复选框，单击按钮。(9) 保存几何模型：执行Utility MenuFileSave as命令，弹出【Save as】对话框。在【Save Database To】下拉列表框中输入文件名“c-rod model”，单击按钮。6. 生成2D网格(1) 设置单元尺寸并划分网格：执行Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool命令，弹出划分网格工具栏。单击“Size controls:”栏“Global”旁边的按钮，弹出如图17所示的【Global Element Sizes】对话框。在【SIZE】文本框中输入“0.2”，单击按钮。单击划分网格工具栏中的按钮，弹出一个拾取框。单击按钮，采用自由网格划分的结果如图18所示。图17 【Global Element Sizes】对话框 图18 生成的2-D网格的结果(2) 保存网格结果：执行Utility MenuFileSave as命令，弹出【Save as】对话框。在【Save Database To】下拉列表框中输入文件名“c_rod_2D_mesh”，单击按钮。7. 采用拖动生成3D网格(1) 改变单元类型：单击划分网格工具栏中的第一个按钮，弹出如图19所示的【Meshing Attributes】对话框。在【Element Type Numbe】”下拉列表框中选择“SOLID95”选项，单击按钮。图19 【Meshing Attributes】对话框(2) 设置拖动方向的单元数目；执行Main MenuPreprocessorModelingOperate ExtrudeElem Ext Opts命令，弹出如图20所示的【Element Extrude Options】对话框。在【VALl】文本框中输入“3”，单击按钮。图20 【Element Extrude Options】对话框(3) 拖动生成3D网格：执行Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrude AreasAlong Normal命令，弹出一个拾取框，点击整个面，弹出如图21所示的【Extrude Area along Normal】对话框。在【DIST】文本框中输入“0.5”，单击按钮。图21 【Extrude Area along Normal】对话框(4) 打开【Pan-Zoom-Rotate】工具栏：执行Utility MenuPlotCtrls Pan Zoom Rotate命令，弹出【Pan-Zoom-Rotate】工具栏，单击工具栏中的按钮。(5) 显示网格：执行Utility MenuPlotPlot Element，生成的3D网格如图22所示。 图22 生成的3D网格结果(6) 保存网格结果：执行Utility MenuFileSave as命令，弹出【Save as】对话框。在【Save Database To】下拉列表框中输入文件名“c_rod _3D_mesh”，单击按钮。 8. 施加约束、载荷并求解 (1) 在大孔的内表面施加对称约束:执行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementSymmetry B.C.On Areas命令，弹出一个拾取框。拾取大孔的内表面(面号为18和19)，单击按钮。 (2) 在Y=0的所有面上施加对称约束: 执行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementSymmetry B.COn Areas命令，弹出一个拾取框。拾取Y=0的所有面(面号为15、16、17、20、21、22和25)，单击按钮。(3) 施加Z方向的约束： 执行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructural DisplacementOn Nodes命令，弹出一个拾取框。拾取编号为447的节点，单击按钮，弹出一个对话框。在【DOF to be constrained】下拉列表框中选择“UZ”选项，单击按钮。(4) 选择所有实体：执行Utility MenuSelectEverything命令。(5) 显示单元：执行Utility MenuPlotPlot Elements命令，结果如图23所示。图23 施加约束后生成的结果(6) 设置面载荷的表示方式：执行Utility MenuPlotCtrlsSymbol命令，弹出一个对话框。在【Show pres and convect as】下拉列表框中选择“Arrow“选项，单击按钮。(7) 在小孔内表面施加面载荷，执行 Main MenuSolutionDefme LoadsApply StructuralPressureOn Areas命令，弹出一个拾取框。拾取小孔的内表面(面号为23)，单击按钮，显示如图24所示的【Apply PRES on areas】对话框。在【Load PRES value】文本框中输入“1000”，单击按钮。图24 【Apply PRES on areas】对话框(8) 选择PCG迭代求解器：执行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，弹出如图25所示的【Solution Controls】对话框。在最上面一行点击“Sols Options”，在“Equation Solver”选项组中选择“Pre-condition CG”单选按钮，单击按钮。图25 【Solution Controls】对话框(9) 开始求解运算：执行Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，弹出一个提示框。浏览后执行FileClose命令，单击按钮开始求解运算。出现一个【Solution is done】对话框时单击按钮，完成求解运算。(10) 保存分析结果：执行Utility MenuFileSave as命令，弹出【Save as】对话框。输入“c_rod_RESU”单击按钮。9. 浏览分析结果(1) 显示变形形状：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出如图26所示的【Plot Deformed Shape】对话框。在“KUND Items to be plotted”选项组中选择“Def+undeformed”单选按钮，单击按钮，结果如图27所