ansys工程实例2

2000-2002学年的第一学期* * * *学校课程：大型结构分析程序班级级别：号码：姓氏：教师：在2002年的月份9内容一、问题描述1二。几何模型的简化和建立13.有限元模型3的建立(1)单元类型的定义.3(2)定义材料属性 3(3)网格划分 4四.加载和解决4V.后处理5结论9标题：椅子的强度和刚度分析(ANSYS建模)一、对问题的描述有一种椅子不是“传统的”四腿支撑结构，而是如图1-1所示：图1-1这种结构更加美观，并且具有较大的垂直和前后变形，因此比“传统”椅子更舒适。结构是否受力合理，材料能否合理使用，正是本课题要分析的内容。2.几何模型的简化和建立椅子板上的圆角和自重对结果影响很小，可以忽略不计。椅子的腿是一个整体，可以与梁单元和板壳单元啮合。以这种方式，可以减少计算量并且可以提高计算速度而没有大的误差。几何模型只需要腿的轴和板的中间平面。建模步骤如下：(1)主菜单预处理器建模创建关键点在活动状态下.在对话框中输入椅腿关键点的坐标1(0，0，0)；2(0，0，-0.34)；3(-0.4，0，-0.38)；4(-0.4，0，-0.76)；5(0，0，-0.76)；6(0，0.2，-0.76)；主菜单预处理器建模创建直线直线依次连接上述关键点；主菜单预处理建模创建直线直线圆角分别选择要在椅腿上倒角的直线，并以0.4为半径进行倒圆；主菜单预处理器建模反射线将反映出所有关于X-Z平面的线段，从而生成椅子腿的轴。(2)实用菜单工作平面偏移工作平面至关键点将工作平面移动至关键点1，主菜单预处理器建模创建关键点；在工作平面上，在对话框中输入椅背上的关键点坐标(-0.05，0.2，0)；(-0.05，0.2，-0.3)主菜单预处理器建模创建直线圆弧。通过3个点分别拾取3个关键点，创建靠背的上下圆弧边界；主菜单预处理器建模创建线条线条 直线分别连接相关关键点，生成座椅的边界；主菜单预处理器建模创建区域仲裁按行固定分别拾取三组4个线段生成椅背和座椅；主菜单预处理器建模操作布尔粘合线条/；区域将椅腿轴的片段粘合在一起，并将椅座的两个表面粘合在一起。至此，椅子的几何模型已经建立，如图2-1所示。图2-1几何模型(3)建立有限元模型(1)定义单元类型主菜单预处理器元素类型添加/编辑/删除.选择梁189(1号)和壳93(2号)单元；主菜单预处理器部分梁公共部分.在子类型中选择空心矩形截面梁，根据以下尺寸定义梁截面：W1=0.02W2=0.03t1=0.003t2=0.003t3=0.003T4=0.003，细度设为4；主菜单预处理器 realconstants 添加/编辑/删除.添加一组实常数，选择shell93单元，并转移TK(1)；传统知识(J)；传统知识；TK(L)都设置为0.005；(2)定义材料属性主菜单材料道具材料模型.依次选择结构线性弹性各向同性，建立材料模型。典型的碳钢和聚氯乙烯工程塑料在这里分别定义为椅子腿和板的材料。材料1 EX=210E9碳钢的PRXY=0.27材料2 EX=4.5E9聚氯乙烯=0.33；(3)网格划分主菜单前驱网格网格工具.在“元素属性”中，将椅子板的材质号设置为2，单位号设置为2，实常量设置为1；椅腿的材质号为1，单位号为1；在尺寸控制中将椅子板上的单位尺寸设置为0.02；选择网格中的区域，将“形状”设置为“四边形映射3个4边”，并将椅子的靠背和座椅映射到网格中；选择“直线”以直接啮合椅子腿轴；实用程序菜单绘图Style样式大小和形状.选择“/东亚模式”以显示单元格形状；至此，网格划分已经完成，网格如图3-1所示。图3-1有限元模型4.加载和求解主菜单解决方案定义载荷应用结构位移在线左侧拾取椅腿轴接触地面的部分，将所有自由度限制为0；主菜单解决方案定义载荷应用结构压力主菜单解决方案定义载荷应用结构在区域上拿起座椅中的平面部分并应用-5000压力；拿起椅背，施加1500的压力(这里是取正值时的压力)；这里模拟的是一个体重约65公斤的人，他的脚完全悬在椅子上，并以更大的力靠在靠背上。主菜单解决方案分析类型解决方案控制.在解算选项选项卡中选择PCG解算器；主菜单解决方案解决方案当前解决方案。V.后处理主菜单常规后处理绘图结果等值线绘图无逻辑.选择自由度解位移的z分量，绘制垂直位移云图，如图5-1所示，同样绘制前后位移图，如图5-2所示；实用程序菜单选择实体.选择行；按数字/拾取，拾取椅子腿对称的一半；然后选择元素；连接到线条，选择拾取的椅腿上的单元；主菜单常规后处理绘图结果控制绘图无菜单.选择应力冯米塞斯绘制米塞斯等效果图，如图5-3所示；实用程序菜单选择实体选择区域；按数量/选择；拿起椅背和座椅，然后选择元素；附着区域选择板上的单位；主菜单常规后处理绘图结果等值线绘图无逻辑.选择应力第一主应力，绘制第一主应力图，如图5-4所示；实用程序菜单选择实体.选择行；按数字/拾取，拾取椅子腿对称的一半；主菜单常规后处理元素表可定义.点击“添加”，在项目中选择按序号SMISC，分别添加项目为SMISC 2；SMISC15SMISC1SMISC14列出四组单位，然后是维护一般后处理绘图结果等高线图线形图.将LabI和LabJ分别设置为SMISC1和SIMSC14，将缩放因子Fact设置为1，绘制轴向力图，如图5-5所示。同样，将拉比和拉布杰分别设为SMISC2和SMISC15，将比例因子事实设为50，画出y轴的弯矩图，如图5-6所示。后处理完成。图5-1垂直位移图图5-2前后方向位移图图5-3椅腿米塞斯应力图图5-4座椅和靠背的第一主应力图5-5椅腿轴向力图图5-6椅腿绕y轴的弯矩图六.结论(1)分析的正确性：问题是对称结构承受对称载荷，响应应该是对称的。从图5-1、5-2和5-4可以看出，位移和应力的解是对称的，符合推论。在图5-5和5-6的内力图中，轴向力和弯矩的正负值分布符合直观判断(如弯矩的抛物线和线性分布)。因此，可以定性地确定该分析的解是正确的。(2)座椅强度讨论：椅腿材料为碳钢，米塞斯强度条件适用。从图5-3可以看出，最大米塞斯等效应力出现在靠近地面的角落，大小为72.4兆帕，远低于碳钢的典型屈服应力230兆帕；座椅和靠背由聚氯乙烯制成，应考虑抗拉强度。从图5-4可以看出，最大第一主应力为18MPa，远低于50MPa的抗拉强度。因此，在这个问题上，椅子能够满足负荷下的强度要求(体重为65公斤的人坐在座位上，脚离开地面，并且以很大的力靠在靠背上)，并且具有很大的承载潜力(大约是现有负荷的2倍)；(3)关于椅子变形的讨论：从图5-1和图5-2可以看出，椅子座位和靠背的垂直位移和靠背位移分别达到10毫米和7毫米，而椅子腿的垂直位移和前后位移分别为2-3毫米，这意味着椅子有点