薄板方孔的有限元分析

1、0 2012 级级 系系专专 业业 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 完成日期完成日期 2014 年年 7 月月 16 日日1摘摘 要要ANSYS 是目前在工业上常使用的计算机辅助分析软件包。当物体的模型在软件中建立完成并网格化后，只需附加适当的条件，即可直接利用有限元素法来计算，进而了解所建立的模型或产品的特性。本课题以含一个方孔的薄板为研究对象，利用 ANSYS 软件，对其内力分布进行了研究与分析2。首先，设置单元类型、材料性质等，并建立薄板的实体模型，然后建立出相应的三维模型，对薄板进行划分网格，再对该模型设置边界条件、施加约束，最后进行求解，就可以得到薄板分布图、变形图、

2、应力云图。设计工程师可在计算机上模拟物体在收到外力影响后所产生的应力及应变情形，从所分析出来的特性数据中，可判断出此产品设计的可行性1。本文结果在将来的工程中也具有一定的参考价值。关键词：ANSYS 薄板 应力图 均布力 有限元2目目 录录第 1 章 绪论.11.1 课题研究的背景和意义.11.2 ANSYS 软件的初步了解.11.2.1前处理模块PREP7.11.2.2 分析计算模块SOLUTION.11.2.3 后处理模块POST1和POST26.2ANSYS软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26。通过有好的用户界面，可以很容易获得求解过程的

3、计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种5。.2第 2 章 论文研究的内容和过程.32.1 主要研究内容.32.2 ANSYS 内力分析过程.32.2.1 建立薄板的有限元.32.2.2 ANSYS 求解器：施加荷载并执行求解.4第 3 章创新扩展.7第 4 章心得体会.11参考文献.12石家庄铁道大学创新实践论文0第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景和意义简支 T 字梁是比较基础也是比较常见的模型，因此，对其在承受各种荷载的情形下，进行正确的应力和应变分析都是十分有必要和有意义的，在实际工程更为复杂的情况下，也可以

4、简化成熟悉的模型，便于工程师分析该工程的实用性。但是随着现在长大桥梁或其他大规模工程的发展，梁施工质量的进一步要求，单纯的依靠理论计算不仅计算强度大，而且观察其变形、受力等情况不太明显3。在这种情况下如迈达斯、ANSYS 等一些数值模拟软件相应的发展了起来。根据前人对梁模型受力情况的研究以及梁数值建模时的简化方法和参数选取，综合分析，本课题采用 ANSYS 有限元数值模拟来进行研究。通过 ANSYS 可以很直观的看出并读出梁结构各处的应变、应力分布，确定危险段，以及读出危险段数值是否满足设计要求。方便、直观、简单、快捷、准确，对于实际施工时预先处理，防止不必要损失，提前预防，保证施工过程及使用

5、过程的安全性具有重要意义4。1.2 ANSYS 软件的初步了解ANSYS 软件主要包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块三个部分。1.2.1 前处理模块 PREPROCESSOR前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。1.2.2 分析计算模块 SOLUTION 前处理完成后，用户可以在求解阶段获得分析结果。在此阶段，可以定义分析类型、分析选项、荷载数据和荷载步选项，然后进行求解。石家庄铁道大学创新实践论文11.2.3 后处理模块 GENERAL POSTPROCANSYS 软件的后处理过程:通过用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力

6、、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种5。石家庄铁道大学创新实践论文2第 2 章 论文研究的内容和过程2.1 主要研究内容本章以含一个方孔的薄板为工程实例进行应力分析，主要参数如下：板长2mm，宽 0.6mm，厚 0.02mm，弹性模量 2E+10MPa，泊松比 0.3。2.2 ANSYS 内力分析过程2.2.1 建立薄板的有限元1. 设置工作名称和图形标题Utility MenuFileChange Jobname，制定分析的工作名称为 Banfangkong；Utility MenuFileChange Title，指定图形显示区域的标题为 BFK。2.设置计算类型

7、ANSYS Main Menu: Preferences select Structural ok3.选择计算类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select solid 2 node65 OK (back to Element Types window) Close (the Element Type window)4.定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elasti

8、c Isotropic input EX:2 e11, PRXY:0.3 OK5.创建薄板ANSYS Main Menu: Preprocessor Sections ModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions 输入坐标（0，0，0）,(2,0.6,0.02)ANSYS Main Menu: Preprocessor Sections ModelingCreateVolumesBlockBy Dimensions 输入坐标(0.975,0.275,0),石家庄铁道大学创新实践论文3(1.025,0.325,0.02)（方孔宽 0.05）ANSYS Main

9、Menu: Preprocessor Sections ModelingOpreateBooleansSubtractVolumespick v1OKpick v2OK6.划分网格调SIZE,0.06MSHAPE,1,3D MSHKEY,0vmesh,allDA,5,ALL,2.2.2 ANSYS 求解器：施加荷载并执行求解7.模型施加约束 最左端加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Area pick OK 施加 y 方向的载荷石家庄铁道大学创新实践论文4ANSYS Main Me

10、nu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Area Pick All VALI:100 OK8.分析计算 ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load Step window) OK9.结果显示 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK 得变形图ANSYS Main Menu: Gen

11、eral PostprocPlot Results Contour Plot Nodal Solu Nodal SolutionStressvon Mises stress 点击 OK 得应力云图石家庄铁道大学创新实践论文5ANSYS Main Menu: General PostprocPlot Results Contour Plot Nodal Solu Nodal SolutionDOF solution Displacement vector sum 位移云图1MNMXXYZ 0.674E-07.135E-06.202E-06.270E-06.337E-06.404E-06.472E

12、-06.539E-06.606E-06JUL 10 201510:44:52NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =.606E-06SMX =.606E-06石家庄铁道大学创新实践论文6第 3 章创新扩展不同大小方孔比较方孔边长为 0.1网格划分图应力图石家庄铁道大学创新实践论文7变形图应力云图石家庄铁道大学创新实践论文8方孔边长为 0.2网格划分图应力图变形图石家庄铁道大学创新实践论文9应力云图石家庄铁道大学创新实践论文10第 4 章心得体会石家庄铁道大学创新实践论文11参考文献1 张向东. 隧道力学M. 江苏: 中国矿业大学出版社, 20102 谭上俞, 肖盛燮, 陶庆东. 城市下穿式矩形框架隧道的力学分析J. 西部交通科技, 2011, (11): 35-373 李建平. 盾构隧道混凝土管片受力分析J. 山西建筑, 2012, 38(24): 189-1904 Mroueh H, Shahrour I. A simplified 3D model for tunnel construction using tunnel borin