3.4.1? 問題描述

圖3-40為一軸類零件結(jié)構(gòu)示意圖，在其兩端面施加大小P=50MPa的均布載荷，求零件內(nèi)部各點的應(yīng)力、應(yīng)變場分布。
零件材料彈性模量為220GPa，泊松比為0.3。

圖3-40? 軸類零件結(jié)構(gòu)示意圖

3.4.2? 問題分析

由于該零件的幾何形狀、載荷條件以及邊界條件都滿足軸對稱條件，因此可以按照軸對稱問題進行求解（將單元關(guān)鍵字設(shè)置為軸對稱屬性），選取零件總截面的1/2建立幾何模型。另外，在軸類零件中，為了加工方便或美觀要求而設(shè)置的凹槽、凸臺、過渡圓角及倒角等，在承載過程中對軸的影響很小，在建模過程中一般可以不予考慮。

3.4.3? 求解步驟

1．定義工作文件名和工作標題

1）選擇Utility Menu︱File︱Change Jobname命令，出現(xiàn)Change Jobname對話框，在［/FILNAM］ Enter new jobname輸入欄中輸入工作文件名EXERCISE3，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
2）選擇Utility Menu︱File︱Change Title命令，出現(xiàn)Change Title對話框，在輸入欄中輸入STRESS ANALYSIS TO AN AXES，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

2．定義單元類型

1）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Element Type︱Add/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Types對話框，單擊Add按鈕，出現(xiàn)Library of Element Types對話框，在Library of Element Types列表框中選擇Structural Solid，Quad 8node 82，在Element type reference number輸入欄中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
2）單擊Element Types對話框上的Options按鈕，出現(xiàn)PLANE82 element type options對話框，在Element behavior K3下拉選框中選擇Axisymmetric，其余選項采用默認設(shè)置，如圖3-41所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

圖3-41? PLANE82單元屬性設(shè)置對話框

3）單擊Element Types對話框上的Close按鈕，關(guān)閉該對話框。

3．定義材料性能參數(shù)

1）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Material Props︱Material Models命令，出現(xiàn)Define Material Model Behavior對話框。
2）在Material Models Availabley一欄中依次雙擊Structral、Linear、Elastic、Isotropic選項，出現(xiàn)Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1對話框。在EX輸入欄中輸入2.2E11，在PRXY輸入欄中輸入0.3，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
3）在Define Material Model Behavior對話框中選擇Material︱Exit命令關(guān)閉該對話框。

4．生成幾何模型、劃分網(wǎng)格

1）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Rectangle︱By Dimensions命令，出現(xiàn)Create Rectangle by Dimensions對話框，在X1,X2? X-Coordinates輸入欄中分別輸入0、0.14，在Y1,Y2? Y-Coordinates輸入欄中分別輸入0、0.18。

?提示
此操作為創(chuàng)建矩形面。

2）單擊Apply按鈕，在X1,X2? X-Coordinates輸入欄中分別輸入0、0.16，在Y1,Y2? Y-Coordinates輸入欄中分別輸入0.18、0.42，單擊Apply按鈕；在X1,X2? X-Coordinates輸入欄中分別輸入0、0.22，在Y1,Y2? Y-Coordinates輸入欄中分別輸入0.42、0.5，單擊Apply按鈕；在X1,X2? X-Coordinates輸入欄中分別輸入0、0.16，在Y1,Y2? Y-Coordinates輸入欄中分別輸入0.5、0.74，單擊Apply按鈕；在X1,X2? X-Coordinates輸入欄中分別輸入0、0.14，在Y1,Y2? Y-Coordinates輸入欄中分別輸入0.74、0.92，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?注意
每次輸入完成之后一定要單擊Apply按鈕確認。

3）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Operate︱Booleans︱Add︱Areas命令，出現(xiàn)Add Areas拾取菜單，單擊Pick All按鈕關(guān)閉該菜單。

?提示
此操作為進行面的相加操作。

4）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Numbering Ctrls︱Compress Numbers命令，出現(xiàn)Compress Numbers對話框，在Label? Item to be compressed下拉選框中選擇All，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?提示
此操作為壓縮布爾操作之后的實體編號。

5）選擇Utility Menu︱PlotCtrls︱Style︱Colors︱Reverse Video命令，設(shè)置顯示顏色。

?提示
此操作為將ANSYS顯示窗口的顏色從默認的黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?/span>

6）選擇Utility Menu︱File︱Change Title命令，出現(xiàn)Change Title對話框，在輸入欄中輸入GEOMETRIC MODEL，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
7）選擇Utility Menu︱Plot︱Areas命令，ANSYS顯示窗口將顯示如圖3-42所示的幾何模型。
8）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Size Cntrls︱ManualSize︱Global︱Size命令，出現(xiàn)Global Element Sizes對話框，在Size? Element edge length輸入欄中輸入0.02，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?提示
此操作為定義單元尺寸。

9）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Mesh︱Areas︱Free命令，出現(xiàn)Mesh Areas拾取菜單，單擊Pick All按鈕關(guān)閉該菜單。
10）選擇Main Menu︱Preprocessor︱Numbering Ctrls︱Merge Items命令，出現(xiàn)Merge Coincident or Equivalently Defined Items對話框，在Label? Type of item to be merge下拉選框中選擇All，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?提示
此操作為合并同位置重復(fù)定義的實體。

11）選擇Utility Menu︱File︱Change Title命令，出現(xiàn)Change Title對話框，在輸入欄中輸入ELEMENTS IN MODEL，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
12）選擇Utility Menu︱Plot︱Elements命令，ANSYS顯示窗口將顯示網(wǎng)格劃分結(jié)果，如圖3-43所示。

圖3-42? 生成的幾何模型結(jié)果顯示


圖3-43? 網(wǎng)格劃分結(jié)果顯示

13）選擇Utility Menu︱File︱Save as命令，出現(xiàn)Save Database 對話框，在Save Database to輸入欄中輸入EXERCISE31.db，保存上述操作過程，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

5．加載求解

1）選擇Main Menu︱Solution︱Analysis Type︱New Analysis命令，出現(xiàn)New Analysis對話框，選擇分析類型為Static，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
2）選擇Utility Menu︱Select︱Entities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第1個下拉選框中選擇Nodes，在第2個下拉選框中選擇By Location，在第3欄中選擇Y coordinates，在Min,Max輸入欄中輸入0.92，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?提示
此操作為選擇Y坐標為0.92的所有節(jié)點。

3）選擇Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Pressure︱On Nodes命令，出現(xiàn)Apply PRES on Nodes拾取菜單，單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Apply PRES on Nodes對話框，在VALUE? Load PRES value輸入欄中輸入?50E6，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?注意
輸入負值表示施加拉應(yīng)力載荷。

4）選擇Utility Menu︱Select︱Entities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第1個下拉選框中選擇Nodes，在第2個下拉選框中選擇By Location，在第3欄中選擇X coordinates，在Min,Max輸入欄中輸入0，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
5）選擇Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Displacement︱On Nodes命令，出現(xiàn)Apply U,ROT on N拾取菜單，單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Apply U,ROT on Nodes對話框，在Lab2? DOFs to be contrained下拉選框中選擇UX，在Apply as下拉選框中選擇Contant value，在VALUE? Displacement value輸入欄中輸入0，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?提示
此操作為對所選節(jié)點的X方向施加0位移約束。

6）選擇Utility Menu︱Select︱Entities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第1個下拉選框中選擇Nodes，在第2個下拉選框中選擇By Location，在第3欄中選擇Y coordinates，在Min,Max輸入欄中輸入0，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。
7）選擇Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Displacement︱On Nodes命令，出現(xiàn)Apply U,ROT on N拾取菜單，單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Apply U,ROT on Nodes對話框，在Lab2? DOFs to be contrained下拉選框中選擇UY，在Apply as下拉選框中選擇Contant value，在VALUE? Displacement value輸入欄中輸入0，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

?提示
此操作為對所選節(jié)點的Y方向施加0位移約束。

8）選擇Utility Menu︱Select︱Everything命令，選擇所有實體。

?注意
此操作為選擇所有實體，不可以省略，否則將有部分單元和節(jié)點不參與計算。

9）選擇Main Menu︱Solution︱Solve︱Current LS命令，出現(xiàn)Solve Current Load Step對話框，單擊OK按鈕，ANSYS開始求解計算。
10）求解結(jié)束時，出現(xiàn)Note提示框，單擊Close按鈕關(guān)閉該對話框。
11）選擇Utility Menu︱File︱Save as命令，出現(xiàn)Save Database 對話框，在Save Database to輸入欄中輸入EXERCISE32.db，保存求解結(jié)果，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。

6．查看求解結(jié)果

1）選擇Main Menu︱General Postproc︱Plot Result︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框，在Item to be contoured列表框中選擇Nodal Solution︱DOF solution︱X-Component of displacement，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示X方向位移等值線圖，如圖3-44a所示。
2）選擇Main Menu︱General Postproc︱Plot Result︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框，在Item to be contoured列表框中選擇Nodal Solution︱DOF solution︱Y-Component of displacement，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示Y方向位移等值線圖，如圖3-44b所示。
3）選擇Main Menu︱General Postproc︱Plot Result︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框，在Item to be contoured列表框中選擇Nodal Solution︱DOF solution︱Displacement vector sum，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示合位移等值線圖，如圖3-44c所示。

圖3-44? 位移等值線結(jié)果顯示

a) X方向位移等值線圖? b) Y方向位移等值線圖? c) 合位移等值線圖

4）選擇Main Menu︱General Postproc︱Plot Result︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框，在Item to be contoured列表框中選擇Nodal Solution︱Stress︱X-Component of stress，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示X方向應(yīng)力等值線圖，如圖3-45a所示。
5）選擇Main Menu︱General Postproc︱Plot Result︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框，在Item to be contoured列表框中選擇Nodal Solution︱Stress︱Y-Component of stress，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示Y方向應(yīng)力等值線圖，如圖3-45b所示。
6）選擇Main Menu︱General Postproc︱Plot Result︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框，在Item to be contoured列表框中選擇Nodal Solution︱Stress︱Z-Component of stress，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示Z方向應(yīng)力等值線圖，如圖3-45c所示。

圖3-45? X、Y、Z方向應(yīng)力等值線結(jié)果顯示

a) X方向應(yīng)力等值線圖? b) Y方向應(yīng)力等值線圖? c) Z方向應(yīng)力等值線圖

7）選擇Utility Menu︱File︱Exit命令，出現(xiàn)Exit from ANSYS對話框，選擇Quit－No Save！選項，單擊OK按鈕，關(guān)閉ANSYS。

?試一試
感興趣的讀者可建立包括倒角等在內(nèi)的精確有限元模型，求解計算后查看計算結(jié)果和本例計算結(jié)果的差別。

3.4.4? 命令流

/FILNAME，EXERCISE3??????????????????????????? ！定義工作文件名
/TITLE，STRESS ANALYSIS TO AN AXES
?！定義工作標題
/PREP7??????????????????????????????????????????? ?！進入前處理器
ET，1，PLANE82????????????????????????????????? ?！定義單元類型
KEYOPT，1，3，1???????????????????????????????? ?！設(shè)置單元關(guān)鍵字
MP，EX，1，2.2E11??????????????????????????????? ?！輸入彈性模量
MP，PRXY，1，0.3??????????????????????????????? ?！輸入泊松比
RECTNG，0，0.14，0，0.18?！生成矩形面
RECTNG，0，0.16，0.18，0.42
RECTNG，0，0.22，0.42，0.5
RECTNG，0，0.16，0.5，0.74
RECTNG，0，0.14，0.74，0.92
AADD，ALL?！面相加
NUMCMP，ALL?！壓縮實體編號
/TITLE，GEOMETRIC MODEL
APLOT?！顯示面
ESIZE，0.02?！設(shè)置單元尺寸
AMESH，ALL??！對面進行網(wǎng)格劃分
NUMMRG，ALL??！合并實體
/TITLE，ELEMENTS IN MODEL
EPLOT?????????????????????????????????????? ??！顯示單元
FINISH

/SOLU??????????????????????????????????????? ??！進入求解器
ANTYPE，STATIC??????????????????????????? ??！指定分析類型
NSEL，S，LOC，Y，0.92??！選擇節(jié)點
SF，ALL，PRES，-50E6????????????????????? ??！施加壓力載荷
NSEL，S，LOC，X，0
D，ALL，UX??！施加位移約束
NSEL，S，LOC，Y，0
D，ALL，UY
ALLSEL???！選擇所有實體
SOLVE??????????????????????????????????????? ??！開始求解計算
FINISH

/POST1??????????????????????????????????????? ??！進入POST1后處理器
PLNSOL，U，X? ??！繪制X方向位移等值線圖
PLNSOL，U，Y??！繪制Y方向位移等值線圖
PLNSOL，U，SUM? ??！繪制合位移等值線圖
PLNSOL，S，X? ??！繪制X方向應(yīng)力等值線圖
PLNSOL，S，Y? ??！繪制Y方向應(yīng)力等值線圖
PLNSOL，S，Z? ??！繪制Z方向應(yīng)力等值線圖
FINISH
/EXIT，ALL??????????????????????????????? ??！退出ANSYS

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