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文檔簡介
算例來源:自創(chuàng)算例制作:王遙-武漢理工大學算例校核:關 鍵詞:厚壁圓筒
平面單元
彈塑性厚壁圓筒受內(nèi)/外壓作用(平面應變單元)的彈塑性分析目錄利用ANSYS有限元軟件對厚壁圓筒進行彈塑性應力分析,得到厚壁圓筒的徑向應力切向應力與半徑的變化規(guī)律。ANSYS有限元結果與通過理論公式計算出的解析解吻合。說明力學模型的建立是可行的,計算結果是可信的,為厚壁圓筒在沖擊內(nèi)壓作用下彈性階段的設計計算提供了依據(jù)。本文采用通用有限元分析軟件ANSYS,對厚壁圓筒進行極限應力分析,就其工程應用意義上來說是很重要的。摘要所示為鋼制厚壁圓筒,其內(nèi)徑=50mm,外徑=100mm,作用在內(nèi)孔上的壓力=375MPa,無軸向壓力,軸向長度視為無窮。材料的屈服極限=500MPa,無強化,彈性模量E=206GPa,泊松比μ=0.3。問題描述將圓筒簡化為平面應變問題,同時為減少節(jié)點和單元數(shù)量以加快計算速度,利用幾何模型和載荷的均勻對稱性,故選取圓筒截面的四分之一建立幾何模型進行求解。厚壁圓筒Z方向長度遠遠大于X和Y方向長度,在分析時,2D分析采用平面應變分析。采用ANSYS靜力分析模塊進行厚壁圓筒的的強度分析,模擬施加荷載與卸載過程,需要兩個荷載步,第一步為施壓過程,第二步為卸載過程,觀察荷載卸載之后結構的響應。問題分析目錄1、建立分析系統(tǒng)建立靜力結構分析系統(tǒng),將分析項目重命名為【Plasticity
Static
Structural】,如下圖所示。前處理1、建立分析系統(tǒng)單擊【Geometry】,在右側的Properties
of
Schematic
A3在AdvancedGeometry
Options中將分析模式改為2D。前處理2、幾何模型在【Geometry】單元格中,點擊右鍵選擇【Import
Geometry】->【
Browse】,選擇Demo15-Shaft.agdb文件。雙擊【Geometry】單元格打開幾何體,如下圖所示。前處理3、材料屬性雙擊【Engineering
Data】單元格,在【Contents
of
Engineering
Data】下創(chuàng)建新材料,在Click
here
to
addanew
material出輸入新材料的名稱為
MATERIAL
1,在Toolbox中拖入Isotropic
Elasticity,在Properties
of
OutlineRow
4:MATERIAL
1下輸入彈性模量和泊松比分別E=206GPa,μ=0.3,在
Toolbox中的Plasticity中選擇塑性屬性,將Bilinear
Isotropic
Harding拖入
MATERIAL
1中,在Properties
of
OutlineRow
4:MATERIAL1下輸入屈服強度和切線模量,屈服強度為500Mpa,切線模量70Mpa。前處理3、材料屬性前處理3、材料屬性主窗口右側出現(xiàn)鋼材的Bilinear
Isotropic
Hardening曲線,如下圖所示。前處理3、材料屬性材料設置完畢,在主菜單欄點擊關閉【A2:Engineering
Data】回到
Workbench界面中。雙擊【Model】單元格進入【Mechanical】中,在左側樹形窗口中選擇【Model(A4)】->【Geometry】,在細節(jié)面板中選擇【Material】->【Assignment】,在右邊的選擇框中選中【MATERIAL
1】,如下圖所示。前處理4、網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分采用映射網(wǎng)格劃分方式,并插入尺寸控制,用于控制所有網(wǎng)格大小為2mm,網(wǎng)格劃分結果如下圖。前處理5、邊界條件在左側樹形窗口中選擇【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】單擊右鍵選擇【Insert】->【Displacement】,在四分之一圓的半徑處添加垂直于半徑的位移約束如圖所示。前處理6、更改2D行為本算例為厚壁圓筒受內(nèi)外壓作用,屬于在Z方向的長度遠遠大于X和Y方向的長度,根據(jù)彈性力學,可以假設在Z方向上的應變?yōu)?,這就是平面應變問題。平面應變問題需要在分析時更改2D行為模式。具體操作如下。在左側流程樹中選擇【Model】->【Geometry】,在下面的細節(jié)窗口中的【
Definition】下有可選擇的【2D
Behavior】,選擇為【Plane
Strain】如圖所示。前處理目錄1、載荷步設置(1)第一個載荷步設置選擇【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】->【Analysis
Settings】->【Step
Controls】,設置【Step
End
Time】的值為1s,確認【
Auto
Time
Stepping】右邊的選擇框為
On,【Initial
Substeps】值為100,【Minimum
Substeps】值為10,【Maximum
Substeps】值為10000。.求解設置1、載荷步設置(2)第二個載荷步設置選擇【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】->【Analysis
Settings】->【Step
Controls】,設置【Number
of
Steps】的值為2,【Current
Step
Number】值為2,【Step
End
Time】的值為2s,確認【AutoTime
Stepping】右邊的選擇框為On.【InitialSubsteps】值為100,【Minimum
Substeps】值為10,【Maximum
Substeps】值為10000。求解設置2、增加荷載條件在左側樹形窗口中選擇【Model(A4)】->【Static
Structural(A5)】單擊右鍵選擇【Insert】->【Pressure】,選中厚壁圓筒的內(nèi)圓邊,單擊【Apply】,在細節(jié)面板中選擇【Magnitude】選擇【TabularData】,在【Tabular
Data】表格中輸入1s時壓力為375MPa,2s時壓力為0MPa,如圖所示。求解設置3、求解選擇【Model(A4)】->【StaticStructural(A5)】單擊右鍵選擇【Solve(F5)】進行計算。求解設置目錄塑性分析后處理(1)查看變形使用【Static
Structural】的后處理模塊查看變形結果。右鍵點擊工程樹下的【Solution】,選擇【Insert】->【Deformation】->【Total】,在細節(jié)面板中選中【Definition】->【Display
Time】,分別輸入1s,2s,在工程樹中右鍵點擊【Total
Deformation】,選擇【Retrieve
ThisResult】,求解完成后結果如下。后處理1s時Total
Deformation結果塑性分析后處理(1)查看變形后處理1s時Total
Deformation結果塑性分析后處理(1)查看變形后處理2s時Total
Deformation結果塑性分析后處理(2)查看應力使用【Static
Structural】的后處理模塊查看米塞斯應力。右鍵點擊工程樹下的【Solution】,選擇【Insert】->【Stress】->【Equivalent(von-Mises)】,在細節(jié)面板中選中【Definition】->【Display
Time】,分別輸入1s,2s,在工程樹中右鍵
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