有限元大作業(yè)

1、機械工程有限元法課程作業(yè) PAGE 機械工程有限元法課程作業(yè)任課教師：xxx 學生姓名：* 學 號:000000時 間：2010-6-29 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc265674140 一.問題描述與分析 PAGEREF _Toc265674140 h 1 HYPERLINK l _Toc265674141 二. ANSYS操作過程與方法 PAGEREF _Toc265674141 h 1 HYPERLINK l _Toc265674142 1. 建立模型包括確定作業(yè)名和標題 PAGEREF _Toc265674142 h 1 HYPERLINK l _T

2、oc265674143 2. 定義單元類型 PAGEREF _Toc265674143 h 2 HYPERLINK l _Toc265674144 3. 定義材料屬性 PAGEREF _Toc265674144 h 2 HYPERLINK l _Toc265674145 4. 創(chuàng)建幾何模型、劃分網(wǎng)格 PAGEREF _Toc265674145 h 3 HYPERLINK l _Toc265674146 5. 建立接觸對 PAGEREF _Toc265674146 h 3 HYPERLINK l _Toc265674147 6. 加載求解 PAGEREF _Toc265674147 h 4 HY

3、PERLINK l _Toc265674148 7. 查看求解結(jié)果 PAGEREF _Toc265674148 h 6 HYPERLINK l _Toc265674149 三.有限元分析結(jié)果 PAGEREF _Toc265674149 h 7 HYPERLINK l _Toc265674150 1. 加載情況下的應(yīng)力應(yīng)變 PAGEREF _Toc265674150 h 7 HYPERLINK l _Toc265674151 2. 卸載情況下的應(yīng)力應(yīng)變 PAGEREF _Toc265674151 h 8 HYPERLINK l _Toc265674152 附錄； APDL命令流 PAGEREF

4、_Toc265674152 h 9 PAGE 11一.問題描述與分析如圖1所示，一個剛性壓頭以一定壓力壓入一塊圓板，該問題為一典型赫茲接觸問題，用力控制加載，具有大塑性變形。圓板材質(zhì)為銅，彈性模量E=1.6E6 Pa, 泊松比 =0.33，應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示，曲線上各點對應(yīng)的數(shù)值見表1，加載最大壓力為3.5x106 N/m2。圖1 接觸模型 圖2 銅的應(yīng)力應(yīng)變曲線 表1 銅的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力(Pa)1041.5x1042.1x1042.9x1043.26x1043.47x1043.625x1043.9x1044.025x104應(yīng)變(%)0.006250.00250.0050.0100.0

5、150.0200.0400.1000.200由于研究對象為軸對稱結(jié)構(gòu)，為簡化計算采用平面模型。采用剛?cè)峤佑|模式，壓頭為剛性體，銅板為柔性體，載荷通過剛體的控制節(jié)點分多步加載，而后卸載，考察銅板在壓頭壓入后的接觸應(yīng)力和塑性形變，以及卸載后的殘余應(yīng)力和形變。二. ANSYS操作過程與方法1. 建立模型包括確定作業(yè)名和標題 GUI路徑：Utility Menu FileChange Jobname， 打開“Change Jobname”對話框，如圖2所示，在“Enter new jobname”文本框中輸入“contact”,單擊OK按鈕，完成文件名的修改；GUI路徑：Utility MenuFil

6、eChange Title，打開“Change Title”對話框，在文本框中輸入“CONTACT STRESS ANALYSIS”如圖4所示，單擊OK按鈕，作為標題名。圖3 修改文件名 圖 4 修改標題名2. 定義單元類型銅板模型選用八節(jié)點四邊形板單元PLANE182，接觸對單元選用TARGET169和CONTACT171（1）GUI路徑：Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，打開“Element Types”對話框，單擊Add按鈕，打開“Library of Element Types”，如圖4，在左邊的列表框中選擇“Soli

7、d”選擇，選擇實例單元類型，在右邊的列表框中“8node 182”選項，選擇八節(jié)點四邊形板單元PLANE182。圖 5 定義單元類型（2）通過類似操作添加單元TARGET169和CONTACT1713. 定義材料屬性（1）GUI路徑：Main MenuPreprocessorMater PropsMateria Model命令，打開“Define Material Model behavior”窗口，如圖5所示。（2）依次雙擊“StructuralLinearElasticIsotropic”，展開材料屬性的樹形結(jié)構(gòu)。將打開的1號材料的彈性模量EX和泊松比PRXY的定義對話框，在“EX”文本框

8、中輸入彈性模量16E6，在“PRXY”文本框中輸入泊松比0.33，在“MU”文本框中輸入摩擦系數(shù)0.3，單擊X按鈕。（3）依次雙擊“StructuralNonlinearElasticMultilinear Elastic”，在表格中依次輸入表1中的應(yīng)力-應(yīng)變值，在單擊X按鈕，退出定義材料模型屬性窗口，完成對材料模型屬性的定義。圖 6 定義材料屬性4. 創(chuàng)建幾何模型、劃分網(wǎng)格（1）幾何建模GUI路徑：Main MenuPreprocessor ModelingLines，依次通過輸入關(guān)鍵點，構(gòu)造直線和曲線，進而生成面，完成模型的創(chuàng)建。 （2）網(wǎng)格劃分GUI路徑：Main MenuPreproc

9、essorMeshing Meshtool，激活網(wǎng)格劃分向?qū)?，在Size controlsLines中點擊Set對模型各直線進行細劃，而后點擊Mesh：Areas進行自由網(wǎng)格劃分。圖 7 有限元網(wǎng)格劃分5. 建立接觸對（1）GUI路徑：GUI路徑：Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，依次選擇TARGET169和CONTACT171，點擊ADD，完成實常數(shù)設(shè)置。 圖 8 實常數(shù)設(shè)置 （2）GUI路徑：Main MenuPreprocessorModelingCreatContact Pair，激活接觸對創(chuàng)建向?qū)?，點擊Contact

10、 Wizard，根據(jù)提示依次選擇目標面，接觸面，控制節(jié)點和接觸參數(shù)，完成接觸對的創(chuàng)建。圖 9 建立接觸6. 加載求解（1）分析類型設(shè)置GUI路徑：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，出現(xiàn)New Analysis對話框，如圖14，選擇分析類型Static，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。圖 10 選擇分析類型（2）載荷步設(shè)置GUI路徑：Main MenuSolutionAnalysis TypeSonl control命令，出現(xiàn)Solution Control對話框，如圖11進行載荷步設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。圖 11 載荷步設(shè)置（2）施加邊界條件G

11、UI路徑：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes，選擇位于模型底部的所有節(jié)點，在施加約束對話框中選擇UY，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。圖 12 施加邊界條件（2）施加節(jié)點載荷GUI路徑：Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes，選擇控制節(jié)點，在施加載荷對話框中選擇UY，constant value，-20000單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。圖 13 施加節(jié)點載荷（3）求解GUI路徑：Main MenuSolutionSolveC

12、urrent LS，求解完畢后保存所有文件。7. 查看求解結(jié)果GUI路徑：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，可以查看各項應(yīng)力，應(yīng)變計算結(jié)果的分布云圖。 圖 14 查看結(jié)果三.有限元分析結(jié)果1. 加載情況下的應(yīng)力應(yīng)變圖 15 正應(yīng)力 圖 16范米塞斯應(yīng)力圖17 接觸壓力 圖 18 等效總形變 圖19 等效塑性形變2. 卸載情況下的應(yīng)力應(yīng)變 圖 20 殘余正應(yīng)力 圖 21 殘余范米塞斯應(yīng)力附錄； APDL命令流!*定義文件名,標題,幾何尺寸/FILNAME,contact01,1/TITLE,CONTACT ST

13、RESS ANALYSIS/PREP7 THICK=0.25RADIUS=0.75 CONTACT=0.3 LENGTH=1.0 !*定義單元和實常數(shù)ET,1,182,1,2 ET,2,169 ET,3,171 R,2,0,0,1,0.1 RMORE,0.1,0.01 !*材料特性MP,EX,1,16E6 MP,NUXY,1,0.33 MP,MU,1,0.3 TB,MISO,1,0,9TBPT,0.000625,10000TBPT,0.0025,15000 TBPT,0.005,21000 TBPT,0.01,29000 TBPT,0.015,32600 TBPT,0.02,34700 TBP

14、T,0.04,36250 TBPT,0.10,39000 TBPT,0.20,40250!*幾何建模與網(wǎng)格劃分K,1 K,2,CONTACT K,3,LENGTHKGEN,2,1,3,1,THICK,3A,1,2,5,4 A,2,3,6,5 TYPE,1 MAT,1 LESIZE,4,10 LESIZE,2,10 LESIZE,6,10 LESIZE,1,12 LESIZE,3,12 LESIZE,5,12,5 LESIZE,7,12,1/5 AMESH,ALL ARSYM,X,ALL NUMMRG,ALL ASEL,NONE LSEL,NONEWPAVE,THICK+RADIUSCSWPLA,11,1 K,20,RADIUS,180 K,21,RADIUS,-90 K,22,RADIUS,0 K,23,0,0 L,20,21 L,21,22 !*創(chuàng)建接觸對TYPE,2 REAL,2 LMESH,ALL KMESH,23 KSEL,S,KP,23 NSLK,S*GET,N_LOAD,NODE,NUM,MAXALLSCSYS,0 NSEL,S,LOC,Y,THICK