[原創]薄壁圓筒在彎扭組合變形下主應力測定實驗與ANSY分析

2017-03-07  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

導讀:薄壁圓筒在彎扭組合變形下的主應力,如何使用電測法進行測試?怎樣使用ANSYS進行分析計算?ANSYS計算得出的數值解,與理論解和測試值對比,誤差大么?

一、問題描述

AB段為薄壁圓筒,在扇臂AC的端部C點受集中力P作用,分析薄壁圓筒L1和L2處的主應力。

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二、實驗測試

本實驗名稱是“薄壁圓筒在彎扭組合變形下主應力測定實驗”,用電測法測定平面應力狀態下主應力的大小及方向。

材料力學多功能實驗架

薄壁圓筒測試點

接線方式

接線方式

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三、實驗測試值、解析解和ANSYS解

表中ANSYS解和實驗測試值,是與解析解比較的誤差。請分析實驗誤差產生的原因。

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四、理論計算

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五、GUI步驟

1.進入ANSYS

程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改變working directory到指定文件夾 → 在jobname輸入:file→ Run。

2.定義單元屬性

(1)定義單元類型:MainMenu >Preprocessor >Element Type >Add/ Edit/ Delete →Add →在左列表框中選擇Beam,在右列表框中選擇2 node 188→OK。

(2)定義截面:MainMenu >Preprocessor >Sections >Beam >Common Sections →ID:1,在Sub-Type下拉框選擇圓形截面:Ri:17.9;Ro:20;N:40 → Meshview →OK。

(3)設置材料屬性:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural→ Linear → Elastic → Isotropic → EX:2.06E5(彈性模量);PRXY:0.26(泊松比) → OK。

3.建立幾何模型

(1)生成關鍵點:MainMenu >Preprocessor >Modeling >Create >Keypoints >In Active CS →依次輸入關鍵點的編號和坐標:1 (0,0,0),2(190,0,0),3(240,0,0),4(300,0,0)→OK。關鍵點2和3是對應的兩個截面。

(2)創建直線:MainMenu> Preprocessor> Modeling> Create> Lines> Lines> Straight Line →依次拾取關鍵點1和2,2和3,3和4,創建3條直線→OK。

4.劃分網格

(1)設置線的單元屬性:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在ElementAttributes下方選擇Lines Set→ 拾取線1→OK→選擇MAT:1,TYPE:1,SECT:1→OK。

(2)設置單元尺寸:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在SizeControls下方選擇Global Set →SIZE:20→OK。

(3)劃分梁單元:Main Menu>Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →Mesh:Lines→ Mesh → Pick All。

(4)打開梁單元的單元形狀:UtilityMenu >PlotCtrls >Style >Size and Shape →[/ESHAPE]: On。

(5)顯示單元:UtilityMenu > Plot > Element。

5.施加邊界條件

(1)施加約束:Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Keypoints → 拾取關鍵點4 → OK → Lab2:All DOF→ OK。

(2)施加載荷:Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints → 拾取關鍵點1 → OK → Lab:MX;VALUE:100*250 →Apply,拾取關鍵點1 → OK → Lab:FY;VALUE:-100→ OK。

(3)求解前保存模型:UtilityMenu > Files > Save as → 輸入Load.db→ OK。

6.求解

(1)求解:Main Menu > Solution > Solve > Current LS → File > Close → Solve Current Load Step → OK → Solution is done → Close。

(2)保存結果文件:UtilityMenu > Files > Save as → 輸入Solve.db→ OK。

7.后處理

(1)查看m截面的的應力

①畫線:Utility Menu>Plot>Line。

②選擇線:Utility Menu>Select >Entities→ 見下圖 →OK →拾取線L1→ OK。

③選擇線之下:Utility Menu>Select> Everything Below> Selected Lines。線之下包括線和關鍵點,還有由線生成的單元和節點。

④顯示單元:UtilityMenu >Plot >Elements。

⑤查看應力:MainMenu >General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solution>Stress

→X-Componentof stress。彎矩引起的正應力。結果是在在單元坐標系,軸向為X軸。

→XYShear stress或者XZ Shear stress。扭矩引起的切應力。XY切應力的說明:X表示與X軸垂直的面內(m截面),沿Y方向的切應力。

→1stPrincipal stress。第1主應力。

→3rdPrincipal stress。第3主應力。

⑥查詢薄壁圓筒表面的主應力:Main Menu >General Postproc >Query Results> Subgrid Solu> Stress> 3rd principal S3> OK →勾選Generate 3D Anno→ OK→ 拾取上表面的點→ OK。

同理,查看另一個截面的應力。

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六、APDL步驟

/PREP7

ET,1,BEAM188 !單元類型

KEYOPT,1,3,3

SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, , 0 !截面屬性mm

SECOFFSET,CENT

SECDATA,17.9,20,40,0,0,0,0,0,0,0,0,0

MP,EX,1,2.06e5 !材料屬性MPa

MP,PRXY,1,0.26

K,1,,,, !創建點mm

K,2,190,,,

K,3,240,,,

K,4,300,,,

LSTR,1,2 !創建線mm

LSTR,2,3

LSTR,3,4

LATT,1,,1, , , ,1 !線的單元屬性

LESIZE,ALL,20,, , , , , ,1 !線的單元屬性

LMESH,ALL !線分網

FINISH

/SOL

DK,4,ALL !施加位移約束

FK,1,FY,-100 !施加載荷

FK,1,MX,100*250 !施加扭矩

SOLVE !求解

FINISH

/POST1

LSEL,S,, , 1 !選擇線1或線2

ALLSEL,BELOW,LINE !線之下

PLNSOL,S,1, 0,1.0 !顯示第1主應力

PLNSOL,S,3, 0,1.0 !顯示第3主應力

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