基于ANSYS的有限元設計分析方法
2014-09-26 01:58:38沈潔
科技創新與應用 2014年29期
摘 要：由于實驗條件的限制，學生無法直觀地了解結構在力載荷作用下的變化情況，將通用有限元分析軟件ANSYS與現代設計方法相結合，充分利用計算機仿真方法彌補了實驗上的不足，有助于學生對力學知識的理解。
關鍵詞：ANSYS；有限元分析；結構分析
力學分析是機械、建筑等工科類學生的設計、學習的基礎課程，力學分析主要包括剛度、強度、穩定性等方向的研究[1]。由于實驗條件的限制，學生對理論方面的理解比較困難，通過有限元分析軟件ANSYS進行模擬仿真，可以直觀地了解結構在載荷作用下的變化情況。因此，可以借助CAE仿真軟件進行數值計算，作為輔助教學手段，以薄板圓孔的應力分析為例，為常規教學方式的進提供依據。
1 薄板圓孔應力分析的理論基礎
已知一個承受內壓的薄板，在其中心位置有一個小圓孔，相關的結構尺寸如圖1所示，根據對稱性，可取圓筒的四分之一并施加垂直于對稱面的約束進行分析。材料的彈性模量E=2e11PaKN/m2，泊松比為0.3，拉伸載荷q=3000Pa，平板的厚度t=0.01mm。圓孔的徑向應力σr和切向應力σt沿半徑r方向的分布，根據材料力學的知識，σr和σt沿r方向分布的解析解為[4]，
圖1 薄板結構受力圖
2 薄板圓孔的有限元分析
文章運用有限元分析軟件ANSYS對薄板圓孔進行有限元靜力學分析，劃分薄板圓孔的網格第一步工作。網格劃分采用邊線單元尺寸控制，桅桿約劃分為400個單元，其劃分網格后的有限元模型如圖2所示[5-6]。
在靜力學分析過程中由于壓力施加在圓孔邊緣，分別對圓孔所在的兩邊施加x和y的位移約束，同時對圓孔邊緣施加3000Pa的壓強，如圖3所示，觀察桅桿結構的應力分布情況；然后通過ANSYS軟件計算整體變形情況。
四分之一薄板位移云圖、節點的Von-Mise應力云圖和整體薄板位移云圖、節點的Von-Mise應力云圖如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出薄板圓孔在3000Pa壓力作用下的位移變化和受力分布情況。最大應力值為7104Pa，出現在45°方向，最大位移出現在圓孔900方向，位移值為0.014mm。圖6為Mises應力等值線的結果顯示圖[7-8]。
（a） （b）
圖4 位移云圖的結果顯示
（a） （b）
圖5 節點的Von-Mise應力云圖顯示
圖6 Mises應力等值線的結果顯示
3 結束語
有限元軟件ANSYSY可以很好地用于結構力學分析，有助于減輕學習難度、增強學生對結構力學特性的感性認識，幫助學生認識和理解結構力學的理論和方法，培養學生實際動手能力、實際解決問題的能力和科研創造能力。
參考文獻
[1]李麗君，沈玉鳳.ANSYS對于壓桿穩定的輔助教學[J].實驗科學與技術，2008，7（1）：121～123.
[2]王德玲，沈疆海.ANSYS在結構動力學的工程抗振教學中的應用[J].水利與建筑工程學報，2010，8（1）：39～41.
[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh，eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology，2009（56）：906-909.
[4]王在偉，焦青.Solidworks與Ansys之間的數據交換方法研究[J].煤礦機械，2011，32（9）：248-250.
[5]薛大維，趙雨腸.客車車架有限元靜力學分析[J].哈爾濱工業大學學報，2006，38（7）：1075～1078.
[6]李小彭，趙志杰，聶慧凡.某型數控車床床身的模態分析與結構優化[J].東北大學學報，2011，32（7）：988-991.
[7]WANG Dazhi，DONG Guang，ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY，2006，11（6）：725-730.
[8]王曉楠，邸洪雙，梁冰潔.輕量化設計的重型卡車車廂應力有限元數值模擬[J].東北大學學報，2010，31（1）：60-63.
作者簡介：沈潔（1986-），女，漢，江蘇，無錫市協新技工學校，職稱：初級，助理講師。endprint
摘 要：由于實驗條件的限制，學生無法直觀地了解結構在力載荷作用下的變化情況，將通用有限元分析軟件ANSYS與現代設計方法相結合，充分利用計算機仿真方法彌補了實驗上的不足，有助于學生對力學知識的理解。
關鍵詞：ANSYS；有限元分析；結構分析
力學分析是機械、建筑等工科類學生的設計、學習的基礎課程，力學分析主要包括剛度、強度、穩定性等方向的研究[1]。由于實驗條件的限制，學生對理論方面的理解比較困難，通過有限元分析軟件ANSYS進行模擬仿真，可以直觀地了解結構在載荷作用下的變化情況。因此，可以借助CAE仿真軟件進行數值計算，作為輔助教學手段，以薄板圓孔的應力分析為例，為常規教學方式的進提供依據。
1 薄板圓孔應力分析的理論基礎
已知一個承受內壓的薄板，在其中心位置有一個小圓孔，相關的結構尺寸如圖1所示，根據對稱性，可取圓筒的四分之一并施加垂直于對稱面的約束進行分析。材料的彈性模量E=2e11PaKN/m2，泊松比為0.3，拉伸載荷q=3000Pa，平板的厚度t=0.01mm。圓孔的徑向應力σr和切向應力σt沿半徑r方向的分布，根據材料力學的知識，σr和σt沿r方向分布的解析解為[4]，
圖1 薄板結構受力圖
2 薄板圓孔的有限元分析
文章運用有限元分析軟件ANSYS對薄板圓孔進行有限元靜力學分析，劃分薄板圓孔的網格第一步工作。網格劃分采用邊線單元尺寸控制，桅桿約劃分為400個單元，其劃分網格后的有限元模型如圖2所示[5-6]。
在靜力學分析過程中由于壓力施加在圓孔邊緣，分別對圓孔所在的兩邊施加x和y的位移約束，同時對圓孔邊緣施加3000Pa的壓強，如圖3所示，觀察桅桿結構的應力分布情況；然后通過ANSYS軟件計算整體變形情況。
四分之一薄板位移云圖、節點的Von-Mise應力云圖和整體薄板位移云圖、節點的Von-Mise應力云圖如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出薄板圓孔在3000Pa壓力作用下的位移變化和受力分布情況。最大應力值為7104Pa，出現在45°方向，最大位移出現在圓孔900方向，位移值為0.014mm。圖6為Mises應力等值線的結果顯示圖[7-8]。
（a） （b）
圖4 位移云圖的結果顯示
（a） （b）
圖5 節點的Von-Mise應力云圖顯示
圖6 Mises應力等值線的結果顯示
3 結束語
有限元軟件ANSYSY可以很好地用于結構力學分析，有助于減輕學習難度、增強學生對結構力學特性的感性認識，幫助學生認識和理解結構力學的理論和方法，培養學生實際動手能力、實際解決問題的能力和科研創造能力。
參考文獻
[1]李麗君，沈玉鳳.ANSYS對于壓桿穩定的輔助教學[J].實驗科學與技術，2008，7（1）：121～123.
[2]王德玲，沈疆海.ANSYS在結構動力學的工程抗振教學中的應用[J].水利與建筑工程學報，2010，8（1）：39～41.
[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh，eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology，2009（56）：906-909.
[4]王在偉，焦青.Solidworks與Ansys之間的數據交換方法研究[J].煤礦機械，2011，32（9）：248-250.
[5]薛大維，趙雨腸.客車車架有限元靜力學分析[J].哈爾濱工業大學學報，2006，38（7）：1075～1078.
[6]李小彭，趙志杰，聶慧凡.某型數控車床床身的模態分析與結構優化[J].東北大學學報，2011，32（7）：988-991.
[7]WANG Dazhi，DONG Guang，ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY，2006，11（6）：725-730.
[8]王曉楠，邸洪雙，梁冰潔.輕量化設計的重型卡車車廂應力有限元數值模擬[J].東北大學學報，2010，31（1）：60-63.
作者簡介：沈潔（1986-），女，漢，江蘇，無錫市協新技工學校，職稱：初級，助理講師。endprint
摘 要：由于實驗條件的限制，學生無法直觀地了解結構在力載荷作用下的變化情況，將通用有限元分析軟件ANSYS與現代設計方法相結合，充分利用計算機仿真方法彌補了實驗上的不足，有助于學生對力學知識的理解。
關鍵詞：ANSYS；有限元分析；結構分析
力學分析是機械、建筑等工科類學生的設計、學習的基礎課程，力學分析主要包括剛度、強度、穩定性等方向的研究[1]。由于實驗條件的限制，學生對理論方面的理解比較困難，通過有限元分析軟件ANSYS進行模擬仿真，可以直觀地了解結構在載荷作用下的變化情況。因此，可以借助CAE仿真軟件進行數值計算，作為輔助教學手段，以薄板圓孔的應力分析為例，為常規教學方式的進提供依據。
1 薄板圓孔應力分析的理論基礎
已知一個承受內壓的薄板，在其中心位置有一個小圓孔，相關的結構尺寸如圖1所示，根據對稱性，可取圓筒的四分之一并施加垂直于對稱面的約束進行分析。材料的彈性模量E=2e11PaKN/m2，泊松比為0.3，拉伸載荷q=3000Pa，平板的厚度t=0.01mm。圓孔的徑向應力σr和切向應力σt沿半徑r方向的分布，根據材料力學的知識，σr和σt沿r方向分布的解析解為[4]，
圖1 薄板結構受力圖
2 薄板圓孔的有限元分析
文章運用有限元分析軟件ANSYS對薄板圓孔進行有限元靜力學分析，劃分薄板圓孔的網格第一步工作。網格劃分采用邊線單元尺寸控制，桅桿約劃分為400個單元，其劃分網格后的有限元模型如圖2所示[5-6]。
在靜力學分析過程中由于壓力施加在圓孔邊緣，分別對圓孔所在的兩邊施加x和y的位移約束，同時對圓孔邊緣施加3000Pa的壓強，如圖3所示，觀察桅桿結構的應力分布情況；然后通過ANSYS軟件計算整體變形情況。
四分之一薄板位移云圖、節點的Von-Mise應力云圖和整體薄板位移云圖、節點的Von-Mise應力云圖如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出薄板圓孔在3000Pa壓力作用下的位移變化和受力分布情況。最大應力值為7104Pa，出現在45°方向，最大位移出現在圓孔900方向，位移值為0.014mm。圖6為Mises應力等值線的結果顯示圖[7-8]。
（a） （b）
圖4 位移云圖的結果顯示
（a） （b）
圖5 節點的Von-Mise應力云圖顯示
圖6 Mises應力等值線的結果顯示
3 結束語
有限元軟件ANSYSY可以很好地用于結構力學分析，有助于減輕學習難度、增強學生對結構力學特性的感性認識，幫助學生認識和理解結構力學的理論和方法，培養學生實際動手能力、實際解決問題的能力和科研創造能力。
參考文獻
[1]李麗君，沈玉鳳.ANSYS對于壓桿穩定的輔助教學[J].實驗科學與技術，2008，7（1）：121～123.
[2]王德玲，沈疆海.ANSYS在結構動力學的工程抗振教學中的應用[J].水利與建筑工程學報，2010，8（1）：39～41.
[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh，eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology，2009（56）：906-909.
[4]王在偉，焦青.Solidworks與Ansys之間的數據交換方法研究[J].煤礦機械，2011，32（9）：248-250.
[5]薛大維，趙雨腸.客車車架有限元靜力學分析[J].哈爾濱工業大學學報，2006，38（7）：1075～1078.
[6]李小彭，趙志杰，聶慧凡.某型數控車床床身的模態分析與結構優化[J].東北大學學報，2011，32（7）：988-991.
[7]WANG Dazhi，DONG Guang，ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY，2006，11（6）：725-730.
[8]王曉楠，邸洪雙，梁冰潔.輕量化設計的重型卡車車廂應力有限元數值模擬[J].東北大學學報，2010，31（1）：60-63.
作者簡介：沈潔（1986-），女，漢，江蘇，無錫市協新技工學校，職稱：初級，助理講師。endprint
