提高扳手弯曲分析技能

时间：2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：如图6-37所示，扳手截面是宽度为10mm的六方形，在手柄端部施加力为100N。材料为钢，弹性模量为207GPa，泊松比为0.3，求其变形和应力分布。

提高扳手弯曲分析技能

如图6-37所示，扳手截面是宽度为10mm的六方形，在手柄端部施加力为100N。材料为钢，弹性模量为207GPa，泊松比为0.3，求其变形和应力分布。

图6-37 扳手模型

操作步骤

1.启动ANSYS 14.5

双击桌面上的“Mechanical APDL Product Launcher”图标，弹出“ANSYS配置”窗口，在“Simulation Environment”选择“ANSYS”，在“license”选择“ANSYS Multiphysics”，然后指定合适的工作目录，单击“Run”按钮，进入ANSYS用户界面。

2.指定工程名和分析标题

1）选择“Utility Menu＞File＞Change Jobname”命令，弹出“Change Jobname”对话框，修改工程名称为“wrench”，如图6-38所示。单击“OK”按钮完成修改。

图6-38 “Change Jobname”对话框

2）选择“Utility Menu＞File＞Change Title”命令，弹出“Change Title”对话框，修改标题为“Static Analysis of an Allen Wrench”，如图6-39所示。单击“OK”按钮完成修改。

图6-39 “Change Title”对话框

3）选择“Utility Menu＞Plot＞Replot”命令，指定的标题“Static Analysis of an Allen Wrench”显示在窗口的左下方。

3.指定分析类型

选择“Main Menu＞Preference”命令，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，勾选“Structural”选项，如图6-40所示。单击“OK”按钮确认。

图6-40 “Preferences for GUI Filtering”对话框

4.定义单位

1）在ANSYS软件的主界面命令输入窗口中，输入“/UNIT，SI”，如图6-41所示。然后单击“Enter”键确认。

图6-41 输入单位命令

2）选择“Utility Menu＞Parameters＞Angular Units”命令，弹出“Angular Units for Parametric Functions”对话框，选择角度单位为“Degrees DEG”，单击“OK”按钮完成，如图6-42所示。

图6-42 “Angular Units for Parametric Functions”对话框

5.定义标量参数

1）选择“Utility Menu＞Parameters＞Scalar Parameters”命令，弹出“Scalar Parameters”对话框，在“Selection”文本框中输入EXX=2.07E11。输入时不管字母大小写，ANSYS会将输入字母全部转换为大写，单击“Accept”按钮接受，如图6-43所示。

2）重复上述步骤输入表6-1中的所有参数，如图6-44所示。单击“Close”按钮完成。

图6-43 “Scalar Parameters”对话框

图6-44 输入所有参数

表6-1 定义参数名和参数值

6.定义单元类型

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图6-45所示。

2）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“Solid”选项，选择实体单元类型，然后在右边列表中选择“Brick 8node 185”单元，如图6-46所示。单击“Library of Element Types”对话框的“OK”按钮，返回“Element Types”对话框。

图6-45 “Element Types”对话框

图6-46 “Library of Element Types”对话框

3）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“Solid”选项，即选择实体单元类型，然后在右边列表中选择“Quad 4 node 182”单元，如图6-47所示。单击“OK”按钮返回“Element Types”对话框。

图6-47 “Library of Element Types”对话框

4）单击“Element Types”对话框的“Close”按钮，结束单元类型的添加。

7.定义材料属性

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Materials Props＞Material Models”命令，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，如图6-48所示。

图6-48 “Define Material Model Behavior”对话框

2）在右侧列表中选择“Structural＞Linear＞Elastic＞Isotropic”，弹出“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框，在“EX”文本框中输入exx，在“PRXY”文本框中输入0.3，如图6-49所示。单击“OK”按钮返回。

图6-49 “Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框

3）在“Define Material Model Behavior”对话框中选择“Material＞Exit”命令，退出材料属性窗口，完成材料模型属性的定义。

8.建立分析模型

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Polygon＞By Side Length”命令，弹出“Polygon by Side Length”对话框，在“Number of sides”文本框中输入多边形的边数6，在“Length of each side”文本框中输入多边形边长为W_FLAT，单击“OK”按钮创建多边形，如图6-50所示。

图6-50 边长绘制正多边形

2）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS”命令，弹出“Create Keypoints in Active Coordinate System”对话框，输入关键点号为7和坐标值（0，0，0），单击“OK”按钮，以当前活动坐标系（系统默认为笛卡儿坐标系）定义一个关键点，如图6-51所示。

图6-51 在活动坐标系中定义关键点7

3）重复上述步骤分别创建：关键点8，坐标为（0，0，-L_SHANK）；关键点9，坐标为（0，L_HANDLE，-L_SHANK）。

4）选择“Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering”命令，弹出“Plot Numbering Controls”对话框，勾选“Keypoint numbers”和“Line numbers”选项，单击“OK”按钮，如图6-52所示。此时显示所创建的关键点和线，如图6-53所示。

5）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，弹出“Create Straight Line”对话框，在图形区选择关键点7和8，或者直接输入两点编号“7，8”绘制直线L7，然后单击“OK”按钮创建直线，如图6-54所示。

6）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，弹出“Create Straight Line”对话框，在图形区选择关键点8和9，或者直接输入两点编号“8，9”绘制直线L8，然后单击“OK”按钮创建直线，如图6-55所示。

图6-52 “Plot Numbering Controls”对话框

图6-53 绘制的关键点

图6-54 创建直线

图6-55 创建直线

7）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Line Fillet”命令，弹出“Line Fillet”对话框，在图形区选择线L7和L8，或者直接输入编号“7，8”绘制直线L9，单击“OK”按钮，弹出“Line Fillet”对话框，输入半径BENDRAD，然后单击“OK”按钮创建圆角，如图6-56所示。

图6-56 创建圆角

9.划分网格

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，单击“Lines”后的“Set”按钮，弹出“Element Size on Picked Lines”对话框，依次选择六边形6条边，单击“OK”按钮，弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框，在“No.of element divisions”文本框中输入NO_D_HEX，单击“OK”按钮完成线单元数量设置，如图6-57所示。

图6-57 设置线单元数量

2）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞All Areas”命令，弹出“Area Attributes”对话框，在“Element type number”下拉列表中选择“2 PLANE182”，单击“OK”按钮完成面单元类型设置，如图6-58所示。(www.xing528.com)

图6-58 设置面单元类型

3）在网格工具中选择分网对象为“Areas”，网格形状为“Quad”，选择分网形式为“Mapped”，选择“Pick corners”，然后单击“Mesh”按钮，拾取面后，单击“Apply”按钮，然后依次选择关键点1、3、5，生成网格如图6-59所示。

图6-59 直接选择生成映射网格

4）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，单击“Global”后的“Set”按钮，弹出“Global Element Sizes”对话框，在“Element edge length”文本框中输入L_ELEM，单击“OK”按钮完成单元边长的设置，如图6-60所示。

图6-60 设置单元边长

5）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞Along Lines”命令，弹出“Sweep Areas along Lines”对话框，单击“Pick All”按钮选择模型中已经定义的面，单击“OK”按钮，弹出“Sweep Areas along Lines”对话框，依次选择直线L7、L9、L8，单击“OK”按钮，创建实体如图6-61所示。

图6-61 创建实体

6）选择“Utility Menu＞Plot＞Element”命令，可显示扳手的节点和单元，如图6-62所示。

图6-62 显示节点和单元

7）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Clear＞Areas”命令，弹出选择对话框，单击“Pick All”按钮，清除所有面网格。此处即使保留源面网格对计算结果也没有影响，删除的目的仅仅是为了使后面的操作更加方便。

10.施加边界条件和载荷

1）选择“Utility Menu＞Select＞Entities”命令，弹出“Select Entities”对话框，选择拾取对象为“Areas”，拾取方式为“By Num/Pick”，选择“From Full”选项，单击“Apply”按钮，弹出拾取对话框，在图形区选择所需扳手底面，单击“OK”按钮完成选取，单击“Plot”按钮显示所选取的面，如图6-63所示。

图6-63 键盘和鼠标选取面

2）在“Select Entities”对话框中选择拾取对象为“Lines”，拾取方式为“Exterior”，选择已选择面的边界线，单击“Apply”按钮完成选取，单击“Plot”按钮显示所选取的线，如图6-64所示。

图6-64 选择边界线

3）在“Select Entities”对话框中选择拾取对象为“Nodes”，拾取方式为“Attached to”，表示选择与某一种图元相关联的节点，选中“Lines，all”选项，单击“Apply”按钮完成选取，单击“Plot”按钮显示所选取的节点，如图6-65所示。

图6-65 选择节点

4）在“Select Entities”对话框中单击“Cancel”按钮关闭对话框。

5）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，单击“Pick All”按钮选择当前选择集中的所有节点，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on Nodes”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型“All DOF”，在“Displacement value”文本框中输入数值0（输入数值时默认为0），单击“OK”按钮完成约束，如图6-66所示。

图6-66 施加自由度约束

6）选择“Utility Menu＞Select＞Everything”命令，选取所有图元、单元和节点。

7）选择“Utility Menu＞Select＞Entities”命令，弹出“Select Entities”对话框，选择拾取对象为“Nodes”，拾取方式为“By Location”，选中“X coordinates”选项，在“Min，Max”文本框中输入“W_FLAT/2，W_FLAT”，选择“From Full”选项，单击“Apply”按钮完成选取，单击“Plot”按钮显示所选取的节点，如图6-67所示。

图6-67 根据位置拾取节点

8）在“Select Entities”对话框选择拾取对象为“Nodes”，拾取方式为“By Location”，选中“Y coordinates”选项，在“Min，Max”文本框中输入“L_HANDLE，L_HANDLE-3*L_ELEM”，选择“Reselect”选项，单击“Apply”按钮完成选取，单击“Plot”按钮显示所选取的节点，如图6-68所示。

9）在“Select Entities”对话框中单击“Cancel”按钮关闭对话框。

10）选择“Utility Menu＞Parameters＞Get Scalar Data”命令，弹出“Get Scalar Data”对话框，在左侧列表中选择“Model data”（模型数据），在右侧列表中选择“For selected set”（从选择集），如图6-69所示。

图6-68 根据位置拾取节点

图6-69 “Get Scalar Data”对话框

11）单击“OK”按钮，弹出“Get Data for Selected Entity Set”对话框，提取当前集中的节点Y坐标最小值为MinY，单击“Apply”按钮，如图6-70所示。

图6-70 提取节点最小Y坐标

12）在弹出的“Get Scalar Data”对话框中左侧列表中选择“Model data”（模型数据），在右侧列表中选择For selected set（从选择集），单击“OK”按钮，弹出“Get Data for Selected Entity Set”对话框，提取当前集中的节点Y坐标最大值为MaxY，单击“OK”按钮，如图6-71所示。

图6-71 提取节点最大Y坐标

13）选择“Utility Menu＞Parameters＞Scalar Parameters”命令，弹出“Scalar Parameters”对话框，在“Selection”文本框中输入PRESVAL=100/（MaxY-MinY），输入时不管字母大小写，ANSYS会将输入字母全部转换为大写，单击“Accept”按钮接受，如图6-72所示。单击“Close”按钮关闭对话框。