[原创]薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定实验与ANSY分析

2017-03-07  by:CAE仿真在线  来源:互联网

导读:薄壁圆筒在弯扭组合变形下的主应力,如何使用电测法进行测试?怎样使用ANSYS进行分析计算?ANSYS计算得出的数值解,与理论解和测试值对比,误差大么?

一、问题描述

AB段为薄壁圆筒,在扇臂AC的端部C点受集中力P作用,分析薄壁圆筒L1和L2处的主应力。

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二、实验测试

本实验名称是“薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定实验”,用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向。

材料力学多功能实验架

薄壁圆筒测试点

接线方式

接线方式

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三、实验测试值、解析解和ANSYS解

表中ANSYS解和实验测试值,是与解析解比较的误差。请分析实验误差产生的原因。

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四、理论计算

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五、GUI步骤

1.进入ANSYS

程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改变working directory到指定文件夹 → 在jobname输入:file→ Run。

2.定义单元属性

(1)定义单元类型:MainMenu >Preprocessor >Element Type >Add/ Edit/ Delete →Add →在左列表框中选择Beam,在右列表框中选择2 node 188→OK。

(2)定义截面:MainMenu >Preprocessor >Sections >Beam >Common Sections →ID:1,在Sub-Type下拉框选择圆形截面:Ri:17.9;Ro:20;N:40 → Meshview →OK。

(3)设置材料属性:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural→ Linear → Elastic → Isotropic → EX:2.06E5(弹性模量);PRXY:0.26(泊松比) → OK。

3.建立几何模型

(1)生成关键点:MainMenu >Preprocessor >Modeling >Create >Keypoints >In Active CS →依次输入关键点的编号和坐标:1 (0,0,0),2(190,0,0),3(240,0,0),4(300,0,0)→OK。关键点2和3是对应的两个截面。

(2)创建直线:MainMenu> Preprocessor> Modeling> Create> Lines> Lines> Straight Line →依次拾取关键点1和2,2和3,3和4,创建3条直线→OK。

4.划分网格

(1)设置线的单元属性:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在ElementAttributes下方选择Lines Set→ 拾取线1→OK→选择MAT:1,TYPE:1,SECT:1→OK。

(2)设置单元尺寸:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在SizeControls下方选择Global Set →SIZE:20→OK。

(3)划分梁单元:Main Menu>Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →Mesh:Lines→ Mesh → Pick All。

(4)打开梁单元的单元形状:UtilityMenu >PlotCtrls >Style >Size and Shape →[/ESHAPE]: On。

(5)显示单元:UtilityMenu > Plot > Element。

5.施加边界条件

(1)施加约束:Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Keypoints → 拾取关键点4 → OK → Lab2:All DOF→ OK。

(2)施加载荷:Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Force/Moment> On Keypoints → 拾取关键点1 → OK → Lab:MX;VALUE:100*250 →Apply,拾取关键点1 → OK → Lab:FY;VALUE:-100→ OK。

(3)求解前保存模型:UtilityMenu > Files > Save as → 输入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)保存结果文件:UtilityMenu > Files > Save as → 输入Solve.db→ OK。

7.后处理

(1)查看m截面的的应力

①画线:Utility Menu>Plot>Line。

②选择线:Utility Menu>Select >Entities→ 见下图 →OK →拾取线L1→ OK。

③选择线之下:Utility Menu>Select> Everything Below> Selected Lines。线之下包括线和关键点,还有由线生成的单元和节点。

④显示单元:UtilityMenu >Plot >Elements。

⑤查看应力:MainMenu >General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solution>Stress

→X-Componentof stress。弯矩引起的正应力。结果是在在单元坐标系,轴向为X轴。

→XYShear stress或者XZ Shear stress。扭矩引起的切应力。XY切应力的说明:X表示与X轴垂直的面内(m截面),沿Y方向的切应力。

→1stPrincipal stress。第1主应力。

→3rdPrincipal stress。第3主应力。

⑥查询薄壁圆筒表面的主应力:Main Menu >General Postproc >Query Results> Subgrid Solu> Stress> 3rd principal S3> OK →勾选Generate 3D Anno→ OK→ 拾取上表面的点→ OK。

同理,查看另一个截面的应力。

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六、APDL步骤

/PREP7

ET,1,BEAM188 !单元类型

KEYOPT,1,3,3

SECTYPE, 1, BEAM, CTUBE, , 0 !截面属性mm

SECOFFSET,CENT

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

MP,EX,1,2.06e5 !材料属性MPa

MP,PRXY,1,0.26

K,1,,,, !创建点mm

K,2,190,,,

K,3,240,,,

K,4,300,,,

LSTR,1,2 !创建线mm

LSTR,2,3

LSTR,3,4

LATT,1,,1, , , ,1 !线的单元属性

LESIZE,ALL,20,, , , , , ,1 !线的单元属性

LMESH,ALL !线分网

FINISH

/SOL

DK,4,ALL !施加位移约束

FK,1,FY,-100 !施加载荷

FK,1,MX,100*250 !施加扭矩

SOLVE !求解

FINISH

/POST1

LSEL,S,, , 1 !选择线1或线2

ALLSEL,BELOW,LINE !线之下

PLNSOL,S,1, 0,1.0 !显示第1主应力

PLNSOL,S,3, 0,1.0 !显示第3主应力

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