帶孔平板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析

今天介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)力分析實(shí)例,幫助同學(xué)們初步了解WELSIM建模和分析的基本步驟,掌握應(yīng)力問題的分析方法。在軟件安裝以后,會(huì)在安裝目錄中的data文件夾中找到幾何文件planeWithCornerHole3d.step。

問題的描述

一個(gè)承受拉力的平板,在其中心位置有一個(gè)小圓孔,結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。要求分析圓孔應(yīng)力集中處的Mises應(yīng)力。材料屬性: 彈性模量 E= 200GPa, 泊松比為0.33。拉伸載荷: p=100 MPa。平板厚度: 5。

提示: WELSIM中的量都沒有單位,用戶應(yīng)自己保證量綱的一致性。

建模要點(diǎn)

1) 通過簡(jiǎn)單的力學(xué)分析,可以知道該問題屬于平面應(yīng)力問題,在WELSIM里面不做簡(jiǎn)化,還是用3D實(shí)體單元分析。

2) 基于結(jié)構(gòu)和載荷的對(duì)稱性,可以只取模型的1/4進(jìn)行分析。

啟動(dòng)WELSIM

有以下兩種方法,可以任意選一種。

1. 雙擊桌面WELSIM v1.0的快捷方式圖標(biāo)。

2. 在Windows操作系統(tǒng)中選擇:[開始]->[程序]->[WELSIM]->[WELSIM v1.0]。

啟動(dòng)WELSIM后,出現(xiàn)程序的主窗口界面。在窗口的頂端位置的工具欄點(diǎn)擊 “New”按鈕,如果您使用的是已經(jīng)激活授權(quán)的版本,就會(huì)建立一個(gè)初始化的項(xiàng)目。如下圖所示:

導(dǎo)入部件

在工具欄中點(diǎn)擊”Import”按鈕

網(wǎng)格劃分

WELSIM v1.0采用全自動(dòng)網(wǎng)格劃分的方式。用戶可以控制網(wǎng)格密度和單元類型。這里我們?cè)O(shè)置最大單元尺寸”Maximum Size”為2,其他不做修改。

點(diǎn)擊工具欄中的網(wǎng)格劃分按鈕

施加邊界條件

接下來(lái)我們施加三個(gè)邊界條件,1個(gè)表面拉力,2個(gè)用來(lái)支撐對(duì)稱關(guān)系的位移約束。

1) 在工具欄中點(diǎn)擊“Add Pressure”按鈕,在其屬性窗口中設(shè)置施加的面,壓力大小,和方向。這里我們?cè)赬方向上給與 1e8的拉力。施加壓力后圖形會(huì)以高亮和文字顯示出來(lái)。

2) 在工具欄中點(diǎn)擊“Add Displacement”按鈕施加位移約束。在屬性窗口中設(shè)置施加表面和位移約束方向。給位移節(jié)點(diǎn)命名“Displacement_Y”,并施加在物體底部,設(shè)置Y和Z方向的位移為0。

3)在工具欄中點(diǎn)擊“Add Displacement”按鈕施加第二個(gè)位移約束。新的位移命名為“Displacement_X”并施加在物體左側(cè),設(shè)置X和Z方向的位移為0。

求解

當(dāng)邊界條件設(shè)置完畢以后,即可以點(diǎn)擊工具欄中的求解按鈕

進(jìn)行計(jì)算。

結(jié)果顯示

WELSIM v1.0當(dāng)前支持位移,應(yīng)力,和應(yīng)變?nèi)N最常用的結(jié)果。當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊樹狀窗口的”Answer”節(jié)點(diǎn)時(shí),點(diǎn)擊工具欄上的讀取全部結(jié)果”Evaluate all results”按鈕

。就可以查閱并分析結(jié)果了。下面分別是系統(tǒng)預(yù)制的結(jié)果顯示。

1) 全變形 (Total Deformation):

2) Von-Mises 應(yīng)力

3) Von-Mises 應(yīng)變

如果想查看其他結(jié)果,比如X方向上的正應(yīng)力,可以從工具欄中添加一個(gè)應(yīng)力結(jié)果節(jié)點(diǎn)“Create stress result”

然后右鍵點(diǎn)擊“Stress XX”或者在工具欄中選擇讀取結(jié)果”Evaluate Result”

,即可顯示正應(yīng)力X方向上的結(jié)果云圖。結(jié)果如下:

獲得應(yīng)力和變形值以后,一個(gè)基本的孔板分析也就完成了。這里我們最大的von-Mises應(yīng)力是2.79e8,結(jié)合材料的許用應(yīng)力,我們就知道設(shè)計(jì)是否合理了。