内容发布更新时间 : 2024/12/23 3:47:40星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
四、结果描述
１、从变形上来看该结构：由于结构受到管道给于的压力，结构的两侧都被挤向中间。 ２、从位移上来看该结构：通过X、Y、Z以及总的位移图来看，最上面的放管道的地方位移较大，而最下面的放管道的地方位移较小。
３、从应力上来看该结构：该结构的最大应力出现在最下面的拐角处，最小应力出现在六个外伸端和下面得固定端。 五、小结
综合结果描述，对该结构提出一些更改的建议，为了减小变形，可以通过在两个斜体之间增加横梁，用以抵抗变形。为了使管道的位移小，在满足需求的条件下，结构的那六个外伸端的位置应设计的尽量低些。为了防止结构出现破坏，可以在最下面的拐角处设计成为弧面，使应力分散，不出现应力集中。通过图形看到，在去掉拐角处的单元后，最大应力出现在结构的最上端，且最大应力减小了30%左右。最小应力出现在六个外伸端和下面的固定端，所以可以考虑设计成为空心，以减小结构重量，但需考虑结构的稳定性，这需要做进一步分析。
13
某椅子的强度和刚度分析（ANSYS建模）
一、问题描述
有种椅子不是“常规”的四条腿支撑的结构，而是如图1-1：
图1-1
这样的结构较美观，且会有较大的竖向和前后方向的变形，因此比“常规”的椅子要舒适些，该结构受力是否合理，能否合理利用材料，正是本题目要分析的内容。 二、几何模型的简化和建立
椅子板上的圆角和自重对结果的影响不大，可忽略不计；椅子腿是一个整体，可用梁单元划分网格，板可用壳单元划分网格。这样可减少计算量、提高计算速度而不至于有大的误差。几何模型中只需要有腿的轴线和板的中面。建模步骤如下：
(1)Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS... 在对话框中输入椅子腿的关键点坐标1(0,0,0);2(0,0,-0.34);3(-0.4,0,-0.38);4(-0.4,0,-0.76);5(0,0,-0.76);6(0,0.2,-0.76)；
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line 顺次连接以上关键点；
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→↗Line Fillet 分别选中椅子腿需要倒角的直线，以0.04的半径倒圆角；
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Reflect→↗Lines 将全部线段关于X-Z平面镜像,至此椅子腿的轴线生成。
(2)Utility Menu→Work Plane→Offset WP to→Keypoints+ 将工作平面移至关键点1, Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→↗On Working Plane 在对话框中输入椅子靠背上的关键点坐标 (-0.05,0.2,0);(-0.05,0.2,-0.3)
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Arcs→↗Through 3 KPs 分别拾取3个关键点以创建靠背的上、下弧线边界；
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗Straight Line 分别连接
14
相关的关键点以生成椅子坐席的边界；
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→↗By Lines 分别拾取三组4条线段生成椅子靠背和坐席；
Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→↗Lines/↗Areas 将椅子腿轴线的各段线段粘结在一起，将椅子坐席的两块面也粘结在一起； 至此，椅子的几何模型已建立，如图2-1
图2-1 几何模型 三、建立有限元模型 (1)定义单元类型
Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete... 选择Beam189(1号)和Shell93(2号)单元；
Main Menu→Preprocessor→Sections→Beam→Common Sections... 在Sub Type中选择空心矩形截面梁，按如下尺寸定义梁截面:W1=0.02;W2=0.03;t1=0.003;t2=0.003;t3=0.003;t4=0.003,将精细度定为4；
Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete... 添加1组实常数，选择shell93单元，将TK(I);TK(J);TK(K);TK(L)均设置为0.005； (2)定义材料属性
Main Menu→Material Props→Material Models... 依次选择Structural→Linear→Elastic→Isotropic建立材料模型，这里定义典型的碳素钢和聚氯乙烯工程塑料分别作为椅子腿和板的材料。1号材料EX=210E9;PRXY=0.27作为碳素钢钢；2号材料EX=4.5E9;PRXY=0.33作为聚氯乙烯； (3)划分网格
Main Menu→Preporcessor→Meshing→Mesh Tool... 在Element Attributes中设置椅子板的材料号为2，单元号为2，实常数号为1；椅子腿的材料号为1，单元号为1； 在Size Control中将椅子板上单元尺寸定为0.02；在Mesh中选择Areas，Shape设置为Quad→Mapped→3or4 sided,对椅子靠背和坐席进行映射网格划分；选择Lines,直接对椅子腿轴线剖分网格；
Utility Menu→PlotCtrls→Style→Size and Shape... 选中[/ESHAPE]以显示单元形状；至此
15
网格划分已完成，网格如图3-1。
图3-1 有限元模型 四、加载和求解
Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→↗On Lines 拾取椅子腿轴线与地面接触的部分，限制All DOF为0；
Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Pressure Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→↗On Areas 拾取椅子坐席中的平面部分，施加-5000的压力；拾取椅子靠背，施加1500的压力（此处取正值时为压）；这里模拟的是约65Kg体重的人双脚完全悬空坐于椅子上并以较大的力靠于靠背上的情形。
Main Menu→Solution→Analysis Type→Sol’n Controls... 在Sol’n Option选项卡中选择PCG求解器;
Main Menu→Solution→Solve→Current LS求解。 五、后处理
Main Menu→General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu... 选择DOF Solution→Z-Component of Displacement 绘制竖向位移云图，如图5-1，同样的方法绘制前后方向位移图，如图5-2；
Utility Menu→Select→Entities... 选择Lines;By Num/Pick,拾取椅子腿对称的一半；然后选择Elements;Attached to Lines,选择已拾取椅子腿上的单元；Main Menu→General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu...选择Stress→Von Mises绘制Mises等效应力图，如图5-3；
Utility Menu→Select→Entities 选择Areas;By Num/Pick;拾取椅子靠背和坐席，然后选择Elements;Attached to Areas选择板上的单元；Main Menu→General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu...选择Stress→1st Principle Stress绘制第一主应力图，如图5-4； Utility Menu→Select→Entities ...选择Lines;By Num/Pick,拾取椅子腿对称的一半；Main Menu→General Postproc→Element Table→Define Table... 单击“Add”，在Item中选择By sequence num→SMISC，分别添加item为SMISC2;SMISC15;SMISC1;SMISC14四组单元列表，然后Main Menu→General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Line Elem Res... 分别设置LabI、LabJ为SMISC1、SIMSC14,缩放系数Fact设置为1，绘制轴力图，如图
16