图1为一个承受内压的薄板,在其中心位置有一个小圆孔,相关的结构尺寸参考图1所示。
材料属性:弹性模量E=2e11Pa,泊松比为0.3。
拉伸载荷为:q=3000Pa。
平板的厚度为:t=0.01mm。
通过简单力学分析,该问题属于平面应力问题,又因为平板结构的对称性,所以只要分析其中的1/4即可,如图2所示。
图1 板的结构示意图图2 有限元分析见图一、前处理(1)定义工作文件名:Utility Menu> Jobname,弹出如图3所示的Change Jobname 对话框,在Enter new Jobname后面的输入栏中输入Plate,并将New Log and error files复选框选为yes,单击OK。
图3 定义工作文件名对话框(2)定义工作标题:Utility Menu> Title,在出现的对话框中输入The Analysis of Plate Stress with small Circle,单击OK。
图4 定义工作标题对话框(3)重新显示:Utility Menu>Plot>Replot。
(4)关闭三角坐标符号:Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Window options,弹出一个对话框,在Location of triad 后面的下拉式选择框中,选择Not Shown,单击OK。
(5)选择单元类型:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,弹出Element Type对话框,单击Add按钮,又弹出如图5所示的Library of Element Types对话框,在选择框中分别选择Structural Solid和Quad 8node 82,单击OK,然后单击Close。
图5 选择单元类型对话框(6)设置材料属性:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models,弹出如图6所示的Define Material Model Behavior对话框,在Material Model Available下面的选择栏中,双击打开Structural>Linear>Elastic>Isotr-opic,又弹出Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框,在EX后面的输入栏中输入2e11,在PRXY后面的输入栏中输入0.3,单击OK,然后单击菜单栏上的Material>Exit选项,完成材料属性的设置。
图6 定义材料属性对话框(7)生成一个矩形面:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions,弹出如图7所示的Create Rectangle by Dimensions对话框,在坐标栏中依次输入X1=0,X2=10,Y1=0,Y2=10,如图中所示,单击OK。
图7 生成矩形面的对话框(8)生成一个小圆孔:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circle,弹出如图8所示的Solid Circular Area对话框,在WP X后面的输入栏中输入0,在WP Y后面的输入栏中输入0,在Radius后面输入栏中输入5,单击OK,生成的结果如图9所示。
图8 生成圆面对话框 图9 生成的圆面和矩形面的结果显示(9)打开面编号控制:Utilitu Menu>PlotCtrls>Numbering ,弹出如图10所示的Plot Numbering Controls 对话框,单击AREA Area nembers 后面的单选按钮使其显示为On ,单击OK 。
图10 面编号控制对话框(10)进行面相减操作:Main Menu>Preprocessor>Operate>Booleans>Subtract>Areas,弹出一个拾取框,在图形上拾取编号为A1的面,单击OK,然后再拾取编号为A2的圆面,单击OK。
(11)编号压缩设置:Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers,弹出如图11所示的Compress Numbers对话框,在Label Item to be compressed 后面的下拉式选择框中选择All,单击OK。
图11 编号压缩对话框(12)重新显示:Utility Menu>Plot>Replot。
(13)保存几何模型:单击工具栏上的Save_DB按钮。
(14)设置网格的尺寸大小:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Golbal-Size,弹出一个如图12所示的Global Element Size 对话框,在SIZE Element edge length后面输入栏中输入0.5,单击OK。
图12 设置单元尺寸大小的对话框(15)打开关键点编号控制:Utility Menu>PlotCtrls>Numbering,弹出如图10所示的Plot Numbering Controls对话框,单击KP Keypoint numbers后面的单选按钮使其显示为ON,单击OK。
(16)网格划分:Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,弹出如图13所示的M而是Tool对话框,在Shape后面的单选按钮中分别选中Quad和Mapped,在其下拉式选择框中选中Pick corners,单击Mesh按钮,又弹出一个拾取框,在图形上拾取编号为A1的面,单击OK,再次弹出一个拾取框,在图形上依次拾取编号为3、5、4、1的关键点,单击OK,则生成的网格如图14所示。
图13 网格划分工具栏图14 生成的单元网格结果显示二、求解(1)打开线编号显示:Utility Menu>PlotCtrls>Numbering,弹出如图15所示的Plot Numbering Controls对话框,单击LINE line numbers后面的单选按钮使其显示为On,单击OK。
图15 施加边界条件的对话框(2)施加约束条件:Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structrual>Displacement>On Lines,弹出一个拾取框,在图形上拾取编号为L5的线,单击Apply按钮,弹出如图16的Apply U,ROT on lines对话框,在DOFs to be Constrained后面的选择栏中选择UX项,单击对话框上的Apply 按钮,然后又弹出一个拾取框,在图形上拾取编号为L4的线,单击OK,又弹出如图17的对话框,在在DOFs to be Constrained后面的选择栏中选择UY项,单击OK。
(3)施加载荷:Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structrual>Pressure>On lines,弹出一个拾取框,在图形上拾取编号为L3的线,单击OK,又弹出如图18的Apply PRES on lines对话框,在Loads PRES value后面的输入栏中输入3000,单击OK。
图16 施加载荷的对话框图17 施加载荷的结果显示(4)求解:Main Menu>Solution>Solve>Current LS,弹出一个信息提示框和对话框,浏览完毕后单击,单击对话框上的OK,开始求解运算,当出现一个Solution is done 的信息提示框时,单击Close按钮,完成求解运算。
(5)保存分析结果:Utility Menu> as,弹出一个对话框,输入Plate_Resu,单击OK。
三、后处理(1)位移云图显示:Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot,在Item,Comp Item to be contoured后面的左栏中选择DOF Solution,在右栏的选择栏中选中Translation USUM,在KUND Item to be Plotted后面的单选按钮处选中Def+Undeformed,单击OK,生成结果如图18所示。
图18 位移云图的结果显示(2)列表节点的应力分量:Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution,弹出一个如图19所示的List Nodal Solution对话框,在Item to be listed后面的选择栏中选择Stress,在其右边的栏中选择Components SCOMP,单击OK,这是每个节点角节点的6个应力分量将以裂变的方式显示出来,如图20所示。
单击列表窗口上的 as选项,用户可将它作为一个文本文件保存。
图19 列出节点结果选项对话框图20 单元角节点的6个应力分量的结果显示(3)浏览节点上的Von Mises应力值:Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour plot>Nodal Solu,弹出如图21所示的Contour Nodal Solution Data对话框,在Item to be contoured后面的做栏中选择Stress,在右边栏中选择Von Mises SEQV,单击OK,生成结果如图22所示。
图21 节点应力云图设置对话框图22 节点的Von-Mise应力云图显示(4)设置扩展模式:Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>Periodic/cyclic Symmetry Expansion,弹出如图23所示的Periodic/Cyclic Symmetry Expansion对话框,单击选中1/4Dihedral Sym,单击OK,生成的结果如图24所示。