带孔的悬臂梁有限元分析下图所示为带方孔（边长为80mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）问题分析：1.该问题属于平面应力问题。

分析类型为静力分析。

2.初步判断孔的上边受拉力，下边受压力。

3.其最大位移发生在受力部位。

4.经查询资料，该悬臂梁材料为钢。

其45号钢。

E=210GPa.泊松比V=0.37一进入ANSYS例如在D盘建立一名为lianxi的文件夹，工作文件名为xuanbiliang。

然后运行开始——>程序——>ANSYS11.0.0——> Ansys Product Launcher→file Management →select Working Directory: D:\lianxi，input job name: xuanbiliang→Run 二建立几何模型1.首先设置优先权1))Main Menu：Preferences2)在弹出的对话框中将“Structural”选项选中。

按下OK按钮完成操作并关闭对话框2.建立模型。

1. Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→keypionts→in active cs.2. 创建关键点在打开的对话框里面分别输入要建立模型的关键点，在上面的输入框里面输入关键点的编号，下面的三个输入框内输入其坐标。

为1（0，0，0）2（0，500，0）3（900，250，0）4（450，500，0）5（900，500，0）如下3.创建悬臂梁面积。

Main Menu：Preprocessor→Modeling→Create→Areas→arbitary→Though kps.分别选中图上的1-5点，点击OKSA VE-DB4. 创建方孔的坐标点先创建方孔的坐标。

6（243.5，250，0）7（300，306.5，0）8（356.5，250，0）9（300，193.5，0）。

5.创建方孔的各条线。

然后将各个点用直线连接起来。

Main Menu：Preprocessor-Modeling-Create-lines-lines-straight line.然后选中6，7两点，点击apply。

依次将各点用直线连接起来，如下图6.创建方孔面积。

Main Menu：Preprocessor-Modeling-Create-Areas-arbitary-by lines.选中各点连接起来的L6,L7,L8,L9.点击ok.5创建方孔，进行布尔运算。

Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Areas.首先选中大的悬臂梁区域。

Apply.再选中方孔区域，OK!如下图SA VE-DB三定义材料特性1．Main Menu：Preprocessor→Material Props---→Material Models。

2．在材料特性定义窗口中选择：Structural—>Linear—>Elastic—>Isotropic。

3．在EX栏内输入2.1e5（弹性模量）。

4．在NUXY栏内输入0.27（泊送比）。

5. 按下OK按钮完成操作并关闭对话框。

四划分网格1.定义单元类型及其选项1)Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete。

2)按下Add按钮来打开添加单元类型对话框。

选中Element Types左框内选择Structural Solid。

右边框内选中Quad 8node 82 OK 关闭Element Types对话框。

3)设置为带厚度的平面问题。

Main Menu：Preprocessor→ElementType→options→在Element behavior K3 后的选项栏内选择Plane strs w/thk.2.定义常数Main Menu：Preprocessor→Real Constants。

按下Add按钮。

1)在出现的Element Type for Real Constants窗口中，选择单元类型Type 1 PLANE82，并按下OK按钮。

2)在THK编辑框内输入厚度值1。

按下OK按钮关闭对话框.3）SA VE-DB3划分网格1)在划分网格之前，需要对单元的属性进行指定。

Main menu→preprocessor→meshing→mesh attributes→default attribs..2)以上的对话框操作用于设置缺省状态下的单元属性。

对话框的左边的可以看到与对话框等价的5条命令。

在TYPE(设置单元类型)后选择1 SHELL63 ;MAT(选择材料模型类型)后选择1；REAL（选择实参数组合类型）后选择1.3)对网格的密度进行设置。

Main Manu-preprocessor-Meshing-Meshtool 点击Global后的Set按钮。

对单元的长度进行定义。

在Meshtool 对话框内有shape选项。

ANSYS前处理程序提供了自由网格（Free）以及映射网格（Mapped）.映射网格一般要比自由网格规整一些。

但划分映射网格需要满足一些条件。

a)此面必须由3或4条线围成。

b)在对边上必须有相等的单元划分数。

c)在对面和侧面上所定义的单元划分数必须相等。

故对于本分析来说，单元划分应该是自由网格划分。

选Free.4）点击Mesh.在弹出的Mesh Areas上点击pick all.5）显示单元与节点编号。

Plotctrls→numbering→将NODE项打开。

并在Elem/Attrib numbering 后的下拉菜单框内选择Element numberings.4 关闭Mesh tool对话框。

SA VE-DB4. 施加载荷1应用位移约束条件如题意所示，该悬臂梁受约束。

其上端右半部分受到均布载荷。

1)Main Menu：Solution—>Define Loads—>Apply—>Structural—>Displacement—>On Lines。

2)选择悬臂梁的左边。

3)在按下选择菜单上的OK按钮。

4)选择All DOF（所有自由度）项。

5)在编辑框内输入0作为位移值。

6)按下OK按钮。

7)Utility Menu：PlotLines。

8)Toolbar：SA VE_DB。

2.施加压力载荷。

1．Main Menu：Solution—>Define Loads—>Apply—>Structural—>Pressure—>On Lines。

2.选择悬臂梁上端右边的线3.按下选择菜单中的Apply按钮。

4.在V ALUE后的输入框内输入100005. 按下对话框中的Apply按钮。

6．按下OK按钮关闭对话框。

7．Toolbar：SA VE_DB。

五求解1.进行求解Main Menu：Solution-Solve-Current LS。

上步操作后，屏幕上出现一个状态窗口。

浏览窗口内的信息，然后选择File菜单内的Close 项关闭该窗口。

按下OK按钮，开始求解。

关闭求解结束时出现的信息窗口。

六观察结果1.进入后处理器并读入计算结果Main Menu：General Postproc →Read Results→First Set。

2. 绘制位移云图1．M ain Menu：General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu2．选择DOF solution, Displacement vector sum→在Undisplaced shape key 后选择Deformed shape with undeformed edge（包括变形前和变形后）→OK3.绘制von Mises等效应力云图1 Main Menu：General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu。

2.选择STRESS项下的von Mises stress. 在Undisplaced shape key 后选择Deformed shape with undeformed edge（包括变形前和变形后）→OK可分别查看在X方向和Y方向的位移。

X方向应力图Y方向应力由上图可知，悬臂梁在小孔处有应力集中。

对第二种模型进行建模分析。

建模方法与上述一致。

在计算后，有等效位移云图为应力分布图X方向应力图Y方向应力图当小孔的形状变成圆孔时。

得出的分析结果有等效位移分布图等效应力分布图X方向应力分布图Y方向位移分布图八总结对三种情况进行比较，可知在开孔处都有集中应力。

但由于孔的形状不同或同一种形状不同位置，都会使开孔处的集中应力受到影响。

梁的最大位移处均发生在梁的自由端。

通过数据分析对比：模型孔的类别最大位移(mm) 最大拉应力(Mpa) 最大压应力(MPa) 一转动的方孔0.635565 131.44 78.722二正置方孔0.638331 132.013 81.260三圆孔0.682792 133.720 110.194说明开孔的形式对应力集中有着明显的影响。