有限元分析及应用报告-利用ansys软件分析带孔悬臂梁.

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1、ANSYS13有限元分析及应用报告题目：利用ANSYS软件分析带孔悬臂梁姓名：xxx学号：xxx班级：机械xxx学院:机械学院指导老师：xxx二零一五年一月13/14ANSYS13一．问题概述图示为一隧道断面，其内受均布水压力q，外受土壤均布压力p；试采用不同单元计算断面内的位移及应力，并分别分析q=0或p=0时的位移和应力分布情况。(材料为钢，隧道几何尺寸和压力大小自行确定)本例假定内圆半径为1m，外圆半径为2m，外受均布压力p=10000pa，内受均布压力为q=20000pa。二．问题分析由题

2、目可知，隧道的的长度尺寸远远大于截面尺寸，并且压力在长度方向上均匀分布，因此本问题可以看作为平面应变问题。由于在一个截面内，压力沿截面四周均匀分布，且截面是对称的圆环，所以可以只取截面1/4进行有限元建模分析，这样不仅简化了建模分析过程，也能保证得到精确的结果。由以上分析，可以选取单元类型plane42进行有限元分析，在option中选择K3为planestrain。13/14ANSYS13三．有限元建模1．设置计算类型由问题分析可知本问题属于平面静应力问题，所以选择preferences为str

3、ucture。2．单元类型选定选取平面四节点常应变单元plane42，来计算分析隧道截面的位移和应力。由于此问题为平面应变问题，在设置elementtype的K3时将其设置为planestrain。3．材料参数隧道的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.34．几何建模按照题目所给尺寸利用ansys的modeling依次建立keypoint：1(0,0),2(1,0),3(2,0),4(0,2),5(0,1)，createLINES依次连接keypoint2、3和4、5即可

4、创建两条直线，使用createarticle的Bycent&radius创建两条圆弧。createAREAS依次选择四条线即建立了所需的1/4截面。5．网格划分13/14ANSYS13划分网格时，拾取四条边进行SizeControl，设定NDIV为20；选择网格划分方式为quad和Mapped。下图3-1是单元类型为plane42的有限元网格模型。图3-1plane42网格，400个单元,441个节点数6．定义约束和载荷由于本例所取的为1/4截面，所以约束为水平变UY,垂直边为UX。设置约束方法为

5、点击displayment拾取水平边UY约束，垂直边UX约束。施加载荷分别作用在内圆弧和外圆弧上，大小分别为20000pa和10000pa。点击pressure后选择相应边并输入载荷大小即可。一．计算求解13/14ANSYS13在划分网格施加载荷和约束后，点击solution的solve即可进行计算求解，结果分析时主要关注最大位移、最大应力及其位置，应力分析采用等效应力vonmisesstress。1.p=10000pa,q=20000pa。图4-1受载变形图，最大位移0.06um13/14ANS

6、YS13图4-1节点位移云图，最大位移0.06um图4-3等效应力分布云图，最大应力在内圆附近为22892.9pa1.p=0pa,q=20000pa。13/14ANSYS13图4-4受载变形图，最大位移0.18um图4-5节点位移云图，最大位移0.18um13/14ANSYS13图4-6等效应力分布云图，最大应力在内圆附近为45615pa1.p=10000pa,q=0pa。13/14ANSYS13图4-7受载变形图，最大位移0.11um图4-8节点位移云图，最大位移位于内圆附近0.11um图4-3

7、等效应力分布云图，最大应力在内圆附近为23415pa4.将以上三组分析结果整理成数据表13/14ANSYS13载荷单元数节点数最大位移(um)最大应力Pap=10000paq=20000pa4004410.0622892p=0paq=20000pa4004410.1845615p=10000paq=0pa4004410.1123415一．结果分析由以上各图和数据表可知，（1）在不同的载荷情况下，最大位移和最大应力均分布在内圆附近，因此可以得出结论，在圆环型隧道不管受内外压力分布如何，总是在内部的应

8、力和变形最大。 （2）由三组分析对比可知，在内外均分布有压力时，变形和内部应力相对较小，而只有一边受载的情况下，变形和应力相对增大。二．结论和体会1.在解决一个实际工程应用问题中，学会根据索要研究的对象，利用对称、载荷均布等条件简化模型，再进行建模分析。2.利用sizecontrol进行网格划分尺寸和单元数控制，利用mapped方法进行划分网格，能使网格的形态更加合适使得到的结果更准确。三．附录（操作步骤）1进入ANSYS2设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferenc