有限元分析报告大作业

有限元分析》大作业基本要求：

1.以小组为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交；

2.以小组为单位撰写计算分析报告；

3.按下列模板格式完成分析报告；

4.计算结果要求提交电子版，一个算例对应一个文件夹，报告要求提交电子版和纸质版。

有限元分析》大作业

小组成

员：

储成峰李凡张晓东朱臻极高彬月

Job name ：banshou

完成日

期：

2016-11-22

一、问题描述

（要求：应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况

和约束情况。图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。）如图所示，为一内六角螺栓扳手，其轴线形状和尺寸如图，横截面为一外

接圆半径为0.01m的正六边形，拧紧力F为600N，计算扳手拧紧时的应力分布

图1 扳手的几何结构

数学模型

要求：针对问题描述给出相应的数学模型，应包含示意图，示意图中应有必要的尺寸数据；

图 2 数学模型

如图二所示，扳手结构简单，直接按其结构进行有限元分析。

三、有限元建模

3.1 单元选择

要求：给出单元类型， 并结合图对单元类型进行必要阐述， 包括节点、自由度、 实常数等。）

图 3 单元类型

如进行了简化等处理，此处还应给出文字说

扳手截面为六边形，采用4 节点182单元，182 单元可用来对固体结构进行

二维建模。182单元可以当作一个平面单元，或者一个轴对称单元。它由4 个结点组成，每个结点有2 个自由度，分别在x,y 方向。

扳手为规则三维实体，选择8 节点185单元，它由8 个节点组成，每个节点有3 个自由度，分别在x，y，z 方向。

3.2 实常数

（要求：给出实常数的具体数值，如无需定义实常数，需明确指出对于本问题选择的单元类型，无需定义实常数。）

因为该单元类型无实常数，所以无需定义实常数

3.3材料模型

（要求：指出选择的材料模型，包括必要的参数数据。）

对于三维结构静力学，应力主要满足广义虎克定律，因此对应ANSYS中的线性，弹性，各项同性，弹性模量EX：2e11 Pa, 泊松比PRXY=0.3

3.4几何建模由于扳手结构比较简单，所以可以直接在ANSYS软件上直接建模，在ANSYS建

立正六

边形，再创立直线，面沿线挤出体，得到扳手几何模型

图4 几何建模

3.5网格划分方案

（要求：指出网格划分方法，网格控制参数，最终生成的单元总数和节点总数，此外还应附上最终划分好的网格截图。）

图5 网格划分

设定截面每条边线分割份数为3，单元边长为0.01 ，采用映射的划分单元方法最大节点数为2145，单元总数为1000，网格划分如图4 所示

3.5载荷及边界条件处理

（要求：指出约束条件和载荷条件。）

四、计算结果及结果分析

（要求：此处包括位移分析、应力分析、支反力分析等，应附上相应截图及数据，此外还应对正确性进行分析评判。）

。

变形图：

如图7 所示，根据材料力学相关分析初步判断，扳手手柄朝力的方向一定的弯曲变形。

图7 变形图位移分析：

如图8 所示，扳手手柄向力的方向位移，位移最大在手柄处节点，最大位移：0.514E-03m

图8 位移图

应力分析：

如图 9 所示，根据材料力学分析，应力主要集中在扳手的弯角处，最大应力：

0.146E+09Pa

附件 1：小组成员工作说明

（要求： 明确说明小组各个成员在本次大作业中所做的工作， 工作内容将作为口试提问的依 据之一， 同时也作为成绩评定的依据之一。 需注意，附件 1 的撰写应由小组成员共同完成。 ） 储成峰：启动 ANSYS 程序，定义分析类型，单元类型。 张晓东：材料属性，创建几何模型，划分网格。 朱臻极：添加约束，添加载荷。

李凡：处理变形图，应力图，位移图。

高彬月： 计算结果及结果分析， 文档的整理。

附件 2：详细的计算过程说明（按照上机指导的格式撰写）

1. 启动 ANSYS 程序

开始 — —所 有程序 — — ANSYS ED — — ANSYS Product Launcher — — Simulation

Environment 下拉框中选择 ANSYSE D ， Product 下拉框中选 ANSYSE D ； File Management 选

项图 9 应力图

卡：设置Working Directory 和Job Name 命名为banshou ——Run。

2.设定分析类型

Main Menu ——Preferences ——Structural ——OK。

3.定义单元类型

Main Menu——Preprocessor ——Element Type——Add——Structural Solid ，Quad4 Node182 ——Apply —Brick 8node 185--OK 。

4.定义材料属性

Main Menu——Preprocessor ——Material Props ——Material Models ——Structural ——Linear ——Elastic ——Isotropic ——EX=2e11，PRXY=0.3.

5.创建正六边形

拾取菜单main menu —preprocessor —modeling —creat —areas —polygon —hexagon，在wpx，wpy，radius 文本框中分别输入0,0,0.01 。

6.改变视点

拾取菜单uility menu —plotctrls —pan zoom rotate ，单击iso ，fit 。

7.显示关键点，线号

拾取菜单uility menu —plotctrls —numbering ，把关键点和线号打开，单击ok。

8.创建关键点

拾取菜单main menu —preprocessor —modeling —creat —keypoints —in active cs ，在npt 输入7，x，y，z ，输入0,0,0 ，单击apply ，在npt 中输入8，x ，y ，z，输入0,0,0.05, 在npt 中输入9，x，y，z，输入0,0.1,0.05 ，单击ok。

9.创建直线

拾取菜单main menu —preprocessor —modeling —creat —lines —lines —straight line ，选取关键点7,8 和8,9 创建两条直线。

10.创建圆角

拾取菜单main menu—preprocessor —modeling —creat —lines —linesfillet ，拾取直线7,8 单击ok ，在rad 输入0.015

11.创建直线

拾取菜单main menu —preprocessor —modeling —creat —lines —lines —straight line ，选取关键点1,4 ，创建直线。

12.将六边形划分为两部分

拾取菜单main menu —preprocessor —modeling —operate —Booleans —divide —area by line ，分别拾取六边形面和1,4 间的直线。

13，划分单元

拾取菜单main menu—preprocessor —meshing —meshtool ，单击size controls 的lines 后的set ，拾取直线2,3,4 ，单击ok，在NDIV 文本框中输入3，单击apply ，再次拾取直线

7,9,8 单击ok，删除NDIV文本框中的3，在SIZE 文本框中输入0.01 ，单击ok，在mesh 区域中选择单元形状为quad，选择划分单元的方法为mapped，单击mesh，弹出拾取窗口，拾取六边形面的两部分，单击ok

14，由面沿直线挤出体

拾取菜单main menu —preprocessor —modeling —operate —extrude —areas —alonglines ，分别拾取六边形面的两部分和直线7,9,8

15，清除面单元

拾取菜单main menu—preprocessor —meshing —clear —areas ，拾取z=0 的两个面，点击ok

16 . 施加约束

拾取菜单main menu —solution —defineloads —apply —structural —displacement —on areas ，弹出拾取窗口，拾取z=0 的两个平面，单击‘ ok'，在列表中选择“ ALLDOF”单击“ ok ”

拾取菜单main menu —solution —define loads —apply —structural —force/moment —on keypoints, 弹出拾取窗口，拾取扳手长臂端面的六个顶点，单击ok ，选择lab 为fx ，

在value 文本框中输入100，单击ok 。

17，求解

拾取菜单main menu —solution —solve —current ls —点击solve current load step 中的ok ，出现solution is ok ，可以查看结果

18，后处理

（1）变形图

Main menu ——General Postproc ——Plot Result ——deformed shape

（2）应力图

Main menu ——General Postproc ——Plot Result ——contour plot ——Nodal solution ——von mises stress

（3）位移图

Main Menu → General Postproc → Contour Results → Nodal Solution →（Contour Nodal Solution Data 对话框）DOF Solution → Displacement vector sum→ OK。