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1、题目：试分析图1薄壁圆筒在载荷作用下的应力和应变（载荷个数、大小、薄壁圆的参数自己选择）。图1 薄壁圆筒受力分析1.三维建模3D模型是对部件进行分析和改进的结果，模型建立的越精确，有限元分析中的网格划分也就越细致，那么得到的结果相应的也就更加的准确，考虑到薄壁圆筒的结构性，将其适当的简化，用SOLIDWORKS建模（如图2）。 其中:外圆柱直径为100mm,高度为20mm,中间圆柱直径为70mm,高度为90mm,孔的直径为66mm,为通孔. 图2 薄壁圆筒三维模型考虑到ANSYS和SOLIDWORKS有很多数据接口，例如IGES,PARA,以及SAT等等，为了保证零件导入的完整性，选择另存为P
2、ARASOLID（*.x_t）文件，在将其导入ANSYS中的workbench协同仿真环境中。2.有限元分析2.1定义单元的属性1） 定义材料属性：选择菜单Toolbox：Static Structural(ANSYS)Project SchematicEngineer DataEditViewOutline在材料属性窗口Material选择Structural Steel，ViewProperties 在弹出的对话框中设置Youngs Modulus（弹性模量）为2E11，Poissons Ratio（泊松比）为0.3，density（密度）为7850，单击OK即可。2） 导入模型：选择菜单
3、Static Structural(ANSYS)：GeometryImport GeometryBrowse 将之前存入的PARASOLID（*.x_t）文件导入环境中，并且选择单位为Millimeter(毫米)。3） 定义单元的类型：ANSYS 提供了190 多种不同的单元类型, 从普通的线单元、面单元、实体单元到特殊的接触单元、间隙单元和表面效应单元等。选择合适的单元类型是进行各类有限元分析的基础, 在满足计算精度的同时可以有效的简化单元划分的难度。实体单元类型也比较多, 实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45, solid92, solid185,
4、solid187 等几种。4） 在此, 选择单元类型为Solid185, 因为Solid185 单元是3 维8 节点实体, 该单元用来模拟3 维实体, 由8 个节点定义, 每个节点3 个自由度: X ,Y, Z 方向. 具有塑性, 超弹性应力, 超大许用应变, 大变形, 大应变能力(如图3）。选择菜单Static Structural(ANSYS)：ModelGeometrySolidInsetCommand 在右方出现的命令栏中输入et,matid, 185,回车确定。即选择单元类型为三维实体单元Solid 185. 图3 SOLID185几何图形2.2 网格划分 有限元网格数目过少，容易产
5、生畸变，并影响计算精度；而数目过大，不仅对提高精度作用不大，反而大大增加了计算工作量. 1）可以采用ANSYS WORKBENCH提供的mesh网格划分工具生成有限元模型。 2）在detail of mesh（划分细节）中选择Sizing，将Use Advanced Size Function项改为Proximity and Curvature，将Relevance Center项改为fine。 3）选择菜单MODEL，Mesh ControlMapped Face Meshing，选中实体准备行映射网格划分。 4）选择菜单MODEL，MeshGenerate mesh进行网格划分（如图4）。
6、图4 网格划分划分网格后生成：节点数32334个，(如图5所示)单元数19088个（如图5所示)。图5 Statistics2.3添加约束和载荷1） 添加约束 ：选择菜单MODEL：Static StructuralInsetFixed Support，选择薄壁圆筒的左端面，在下方工具栏中 Details of Fixed SupportScopeGeometry,选择Apply。2） 添加载荷：选择菜单MODEL：Static StructuralInsetMoment，选择薄壁圆筒右端圆柱面，在下方工具栏中 Details of MomentDefinitionDefine byCompo
7、nentsGlobal Coordinate SystemX Component，输入扭矩值为1000N.m点击确定即可（如图6）。 图6 添加约束和载荷2.4 求解选择菜单MODEL：Static Structuralsolve，即可对上述设定进行求解。3. 结果处理 1)选择菜单MODEL：Static StructuralSolutionInsetStressEquivalent(von-mises),显示节点应力云图（如图7，8所示）。 2）选择菜单MODEL：Static StructuralSolutionInsetStainEquivalent(von-mises),显示薄壁圆筒
8、应变分布图（如图9所示）。 3）选择菜单MODEL：Static StructuralSolutionInsetDeformationTotal绘制变形图（如图10所示）。 4) 选择菜单MODEL：Static StructuralSolutionEvaluate All Results将三种图的结果进行处理。此处红色区域为应力最大值所在图7 节点（von-mises）应力图图8 薄壁圆筒应变分布图图9薄壁圆筒变形图4. 有限元静力学分析 根据计算结果，统计数据如表1所示：表1：应力和应变极值类型MINMAX应力144871.6469e8应变7.2434e-8Pa8.2347Mpa变形量0m0.00017195m由图7,8可看出主体钢结构的等效应力分布比较散，虽然处于材料Q235的安全工作范围内，满足强度要求。图7显示，最大应力发生在横截面尺寸不同的两面交接处，等效应力值为35.992MPa小于屈服极限235MPa,故此结构基本符合要求。但是零件容易遭到破坏。如将交界处加工出圆角（如图11），可将应力集中的现象改善。 图10 改良后的部分图
