1、Error! No text of specified style in document.1第 4 章 连杆受力分析问题描述:如图 1 所示的几何模型，连杆的厚度为 0.5in。在小头孔的内侧 90范围内承受P=l 000psi 的面载荷作用，利用有限元分析该连杆的受力状态。连杆的材料属性为杨氏模量 E=30106psi，泊松比为 0.3。图 1 连杆的几何模型1. 定义工作文件名和工作标题(1) 定义工作文件名：执行 Utility MenuFileChange Jobname 命令，在弹出的【ChangeJobname】对话框中输入 “c-rod”，选择 【New log and err
2、or files】复选框，单击 按钮。(2) 定义工作标题：执行 Utility MenuFileChange Title 命令，在弹出的【Change Title】对话框中输入 “The stress calculating of c-rod”，单击 按钮。(3) 重新显示：执行 Utility MenuPlotReplot 命令。2. 定义单元类型及材料属性(1) 设置单元类型：执行 Main MenuPreprocessroElement TypeAdd/Edit/Delete 命令，弹出【Element Tpyes 】对话框。单击 按钮，弹出【Labrary of Element Ty
3、pes】对话框。选择“Not Solved”和“Mesh Facet 200”选项，单击 按钮。(2) 设置单元选项：单击 Element Types 对话框中的 按钮，弹出如图 2所示的【MESH200 Element Type Option】对话框。设置“K1”为“QUAD 8-Node” ，单击 按钮。单击 按钮，弹出【Library Of Element Type】 对话框。选择“Structural Solid”和“Brick 20node 95”选项，单击 按钮，单击 按钮。图 2 【MESH200 Element Type Option】对话框(3) 设置材料属性：执行 Main
4、 MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 命令，弹出如图 3 所示的【Define Material Models Behavior】窗口。双击【Material Model Available】列表框中的“StructuralLinearElasticIsotropic” 选项，弹出【Linear Isotropic Material Properties For Material Number l】对话框。输入“EX=30e6，PRXY=0.3” ，单击 按钮。执行 MaterialExit 命令，完成材料属性的设置。图 3 【Defin
5、e Material Models Behavior】窗口Error! No text of specified style in document.23. 建立 2D 模型(1) 创建两个圆环面：执行 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleBy Dimensions 命令，显示【Circular Area by Dimensions】对话框。如图 4 所示输入数据，单击 按钮。在【THETAl】文本框中输入 “45”，单击按钮。图 4 输入数据(2) 打开面编号控制：执行 Utility MenuPlotCtrlsNumbering 命令
6、，弹出如图 5 所示的【Plot Numbering Controls】对话框。选择【Areas Number】复选框，单击 按钮。图 5【 Plot Numbering Controls】对话框4. 创建两个矩形面(1) 生成矩形面：执行 Main MenuPreprocessorModelingCreate Areas Rectangle By Dimensions 命令，弹出【Create Rectangle by Dimensions】对话框。如图 6 所示输入数据，单击 按钮。“X1，X2”及“Y1，Y2”中分别输入“-1.8，-1.2 ”及“0，0.3” ，单击 按钮。图 6 输入
7、数据(2) 平移工作平面：执行 Utility MenuWorkPlaneOffset WP toXYZ Locations 命令，弹出一个拾取框。在坐标栏中输入“6.5” ，单击 按钮。(3) 将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：执行 Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toWorking Plane 命令。(4) 创建另两个圆环面：执行 Main MenuPreprocessor ModelingCreateAreas Circle By Dimensions 命令，弹出【Circular Area by Dimensions】对话框。输入“ RAD
8、l=0.7”，“RAD2=0.4”， “THETAI=0”，“THETA2=180”，单击 按钮。输入“THETA2=135”，单击 按钮。(5) 面叠分操作：执行 Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleans Overlap Areas 命令，弹出一个拾取框。拾取编号为 A1、A2、A3 和 A4 的面，单击 按钮。选择编号为 A5 和 A6 的面，单击 按钮，生成结果如图 7 所示。图 7 生成结果(6) 激活总体笛卡儿坐标系：执行Utility MenuWorkPlaneChange Active CS Error! No text of sp
9、ecified style in document.3toGlobal Cartesian 命令。(7) 定义 4 个新的关键点：执行 Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS 命令，弹出【Create Keypoints in Active Coordinate System】对话框，如图 8 所示。在【Keypoint number】和【Location in active CS】文本框中输入“28” 、 “2.5”和“0.5” ，单击按钮。输入“29” 、 “3.25”和“0.4” ，单击 按钮，输入“30” 、 “
10、4”和“0.33”，单击 按钮，输入“31” 、“4.75”和“0.28” 。单击 按钮，生成结果如图 9 所示。图 8 输入数据图 9 生成关键点的结果(8) 激活总体柱坐标系：执行 Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cylindrical 命令。(9) 创建样条线：执行 Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesSplinesWith Options Spline Thru KPs 命令，弹出一个拾取框。按顺序拾取编号为5、28、29、30、31 和 22 这 6 个关键点。单击 按钮，弹出
11、【B-Spline 】对话框。如图 10 所示输入数据，单击 按钮，生成的样条曲线如图 11 所示。图 10 输入数据图 11 生成的样条曲线5. 生成一个新面(1) 在关键点间创建直线： 执行Main MenuPreprocessorModelingCreateLines Lines Straight Line 命令，弹出一个拾取框。拾取编号为 1 和 18 的关键点，单击按钮。(2) 打开线的编号并显示线：执行Utility MenuPlotCtrlsNumbering 命令，弹出【Plot Numbering Controls】对话框。选择【Line Number】复选框，单击按钮。执行
12、 Utility MenuPlotLines命令，显示结果如图 12 所示。图 12 显示所有线及其编号Error! No text of specified style in document.4(3) 由线生成新的面：执行 Main MenuPreprocessorModelingCreateAreas Arbitrary By Lines 命令，弹出一个拾取框。拾取编号为 6、1、7 和 25 的 4 条线，单击 按钮，生成结果如图 13 所示。图 13 连杆体面的生成结果(4) 放大连杆的左面部分：执行Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate命令，显示【
13、Pan-Zoom-Rotate】工具栏。单击 按钮。然后拾取连杆的左面大头孔部分，单击完成放入操作。(5) 线倒角：执行 Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet 命令，弹出一个拾取框。拾取编号为 36 和 40 的线，单击 按钮，弹出【Line Fillet】 对话框。如图 14 所示输入数据，单击 按钮。然后重复上述操作，对编号为 40、31、30 和 39 的线进行倒角。单击 按钮，生成结果如图 15 所示。图 14 输入数据图 15 生成结果(6) 由前面定义的 3 个线倒角创建新的面：执行 Main MenuPreproc
14、essorModeling CreateAreasArbitraryBy Lines 命令，弹出一个拾取框。拾取编号为 12、10 和13 的线，单击 按钮。拾取编号为17、15 和 19 的线，单击 按钮。拾取编号 21、22 和 23 的线，单击 按钮。(7) 面相加操作：执行 Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansAddAreas 命令，弹出一个拾取框。单击 按钮。单击【Pan-Zoom-Rotate】工具栏中的 按钮，生成结果如图 16 所示。图 16 面相加操作后生成的结果(8) 关闭线及面的编号：执行 Utility MenuPlo
15、tCtrlsNumbering 命令，弹出【Plot Numbering Controls】 对话框。清除【Line Number】复选框，单击 按钮。Error! No text of specified style in document.5(9) 保存几何模型：执行 Utility MenuFileSave as 命令，弹出【Save as】对话框。在【Save Database To】下拉列表框中输入文件名“c-rod model”，单击按钮。6. 生成 2D 网格(1) 设置单元尺寸并划分网格：执行Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool 命令，弹出划
16、分网格工具栏。单击“Size controls:”栏“ Global”旁边的 按钮，弹出如图 17 所示的【Global Element Sizes】 对话框。在【SIZE】文本框中输入“0.2”，单击 按钮。单击划分网格工具栏中的 按钮，弹出一个拾取框。单击 按钮，采用自由网格划分的结果如图 18 所示。图 17 【Global Element Sizes】对话框图 18 生成的 2-D 网格的结果(2) 保存网格结果：执行 Utility MenuFileSave as 命令，弹出【Save as】对话框。在【Save Database To】下拉列表框中输入文件名“c_rod_2D_me
17、sh ”，单击按钮。7. 采用拖动生成 3D 网格(1) 改变单元类型：单击划分网格工具栏中的第一个 按钮，弹出如图 19 所示的【Meshing Attributes】对话框。在【Element Type Numbe】 ”下拉列表框中选择“SOLID95”选项，单击 按钮。图 19 【Meshing Attributes】对话框(2) 设置拖动方向的单元数目；执行Main MenuPreprocessorModelingOperate ExtrudeElem Ext Opts 命令，弹出如图 20所示的【Element Extrude Options 】对话框。在【VALl 】文本框中输入“
18、 3”，单击按钮。图 20 【Element Extrude Options】对话框(3) 拖动生成 3D 网格：执行 Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrude AreasAlong Normal 命令，弹出一个拾取框，点击整个面，弹出如图 21 所示的Error! No text of specified style in document.6【Extrude Area along Normal】对话框。在【DIST】文本框中输入“0.5 ”，单击按钮。图 21 【Extrude Area along Normal】对话框(4) 打开【Pan-Z
19、oom-Rotate】工具栏：执行 Utility MenuPlotCtrls Pan Zoom Rotate命令，弹出【Pan-Zoom-Rotate】工具栏，单击工具栏中的 按钮。(5) 显示网格：执行 Utility MenuPlotPlot Element，生成的 3D 网格如图 22 所示。图 22 生成的 3D 网格结果(6) 保存网格结果：执行 Utility MenuFileSave as 命令，弹出【Save as】对话框。在【Save Database To】下拉列表框中输入文件名“c_rod _3D_mesh”，单击按钮。 8. 施加约束、载荷并求解 (1) 在大孔的内表
20、面施加对称约束: 执行 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementSymmetry B.C.On Areas 命令，弹出一个拾取框。拾取大孔的内表面(面号为 18 和 19)，单击 按钮。 (2) 在 Y=0 的所有面上施加对称约束 : 执行 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementSymmetry B.COn Areas 命令，弹出一个拾取框。拾取 Y=0 的所有面(面号为15、16、17、20、21、22 和 25)，单击按钮。(3) 施加 Z 方向
21、的约束： 执行 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructural DisplacementOn Nodes 命令，弹出一个拾取框。拾取编号为 447 的节点，单击 按钮，弹出一个对话框。在【DOF to be constrained】下拉列表框中选择“UZ”选项，单击 按钮。(4) 选择所有实体：执行 Utility MenuSelectEverything 命令。(5) 显示单元：执行 Utility MenuPlotPlot Elements 命令，结果如图23 所示。图 23 施加约束后生成的结果(6) 设置面载荷的表示方式：执行Utility M
22、enuPlotCtrlsSymbol 命令，弹出一个对话框。在【Show pres and convect as】下拉列表框中选择“Arrow“选项，单击 按钮。(7) 在小孔内表面施加面载荷，执行 Main MenuSolutionDefme LoadsApply StructuralPressureOn Areas 命令，弹出一个拾取框。拾取小孔的内表面( 面号为 23)，单击 按钮，显示如图 24 所示的【Apply PRES on areas】对话框。在Error! No text of specified style in document.7【Load PRES value】文本框
23、中输入“1000”，单击 按钮。图 24 【Apply PRES on areas】对话框(8) 选择 PCG 迭代求解器：执行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls 命令，弹出如图 25 所示的【Solution Controls】对话框。在最上面一行点击“Sols Options”，在 “Equation Solver”选项组中选择“Pre-condition CG”单选按钮，单击 按钮。图 25 【Solution Controls】对话框(9) 开始求解运算：执行 Main MenuSolutionSolveCurrent LS 命令，弹
24、出一个提示框。浏览后执行 FileClose 命令，单击 按钮开始求解运算。出现一个【Solution is done】对话框时单击按钮，完成求解运算。(10) 保存分析结果：执行 Utility MenuFileSave as 命令，弹出【Save as】对话框。输入“c_rod_RESU ”单击按钮。9. 浏览分析结果(1) 显示变形形状： Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape 命令，弹出如图26 所示的【Plot Deformed Shape】对话框。在“KUND Items to be plotted”选项组中选择“De
25、f+undeformed”单选按钮，单击按钮，结果如图 27 所示。图 26 【 Plot Deformed Shape 】对话框图 27 变形形状的结果(2) 显示节点位移云图：执行 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour plotNodal Solu 命令，弹出如图 28 所示的【Contour Nodal Solution Data】对话框。在两个下拉列表框中分别选择“DOF solution”和“Displacement vector sum”选项，选择 “Deformed shape with undeformed model”单选按
26、钮。单击按 钮，生成结果如图 29 所示。Error! No text of specified style in document.8图 28【Contour Nodal Solution Data】对话框图 29 节点位移的结果(3) 显示节点的 Von Mises 应力：执行 Mani MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour plotNodal Solu 命令，弹出【Contour Nodal Solution Data】对话框。分别选择“Stress”和“von Mises stress”选项，单击 按钮，生成结果如图 30所示。图 30 生成结果(4) 映射节点应力：执行 Utility MenuPlotCtrlsStyleSymmetry Expansion Periodic/Cyclic Symmetry Expansion 命令，弹出如图 31 所示的【Periodic/Cyclic Symmetry Expansion】对话框,选择“Reflect About XZ”，单击 按钮，生成的结果如图 32 所示。图 31 【Periodic/Cyclic Symmetry Expansion】对话框图 32 生成结果
