ANSYS有限元分析：悬臂梁平面应力问题研究

"该资源是关于ANSYS有限元分析的学习课件，重点讲解了如何使用ANSYS解决平面问题和轴对称问题。通过一个具体的悬臂梁实例，展示了如何进行静力分析，包括确定分析类型、问题描述、单元选择、材料属性设置以及网格划分等步骤。实例中比较了PLANE42和PLANE82两种四边形单元在计算最大弯曲应力时的差异，并提供了相应的计算数据。" ANSYS是一款强大的有限元分析软件，广泛应用于结构力学、热流体、电磁学等多个领域。在本课件中，主要探讨的是ANSYS在处理平面问题和轴对称问题上的应用。 1. 平面问题实例 这里以一个厚度为50.8mm、长度为1270mm、截面高度线性变化的悬臂梁为例，梁的截面高度从d变化到3d，其中d=76.2mm。在自由端施加了一个集中力F=17.793KN。弹性模量为207GPa，泊松比为0。该问题被设定为静力分析，以研究梁的弯曲应力。通过使用PLANE42（四节点四边形单元）和PLANE82（八节点四边形单元），分别计算了梁中部和固定端的最大弯曲应力。 2. 轴对称问题 当几何形状、弹性性质、载荷和边界条件均具有轴对称性时，可以将问题简化为轴对称问题。在轴对称问题中，可以减少计算量并更有效地模拟问题。课件可能还涉及了如何在ANSYS中设置和分析这类问题。 3. 分析流程 - 分析类型：选择静力分析，意味着我们将研究的是在静态载荷下的响应。 - 问题描述：问题被定义为平面应力状态，意味着只有两个正交方向的应力是非零的。 - 单元选择：PLANE42和PLANE82是平面应力问题中常用的单元类型，前者有4个节点，后者有8个节点，两者都包含两个自由度（平移沿X和Y方向）。 - 材料属性：弹性模量和泊松比是材料的基本属性，用于计算应变和应力。 - 实常数：定义如厚度等与模型相关的物理参数。 - 网格划分：定义单元类型后，需要进行网格划分以创建有限元模型，这一步对于获得准确结果至关重要。 4. 模型创建与操作 - 关键点创建：在ANSYS中，首先创建关键点作为建模的基础。 - 面域定义：通过关键点来定义面积，形成悬臂梁的几何形状。 - 网格划分：选择适当的单元类型（如SolidQuad4）进行网格划分，确保网格质量和适应性。 5. 结果评估 - 计算出的理论应力值显示在梁的中部和固定端，这有助于验证分析的准确性。 - 最大位移通常发生在自由端，可以通过ANSYS进行计算。 通过这个实例，学习者可以掌握ANSYS在实际工程问题中的应用，了解有限元分析的基本步骤，以及如何根据问题特性选择合适的单元类型和进行网格划分。这对于提升分析技能和理解结构响应是非常有价值的。