ANSYS Workbench 2D分析(三)

前面简单的了解了平面应力和对称的基本知识,这里接着学习平面分析中的平面应变问题,由于模型简单,就自己建立吧。
实体模型分析
DM建模
首先在DM中建立一个空心圆柱,长度100mm,内直径18mm,外直径20mm.具体几何模型:草图建立在XY平面内,且以坐标轴呈现对称。

网格划分

凡是可以一次成型的几何,均考虑扫掠划分网格。首先定义整个体采用扫掠划分,其次横截面定义映射面网格划分,且定义厚度方向5层网格,最后定义内圈边线长度为0.5mm。

按照图示的序号将其添加到网格【Mesh】下面,Method对应:通过不同的划分方法控制网格,如自动化分、扫掠划分、六面体为主、多区域等,这里选择扫掠划分Sweep。

Sizing即通过尺寸划分,通过尺寸划分分为两类:指定划分的数目和指定每一段的长度,默认是划分的尺寸。

Face Meshing为映射划分,指定厚度方向5层网格。

最后得到如下网格结果:

网格很重要,但是永远不是最重要的,有值得研究的部分,但不是将网格如何划分的很整齐,而是根据实际的物理场以及工况载荷如何有效的布置网格,这才是意义最重大的地方。以后会学习网格控制,但不会学的更深。基础阶段我们要加强基本知识学习,包括物理场的认识,边界设定,以及后处理。
边界条件

设定内压力1000MPa,打开分析设置下的弱弹簧阻止刚体位移。

分析结果

整体变形

等效应力

分析到这里不知道你有没有看出什么问题,目前先保留分析结果,稍后继续使用。
平面应变分析

通过概念建模【Surfaces From Faces】建立平面应变模型,注意模型一开始建立在XY平面内就是为了现在,模型是落在XY平面内。

边界条件

同样的边界条件,本次施加选择边线,内压力1000MPa,正压力表示压缩。
分析结果

查看上面的整体变形以及等效应力,我们发现整体变形差异较大。第一数值不对,第二分布不对,等效应力还是比较接近的。那差异到底是怎么产生的呢?为什么跟我们前面2D分析的理论不一样呢。
这里我们需要明确一些基本问题,有意识地调整后处理查看结果。模型边界与结构都是回转,而我们对于回转结构,如这里的结构以及边界,后面的轴对称结构。回转我们通常考虑柱坐标系,查看的量要与平面应变相对应。平面应变、平面应力的量为垂直边线且平行面正应力,以及平行平面的剪切应力。因此,我们要重新查看后处理的量。需要建立柱坐标系,选择几何模型,默认建立的是几何中心。
实体模型后处理
整体变形分布,径向量为0.44mm左右。径向正应力分布1004.9MPa左右,内压力负值接近1000,为我们施加的边界载荷,负值压缩。
平面应变后处理
比较整体变形分布以及径向正应力大小,可见其分布与数值大小几乎一致。
轴对称模型
首先建立模型,需要注意的是在XY平面建立回转横截面。下图H1为内半径尺寸代号,设定分析类型为2D,修改2D表现为轴对称。更具体的操作可以查看之前的例子。

分析结果

这里直接查看分析结果,边界条件没啥不同,记得打开弱弹簧即可,需要仔细观察下图:

径向正应力接近1000且为负值,符合我们的期望。可是查看径向变形为什么只有大概前面分析的一半呢,这难道是错了?其实是没问题的,我们前面的实体模型以及平面应变模型计算的的环状径向位移,也就是两边的。而这里的轴对称计算的是单边径向位移,我们将这里的位移乘以2倍,可得0.34到0.38左右,基本上接近前面计算结果。

轴对称云图扩展

首先点击C4,然后单击工具栏的对称【Symmetric】,接下来对Symmetric的详细栏目进行设置,先仔细观察下图:

有些人讲到,为什么我的软件里面没有这些内容呢,注意上图的红色方框,这代表着测试功能,你需要在软件里面开启测试功能才会有此。具体在WB启动以后的工程项目界面,从菜单栏的工具项【Tools】-【Option】-【Appearance】,最下面有一个【Beta Option】勾选上即可。下面设置轴对称扩展选项:

修改类型为2D轴对称即可,其余部分保持默认,无需更改。查看后处理模型,如下结果:

上面为实体模型径向位移分布,下侧为轴对称结构径向位移分布扩展显示。可见分布几乎一致,数值区别上面已经说明,下面再给出径向正应力分布云图,简单对比:

分布趋势一致,数值接近,可是为什么数值有差异呢,这个问题以后有机会再好好学习。本次关于平面应变以及轴对称结果扩展显示学习至此,已经完成。


注:仅记录学习FEM的一个过程,表达的是个人观点与认识,欢迎一起讨论学习。有疑问可以私,本号没有留言功能,无法互动。本人小白一枚,正在努力的路上。

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