ansys桿件軸向
關注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-08
ansys桿件軸向的實例教程
以下是一個基于workbench的簡單桿件力學分析：
第一步，通過草繪或者點，建立line concept；并通過設置sections，來設置不同桿件的界面；注意：為了可以改變兩個桿件之間的連接關系，此處沒有把兩個桿件組成在一個part里面：
第二步，進入mechanical，劃分網(wǎng)格；此處我設置了每個桿件劃分的單元個數(shù)，設置為1
第三步，設置兩個桿件的連接方式。因為兩個桿件的連接點在同一位置，在設置需要選擇桿件時，可隱藏其中一個，這樣能保證選擇到正確的兩個點。本例中我設置為球鉸連接
第四步，施加邊界條件。本例中我固定了兩個桿件的末端，在連接點施加了豎直方向的力：
第五步，設置需要的輸出結果并求解。本例輸出了一個總變形和兩個桿件上的軸向力：
展開 【理論分析】
該問題來自于《材料力學》“軸向拉伸壓縮”一章中的“溫度應力”一節(jié)（P45）。（劉鴻文，《材料力學》，高等教育出版社，第四版）
設兩根桿件的內(nèi)力為基本未知數(shù)，根據(jù)熱膨脹，計算兩根桿件的伸長量與內(nèi)力的關系，然后基于變形協(xié)調(diào)關系，得到內(nèi)力的大小。
最后計算的結果是：
上述答案直接拷貝自原教材。
【仿真分析】
1. 這是一個熱應力問題。但是并不需要使用耦合系統(tǒng)。直接使用靜力學系統(tǒng)可以求解。
2. 對于材料設置，需要創(chuàng)建兩種材料：鋼和銅，并分別給定其彈性模量，泊松比和線脹系數(shù)。對于AB桿，則設置剛性很大（例如彈性模量是鋼材的千萬倍）的材料。
3.幾何建模。分別創(chuàng)建三個線體，分別代表AB,AD和BE。對于AD和BE賦予矩形截面屬性，保證其橫截面積即可。AB就使用AD的橫截面屬性。
4.屬性設置。分別設置三桿的材料屬性。
5.劃分網(wǎng)格。給定5毫米的單元長度劃分。
6.連接。所有連接處均使用轉動副連接。
7.分析設置。給定參考溫度和實際溫度。
8.后處理。在后處理中提取梁單元的內(nèi)力。
【仿真過程】
1.打開ANSYS WORKBENCH14.5
2.創(chuàng)建項目流程圖。
這里創(chuàng)建一個靜力學分析系統(tǒng)。
3.創(chuàng)建兩種材料，并設置其屬性。
雙擊engineering data單元格，然后創(chuàng)建兩種新材料，按照題目的數(shù)據(jù)設置其彈性模量和線脹系數(shù)。
修改默認鋼材屬性，得到本題中鋼材的屬性。
加入銅合金，并修改其屬性，得到本題中銅的屬性
創(chuàng)建一個新材料，其彈性模量是2E18,即彈性模量是鋼材的千萬倍，用于模擬剛體。
4. 創(chuàng)建幾何模型。
雙擊geometry，進入到DM中，設置長度單位是毫米。
以A點為坐標原點，水平向右為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向，建立坐標系。則各點的坐標如下。
展開 Beam188軸向力的提取方法
對于該結構，
σ
max=10MPa
τ
max=5MPa
二、ANSYS解法：
下面，我們用ANSYS驗證一下材料力學解法的準確性。通過該例子，學習在ANSYS中怎么提取任意截面上的應力。
1.確定分析類型：根據(jù)例題所示結構，確定分析類型為靜力學分析；
2.通過對該結構進行分析，我們需要提取任意截面上的切應力和正應力，所以我們使用solid單元進行計算。
Step1：
在SCDM中創(chuàng)建平面模型。
首先，我們在SCDM中建立一個橫截面是邊長10mm的正方形，長度為100mm的長方體。建立完成以后，點擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進入Workbench。
Step2：創(chuàng)建分析流程。
將Static Structural拖入Project Schematic，并與剛才導入的幾何建立聯(lián)系。雙擊Model進入Mechanical。
Step3：
創(chuàng)建局部坐標系。
我們想提取提取任意截面上的應力，必須先創(chuàng)建好截面，然后把結果映射在截面上。而截面的創(chuàng)建，是依靠坐標系的xy平面，所以在創(chuàng)建截面前，應先創(chuàng)建合適的局部坐標系。
展開 通過計算結果，我們發(fā)現(xiàn)材料力學計算的結果為：F點位移1.618mm；ANSYS計算結果為：F點位移1.6181mm，結果基本一致。
總結：
1. ANSYS計算結果與材料力學計算結果基本一致。
2. 載荷作用在F點時，A點位移為1.618mm；載荷作用在A點時，F(xiàn)點位移為1.618mm。這是線性彈性體中普遍存在的關系，稱為位移互等定理。
彩
蛋
：
Stiff
Beam
剛性
梁
真的
剛性
嗎？
我們提取桿AB的變形，發(fā)現(xiàn)桿AB發(fā)生了彎曲，最大變形為11.5mm。我們不是已經(jīng)把桿設置成剛性的了嗎？怎么還會有彎曲變形呢？
首先，我們要明白，ANSYS中是怎么定義剛性梁單元的。一般來說，ANSYS是通過
MPC184單元來模擬剛性梁。我們觀察Solution Information的Worksheet，發(fā)現(xiàn)求解過程中沒有MPC184單元，那我們設置了
Stiff
Beam，軟件又是怎么解決的呢？
我們打開ANSYS的幫助，發(fā)現(xiàn)了以下信息（下圖一）。大體意思是說：軟件通過使楊氏模量比工程數(shù)據(jù)中定義的高1e4倍來近似剛性梁。也就是說，軟件會自動定義一種剛度比較大的材料，賦予給Stiff Beam
。Stiff Beam不是完全剛性的，只是剛度比較大而已。我們將結構導入到A
NSYS經(jīng)典環(huán)境，在材料參數(shù)中，我們發(fā)現(xiàn)了定義在AB桿上的材料，楊氏模量為2e9MPa，而我們定義的材料2-25楊氏模量為2e5MPa，確實相差1e4倍（下圖二）。
至此，本文結束。
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Beam188軸向力的提取方法
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上篇文章我們主要講了應力集中的一些知識，并用ANSYS做了一個簡單的實例，與理論結果進行了對比。今天，我們通過材料力學中的一個習題，幫助讀者回顧下之前學過的知識。習題如下：
下面我們進行求解：
一、材料力學方法：
該題的整體思路為：
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上篇文章，我們根據(jù)例題2-5，討論了通過軸力和變形，利用幾何關系，求出結點A的位移，計算結果和ANSYS計算的結果相差無幾。除此方法外，我們還可以用彈性體的功能原理來求解該題。
能量守恒定律我們中學就已經(jīng)學習過，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其它物體，而能量的總量保持不變
上篇文章，我們主要學習了拉壓桿任意斜截面上的應力，并在使用ANSYS進行驗證的同時，學習了提取任意截面上的應力結果的方法。今天我們一起來學習第四節(jié)——拉（壓）桿的變形·胡克定律。
我們知道，胡克定律是力學彈性理論中的一條基本定律，它描述了固體材料受力以后，材料中的應力應變關系。下式為胡克定律的一種表達形式：
ε=σ/E
式中，E稱為彈性模量（Elastic
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上篇文章我們主要研究了橫截面上的正應力。對于拉（壓）桿而言，橫截面上的應力可以用外力除以橫截面積計算。今天，我們將一起研究與橫截面成α角的任一斜截面k-k上的應力。假設該桿的橫截面為邊長10mm的正方形，長度為100mm，外力F=1000N。研究結構如下圖：
一、材料力學解法
以下是一個基于workbench的簡單桿件力學分析：
第一步，通過草繪或者點，建立line concept；并通過設置sections，來設置不同桿件的界面；注意：為了可以改變兩個桿件之間的連接關系，此處沒有把兩個桿件組成在一個part里面：
第二步，進入mechanical，劃分網(wǎng)格；此處我設置了每個桿件劃分的單元個數(shù)，設置為1
第三步，設置兩個桿件的連接方式
【問題描述】
在下圖中，橫梁ACB的變形可以忽略不計（即ACB為剛體）。鋼桿AD的橫截面積為100平方毫米，長度為330毫米，彈性模量為200Gpa，線脹系數(shù)為12.5*10(-6);銅桿BE的相應數(shù)據(jù)分別為：面積200平方毫米，長度220毫米，彈性模量100GPa，線脹系數(shù)為16.5*10（-6）。如果溫度升高30度，試求兩桿的軸力。
【理論分析】
該問題來自于《材料力學》“軸向拉伸壓縮
