搜索CAE考試樣題：有圓角過(guò)渡臺(tái)階圓軸拉伸的應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算
2017-06-03 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
導(dǎo)讀:應(yīng)力集中現(xiàn)象普遍存在于各種工程結(jié)構(gòu)中,大部分結(jié)構(gòu)破壞事故是應(yīng)力集中引起的。為確保工程結(jié)構(gòu)的使用安全,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益,必須科學(xué)地處理結(jié)構(gòu)元件的應(yīng)力集中問(wèn)題。
問(wèn)題描述:
大小端直徑分別為D和d的圓軸,周向有圓角過(guò)渡的臺(tái)肩,臺(tái)肩圓角半徑為r,見(jiàn)下圖。當(dāng)圓軸承受拉伸載荷時(shí)候,最大應(yīng)力發(fā)生在小端表面與過(guò)渡圓弧的切點(diǎn)附近。已知L1= L2= 200mm,D= 70mm,d= 50mm,r= 5mm。彈性模量E= 210GPa,泊松比μ=0.3。在小軸頂端施加100MPa的拉力。計(jì)算該軸的最大應(yīng)力和應(yīng)力集中系數(shù)。
問(wèn)題分析:
圓軸在受拉載荷作用下,同一半徑的任意圓周角度的應(yīng)力是相同的,因此可按照軸對(duì)稱(chēng)模型建模。建模方法請(qǐng)參考:厚壁圓筒應(yīng)力分析:軸對(duì)稱(chēng)模型ANSYS分析。
計(jì)算結(jié)果:
本算例ANSYS的數(shù)值解的最大應(yīng)力為197.2MPa,應(yīng)力集中系數(shù)為1.97。
根據(jù)文獻(xiàn)中的擬合公式,見(jiàn)下圖,圖中拉力P單位是N,算得應(yīng)力集中系數(shù)Kt為1.82。根據(jù)已知參數(shù),得出本算例經(jīng)驗(yàn)值的最大應(yīng)力為182MPa。
ANSYS的數(shù)值解與擬合公式的計(jì)算誤差為(1.97-1.82)/1.82=8.24%。
擬合公式的參考文獻(xiàn):“Peterson's stress concentration factors” Second edition, by W.D. Pilkey。
計(jì)算步驟:
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命令流:
/PREP7
ET,1,PLANE183 !單元類(lèi)型
KEYOPT,1,3,1 !軸對(duì)稱(chēng)
MP,EX,1,2.1e5 !材料屬性
MP,PRXY,1,0.3
K,1,,,, !關(guān)鍵點(diǎn)
K,2,35,,,
K,3,35,200,,
K,4,25,200,,
K,5,25,400,,
K,6,0,400,,
LSTR,1,2 !線(xiàn)
LSTR,2,3
LSTR,3,4
LSTR,4,5
LSTR,5,6
LSTR,6,1
LFILLT,3,4,5, , !圓弧倒角線(xiàn)
AL,all !線(xiàn)圍成面
AESIZE,all,5, !面的單元尺寸
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
AMESH,all !分網(wǎng)
LREFINE,7, , ,5,1,1,1 !圓弧線(xiàn)細(xì)化網(wǎng)格
FINISH
/SOL
DL,1, ,UY, !軸向約束
SFL,5,PRES,-100, !軸向拉力,MPa
SOLVE
FINISH
/POST1
PLNSOL, S,Y, 0,1.0 !軸向應(yīng)力
/EXPAND,36,AXIS,,,10
轉(zhuǎn)自:本文作者:張強(qiáng) 視頻制作:王九亮 微信號(hào):好學(xué)ANSYS 微信ID:ansys-good 好學(xué)ANSYS出品
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