VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading

ANSYS Workbench 带圆孔矩形板受拉伸载荷作用应力分析
案例分析:
如下图所示,将带圆孔矩形板的其中一个端面固定,在另一个端面施加拉伸载荷。孔附近应力变化10%的容差作为判定收敛的准则。将Max Refinement Loops设置为2,孔的圆柱表面添加细化网格控制,设置Refinement = 1
求出孔附近圆柱表面在x方向上的最大法向应力。
VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading

材料属性 几何特征 应用载荷
E= 1000 psi
v = 0
长度 = 15 m
宽度 = 5 m
厚度 = 1 m
孔半径 = 0.5 m
压强 = -100 psi

1. 选择分析模块
此案例选择Static Structural模块进行后续分析。
Analysis System中拖拽Static StructuralProject Schematic中即可。

VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading

2. 定义材料属性
所用材料属性在材料库中无法找到,因此使用自定义属性。

— 右键Engineer Data并选择Edit/双击Engineer Data
— 新建材料并定义材料名称
— 从Toolbox中选中所需要的材料属性并双击添加
— 底部窗格中键入对应数值
VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading

3. 建立几何数模
根据已知几何特征属性创建几何图形如下图所示。
右键Geometry并选择Edit Geometry in DesignModeler…
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4. 生成网格

— 双击Model/右键Model选择Edit

— 选中Mesh,修改单元体尺寸Element Size为0.05 m (可选,采用默认尺寸可能会导致结果稍有不同)
右键Mesh,添加细化网格Refinement,设置Refinement为1。并选中区域为孔附近的圆柱面。

注:在生成网格之前,可以先将材料属性赋予几何体。展开Geometry选中几何体 -->在相关详细信息视图中Material项关联菜单选中之前自定义的材料。

VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading

5. 添加边界条件和载荷

如下图所示,矩形板一端为Fixed Support,另外一端受到拉伸载荷作用;载荷大小已知。

边界条件与载荷:Static Structural右键,分别插入Fixed support/ Pressure并选中对应的面。

VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading
6. 求解设置

— 选中Solution,设置Max Refinement Loops为 2。
VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading
Solution右键,插入Stress --> Normal并选择对应面。

— 由于此案例中将孔附近应力变化10%的容差作为判定收敛的准则。故而对所求的结果属性添加收敛准则设置 。
添加的结果(这里为Normal Stress)右键 --> Convergence,设置Allowable Change为10%。
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7. 结果
下图为分析结果。从几何窗口中的色差显示数值,亦或是左下角详细信息窗口,或者右下角表格数据窗口,皆能查看结果。

VMMECH002_Rectangular Plate with Circular Hole Subjected to Tensile Loading
ANSYS Mechanical结果比较

Results Target Mechanical Error(%)
X方向最大正应力 (Pa) 312.5 315.2 0.864

注:上述Mechanical结果对于不同计算机可能会有些许差别

Reference:

J. E. Shigley, Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill, 1st Edition, 1986, Table A-23, Figure A-23-1, pg. 673

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