-
有
限
元
结
课
作
业
(h
方法分析
网格密化
)
机化
103
班
张
海
鑫
2010012725
一、题目要求
5
、受内压力的旋转厚壁圆筒，设厚壁筒长为
120mm
，内径为
100mm
，外径为
200mm
，两端自由，
承受内压
p
=120MPa
，并以角速
度
ω
=209rad/s
绕中心轴旋转。材料弹性模量
E=200GPa
，泊松比
μ
=0
.3
，密度
ρ
=7.8
×
10
-9
T/mm
3
。⑴绘出径向位移云图。⑵绘出环向应
力云图
。⑶绘出等效应力（
von mises stress
）云图
。⑷调取变形、应
力动画文件。
要求
：由于结构对称，取
1/
8
圆筒模型作
为分析对象，采用
8
结点六
面体单元。
ω
R1
R2
二、题目分析
1
、
壁厚
0.1m
圆
筒，
属于轴对称问题；
取
1/8
圆筒模型作为分析
对象，采用
8
结点六面体单元
(Solid
45
单元
)
。
2
、约束：两端自由，
承受内压
p=120MPa
（
1.2e8 Pa
）
，并以角速
度
ω<
/p>
=209rad/s
绕中心轴旋转；
3
、材料性质：
材料弹性模量
E=200GPa
（
2e11 Pa
）
，
泊松比
μ
=0.3
，
密度
ρ
=7.8
×
10
-9
T/m
m
3
（
7.8e3
kg/m
3
）
。
三、实验步骤及计算
1
、设置工作目录，定义文件名和标题
（
1
）
用户定义文件夹《
ANSYS
张海鑫
725
》
,
定义
Jobname
—
cylinder
，单击
run
如图
1
所示。
图
1
设置工作目录对话框及文件名
2
、设置图形用户界面类型
选择
Main Menu>Pr
eference,
显示图形用户界面过滤对话框，此
问题属于
结构分析类型，应选择
Structural
选项，并且应用<
/p>
h
方法
结构分析，选择
< br> h-Method,
点击“
OK
”
，如图
2
所示。
< br>
图
2
设置图形用户界面类型
3
、选择单元类型
此题在进行有限元分析时，题目要求采用
8
结点六面体单元。
(1)
选
择
Main
Menu
→
Preprocessor
→
Element
Type
→
Add/Edit/Delete,
弹出【
Element
Types
】
对话框
图
3
，单击【
add
< br>?】
按钮。
图
3
“单元类型”对话框
(2)
在左边的列表框中选择
“
solid
”
，
右
边选择
“
Brick
8node <
/p>
45
”
，
如图<
/p>
4
所示。单击【
OK
】按钮，返回【
Element
Types
】对话框。
图
4
“单元类型库”对话框
(3)
单击
【
Options
?】
按钮，
弹出图
5
所示的
【
SOLID45
element
type
opti
ons
】对话框，
对单元进行设置，使其可用于计算平面应变问
题
,
单击【
OK
】按钮。
图
5
单元选项设置对话框
(4)
单击【
Element
Types<
/p>
】中的【
Close
】按钮，关闭“单元
类型”
的对话框。
4
、定义材料属性及参数
（
1
）
依次选择
Main Menu
→
Preprocessor
→
Materia
l Props
→
Material
Models
，弹出
【
Define Material Model Behav
ior
】对话框，如图
6
所示。
图
6
“定义材料属性”对话框
（
2
）
依次双击
Structural
→
Linear
→
Elastic
→
Isotropic
，展
开
属性的树形结构，
弹出材料的弹性模量
EX
和泊松比
PRXY
定
义的对话框，
在对画框中填入如图
7
所示的数据。单击【
OK
】
按钮关闭对话框，
返回到<
/p>
【
Define
Material
Model
Behavior
】
。
图
7
“定义材料弹性模量和泊松比”的对话框
（
3
）
双击
Density
，输入材料密
度，如图
8
所示。单击【
OK
】
按钮关闭对话框，
返回到
【
Define
Material
Model
Behavior
】
。
点击关闭【
Define
Material Model Behavior
】对话框。
图
8
“定义材料密度”对话框
5
、建立圆筒实体有限元模型
（
1
）
生成
45
度的圆环面
依次选择
Main Menu
→<
/p>
Preprocessor
→
Model
ing
→
Create
→
Areas
→
Circle
→
Partial
Annulus
→
依次输入圆环面的圆心、内径
R1
、启始
角
θ
1
、外径
R2
、终止角
θ
2
< br>、→
OK
。如图
9
所示。
图
9
“定义
1/8
圆环截面”对话框
生成如图<
/p>
10
所示的圆环截面。
图
10
“生
成的圆环截面”
（
2
）
拉伸成三维物体
依
次选择
Main
Menu
→
Preprocessor
→
Modeling
→
Operate
→
Extrude
< br>→
Areas
→
By XYZ
Offset
→选择圆环面→
OK
。如
图
11
所示。
图
11
“选
择圆环面”
输入
Z
< br>向偏移量
0.12
，如图
12
所示。
图
12
“输入
Z
向偏移量”
单击
【
< br>OK
】
按钮确认退出对话框，
在
图形区域将显示如图
13
所示
1/8<
/p>
圆筒模型。
图
13
“
1/8
圆筒模型”
6
、对实体划分网格
（
1
）依次选择
Main M
enu
→
Preprocessor
→
Meshing
→
Mesh
Tool
，
弹出【
Mesh Tool
】对话框图
14
所示，在
Element Attributes
的
下拉菜
单中选中
Volumes,
然后单击【
Set
】按钮，弹出体积拾取对
话框，选中创建的圆筒实体模型
如图
15
所示。
图
14 Mesh Tool
对话框
图
15
体积拾取
单击【
O K
】按钮，弹出如图
16
所示的体积属性对话框。在
MAT
Materials number
后的下拉菜单中选中
1
，在
TYPE Element type
number
后的下拉菜单中选中
1 SOLID45
。
图
16
体积属性对话框
< br>然后单击【
OK
】按钮，结束设定，关闭对话框。
（
2
）单击
Mesh Tool
对话框中
Size Control
区域的
Lines
后面
的【
Set
】按钮，弹出拾取线的对话框，选中圆
筒的母线后，如图
17
所示。单击【
A
pply
】按钮，弹出线上单元尺寸控制对话框，如图
18
所示。在
NDIV No. Of element
division
后面的文本框中输入
30
< br>（表示在高度方向上，划分的层数为
30
）
。
图
17
母线选取
图
18
单元尺寸控制对话框
单击【
OK
】按钮，关闭单元尺寸控制对话框。
（
3
）单击
Mesh Tool
对话框中
Size Control
区域的
Lines
后面
的【
Set
】按钮，弹出拾取线的对话框，选中圆
筒的径向直线后，如
图
19
所示。单击
【
Apply
】按钮，弹出线上单元尺寸控制对话框，如
图
20
所示。在
ND
IV No. Of element division
后面的文本框中输
入
20
（表示在厚度方向上，划分的层数为
20
）
。
图
19
厚度径向直线选择
图
20
单元尺寸控制对话框
单击【
OK
】按钮，关闭单元尺寸控制对话框。
（
4
）单击
Mesh Tool
对话框中
Size Control
区域的
Lines
后
面的【
Set
】按钮，弹出拾取线的对话框，选中圆
筒内外圆周上圆
弧，如图
21
所示。单
击【
Apply
】按钮，弹出线上单元尺寸控制对
话框，如图
22
所示。在
N
DIV
No.
Of element
division
后面的文
本框中输
入
30
（表示在圆筒内外圆周上圆弧划分的单元数为
30
）
。
图
21
圆弧选取
图
22
单元尺寸控制对话框
单击【
OK
】按钮，关闭单元尺寸控制对话框。
（
5
）在
Mesh Tool
对话框中
Mesh
下的下拉菜单中选择
Volumes
，在划分网格方式中选择
Hex/Wedge
和
Sweep
，如图
23
所
示。
图
23
选择网格划分方式
单击【
Sweep
】按钮后，选择圆筒实体（如图
24<
/p>
）后，圆筒将被划