基于ANSYS分析的板的优化设计.doc

基于ANSYS分析的板的优化设计 一、问题的描述 2 二、建立模型并求解 2 1、创建图形 2 2、进行单元属性定义 3 （1）定义单元类型 3 （2）定义实常数 3 （3）定义材料属性 4 3、划分网格 4 4、定义约束位移 5 5、求解 5 三、求解应力分布及变形 6 1、应力分布图 6 2、变形图和位移图 6 四、减轻孔设计 7 1、开孔方案 7 方案1：椭圆孔 8 方案2：圆孔 10 2、方案比较 12 3、探索 12 （1）板厚为12mm 12 （2）板厚为13mm 13 （3）板厚为13.8mm 14 五、加强结构设计 14 1、加强方案 14 方案一 14 （1）加强筋结构尺寸 15 （2）求解——应力图 15 方案二 16 （1）加强筋尺寸 16 （2）求解——应力图 17 2、方案比较 18 3、探索 18 （1）仅减小方形钢的厚度 18 （2）仅减小角钢的高度和宽度 19 A、其新的应力图为： 20 B、加强筋的剪力图 20 C、加强筋的弯矩图 21 六、强度评估 22 1、屈服强度 22 2．屈曲强度 23 3、疲劳强度 23 一、问题的描述 如图所示，一块1600mmx1000mm的矩形板，板厚t=10mm。钢材的弹性模量E=2x1011pa，泊松比0.3，密度为7.85x103kg/m3。板架的两个短边为铰支，在两个长边上受均匀压载荷q=400N/mm。（所有钢材均为普通钢Q235） 二、建立模型并求解 1、创建图形 建立一个长为1600，宽为1000的长方形 2、进行单元属性定义 （1）定义单元类型 （2）定义实常数 （3）定义材料属性 3、划分网格 单元边长为: 40 4、定义约束位移 板架的两个短边为铰支，在两个长边上受均匀压载荷q=400N/mm 5、求解 三、求解应力分布及变形 1、应力分布图 ——可以看出最大节点应力为80.192N/mm2，位置出现在方形板的四个角点。 2、变形图和位移图 （1）变形图 （2）位移图 由图中可以看出，最大变形值为0.944e-07。 四、减轻孔设计 应题目要求，需在板中开一孔，使整个板的重量减少30%，故开孔总的面积应大于4.8E+5 。 1、开孔方案 方案1：椭圆孔 为方便计算，椭圆孔可以简化为一个方形孔和两个半圆形孔，由下图所标尺寸可以得出开孔面积为3.14*300*300+600*340=4.866E+5，大于4.8E+5，满足减轻重量要求。 （1）创建图形 （2）划分网格 网格尺寸40，方式为Mapped（映射网格） （3）定义约束位移 （4）求解——应力分布图 图中可以看出最大应力为265.571 N/mm2 方案2：圆孔 取圆孔半径为392mm，则开孔面积为3.14*392*392=4.825E+5mm2，大于4.8E+5，满足减轻重量要求。 （1）创建图形 （2）划分网格 尺寸和方式与方案1类似 （3）定义约束位移 （4）求解——应力分布图 从图中可以看出，最大应力为278.911 N/mm2； 2、方案比较 方案1中，开孔面积为4.866E+5，最大应力为265.571 N/mm2； 方案2中，开孔面积为4.825E+5，最大应力为278.911 N/mm2； 由上可以知道，方案1不仅开孔面积和重量减轻比方案2大，而且最大应力也比方案2小，所以方案1明显优于方案2，故采用方案1的开孔方法。 3、探索 虽然方案1较好，但是它的最大应力265.571 N/mm2仍大于题目要求（195N/mm2），所以还需要对板进行加强。 现在我们可以进行探索，如果给板增加厚度，那么多大厚度能够达到不需要加强就可以满足题目应力要求呢？ （1）板厚为12mm 最大应力为221.309N/mm2。 （2）板厚为13mm 最大应力为204.286N/mm2。 （3）板厚为13.8mm 最大应力为192.443 N/mm2，我们可以知道，当板厚达到13.8mm左右时，不用给板加强它也能满足题目应力要求。 五、加强结构设计 1、加强方案 方案一 （1）加强筋结构尺寸 在椭圆孔周围设置一圈角钢L加强筋，尺寸如图所示： 在方形板的两个长边处用方形型钢加强，尺寸如图所示： （2）求解——应力图 由图中可以看出，板经过加强后其最大应力为192.79 N/mm2，小于195 N/mm2，满足要求。 方案二 如上图所示，增加四条角钢加强筋。 （1）加强筋尺寸 （2）求解——应力图 2、方案比较 方案一针对最大应力出现的位置在椭圆孔周围和受力边加强，最大应力为192.79 N/mm2； 方案二没有考