搜索CAE考試樣題：有圓角過渡臺階圓軸拉伸的應力集中系數計算
2017-06-03 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
導讀:應力集中現象普遍存在于各種工程結構中,大部分結構破壞事故是應力集中引起的。為確保工程結構的使用安全,提高產品的質量和經濟效益,必須科學地處理結構元件的應力集中問題。
問題描述:
大小端直徑分別為D和d的圓軸,周向有圓角過渡的臺肩,臺肩圓角半徑為r,見下圖。當圓軸承受拉伸載荷時候,最大應力發生在小端表面與過渡圓弧的切點附近。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。計算該軸的最大應力和應力集中系數。
問題分析:
圓軸在受拉載荷作用下,同一半徑的任意圓周角度的應力是相同的,因此可按照軸對稱模型建模。建模方法請參考:厚壁圓筒應力分析:軸對稱模型ANSYS分析。
計算結果:
本算例ANSYS的數值解的最大應力為197.2MPa,應力集中系數為1.97。
根據文獻中的擬合公式,見下圖,圖中拉力P單位是N,算得應力集中系數Kt為1.82。根據已知參數,得出本算例經驗值的最大應力為182MPa。
ANSYS的數值解與擬合公式的計算誤差為(1.97-1.82)/1.82=8.24%。
擬合公式的參考文獻:“Peterson's stress concentration factors” Second edition, by W.D. Pilkey。
計算步驟:
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命令流:
/PREP7
ET,1,PLANE183 !單元類型
KEYOPT,1,3,1 !軸對稱
MP,EX,1,2.1e5 !材料屬性
MP,PRXY,1,0.3
K,1,,,, !關鍵點
K,2,35,,,
K,3,35,200,,
K,4,25,200,,
K,5,25,400,,
K,6,0,400,,
LSTR,1,2 !線
LSTR,2,3
LSTR,3,4
LSTR,4,5
LSTR,5,6
LSTR,6,1
LFILLT,3,4,5, , !圓弧倒角線
AL,all !線圍成面
AESIZE,all,5, !面的單元尺寸
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,0
AMESH,all !分網
LREFINE,7, , ,5,1,1,1 !圓弧線細化網格
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 !軸向應力
/EXPAND,36,AXIS,,,10
轉自:本文作者:張強 視頻制作:王九亮 微信號:好學ANSYS 微信ID:ansys-good 好學ANSYS出品
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