文档介绍：[CAE 精品教程]
ANSYS
从入门到精通
本文档从 CAE 入门基础理论开始,深入浅出为大家讲解了
ANSYS 软件的从入门的到精通的知识,并对 ANSYS 软件的
workbench DM(DesignModeler)模块、workbench DS
(Design Simulation)模块也都做了专门讲解,并附有实例操
作,是你学习 ANSYS 软件的最佳伴侣。
朊胖J
一、材料力学的基础知识
工程结构或机械的各组成部分,如建筑物的梁和柱、机床的轴,统称为构件。
当工程结构或机械工作时,构件将受到载荷的作用,为保证工程结构或机械的正常
工作,构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷。因此,它应当满足以下的要求:
1)强度的要求在规定载荷作用下构件当然不应破坏。例如,冲床的曲轴不可
折断,储气罐不应爆破。强度要求就是指构件应有足够的抵抗破坏的能力。
2)刚度要求在载荷作用下,构年即使有足够的强度,但若变形过大仍不能正
常工作,例如,若齿轮轴变形过大,将造成齿轮和轴承不均匀磨损,引起噪音。机
床主轴变形过大,将影响加工精度。刚度要求就是指构件应有足够的抵抗变形的能
力。
3)稳定性要求有些受压力作用的细长杆,如千斤顶的螺杆、内燃机的挺杆等,
应始终维持原有的直线平衡形态,保证不被压弯。稳定性要求就是指构件应有足够
的保持原有平衡形态的能力。
若构件的横截面尺寸不足或形状不合理,或材料选用不当,将不能满足上述要
求,从而不能保证工程结构和机械的安全工作。相反,也不应不恰当地加大横截面
尺寸或选用优质材料,这虽满足了上述要求,却多使用了材料和增加了成本,造成
浪费。
材料力学的任务就是保证在满足强度、刚度和稳定性的要求下,为设计既经济
又安全的构件,提供必要的理论基础和计算方法。
1. 1 基本概念
载荷(load)
也称为力、外力、负荷等,可以分成如下所示的各种类型:
1)根据构件内生成的应力来分类:
拉伸载荷,压缩载荷,弯曲载荷,剪切载荷,扭转载荷。
2)采用理论公式的载荷分类:
轴向力(N)、横向载荷(N)、弯矩(N·m)、扭矩(N·m)
3)按载荷的分布状态分类:
分布载荷(均匀分布和任意分布)
集中载荷(分布载荷的范围相对狭隘情况下的近似)
4)给予坐标的一点的载荷分类(在有限元法
中这样的表示很多):
Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz
Fx——为 x 轴方向上的载荷;
Mx——为绕 x 轴转的弯矩载荷
5)由加在构件上的载荷的变化形式分类:
静载荷(不随时间变化的载荷) 图
动载荷(不规则载荷、周期载荷、正弦波载荷、冲击载荷)
图
6)由载荷的作用位置来分类:
表面力(作用于表面的载荷)
物体力(作用于物体体积或质量的载荷,以加速度载荷为代表)
7)由载荷的原因来分类:
自重、压力载荷、水头压力、浮力、系留力、离心力载荷。地震载荷、风载荷、
温度载荷、热套、压力。
(1)与材料力学中理论方面有关的,根据构件内生成的应力来分类;
(2)采用理论公式的载荷分类则是重要的,它们也表示了所对应的构件的中和
轴,载荷作用于那个方向;
(3)按载荷的分布状态分类在有限元法中进行应力分析时非常重要的;
(4)基于坐标的一点的载荷分类;
(6)由载荷的作用位置来分类;
(5)由加在构件上的载荷的变化形式分类则是与强度评价方面有关;
(7)由载荷的原因分类,与(5)分类密切相关。
应力(stress)
载荷在构件内部产生的抵抗力就是应力。
应力,为载荷除以构件的剖面面积所得的值,也即单位面积上的力。
应力的记号对于垂向应力是σ(sigma),切应力为τ(tau),通用情况下用s。
应力的种类:
应力分成作用于构件剖面的垂直方向上的法向应力(正应力、拉伸应力和压缩
应力:σ)和作用于构件剖面内的斜线方向上的切面应力(剪应力:τ)。
在有限元法中,输出单元的法向应力(+为拉伸应力,一为压应力)和切应力。
应变(strain)和位移(displacement)
施加载荷则构件就会变形。把这个变形用应变和位移来说明。
位移——结构体中各点的移动量;
应变——对于原来长度而言位移所占的比例。
图
应变的符号使用ε(Epsilon),γ(Gamma),位移的符号使用δ(Delta),u,v,w
等。
载荷,位移、应变、应力之间的相互关系
只要有载荷存在就有位移、应变、应力的存在,这四种只要有其一