应力集中问题的考察-有孔零件的情况
2017-09-06 by:CAE仿真在线 来源:互联网
前面几篇文章考察了轴肩处无倒角,倒斜角,倒圆角时,有限元软件的计算能力,这里接着考察有孔零件的有限元分析。
有孔的零件同样存在应力集中,那么有限元软件在对之进行计算时,能否得到收敛的结果呢?这是我们在分析中必须关注的另外一个问题。
算例如下,一带孔板件,左边固定,右边施加1MPa的均布拉力,现在考察小孔处的应力。
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys图片1](http://www.1cae.com/i/g/c3/c360f7cc5e8ac394ac6a3ad56e318897r.jpg)
(1)单元尺寸5mm,得到的有限元模型如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys图片2](http://www.1cae.com/i/g/e7/e7c795001acb046b72c68c5a58bbc965r.jpg)
应力云图如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys图片3](http://www.1cae.com/i/g/1c/1c93d0900ae4b4e1bb2d74dd6cff1b9br.jpg)
可见,在孔的周围已经出现了应力集中。按照弹性力学理论,最大应力应该出现在孔的上下边沿,此时因为网格很粗,最大应力是在该孔的其它地方出现的。
(2)单元尺寸2mm,得到的有限元模型如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys图片4](http://www.1cae.com/i/g/3e/3e6458931b94cbf97c0a90acb9eec03fr.jpg)
应力云图如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys结构分析图片5](http://www.1cae.com/i/g/1b/1bd868893a7e26f2309a46c341f8a980r.jpg)
可见,孔的上下边沿应力最大,为2.79MPa.
(3)单元尺寸1mm,得到的有限元模型如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys结构分析图片6](http://www.1cae.com/i/g/56/5620694bbb4d2a63309e36f4ac19d402r.jpg)
应力云图如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys结构分析图片7](http://www.1cae.com/i/g/f1/f13d3549d7b28bf0ef3d6ccb32eaaa6er.jpg)
可见,应力上升到3.16MPa.
(4)单元尺寸1mm,孔周围第一次局部加密,得到的有限元模型如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys结构分析图片8](http://www.1cae.com/i/g/dd/dd3e698827d22d91348f170f09d304f7r.jpg)
应力云图如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys结构分析图片9](http://www.1cae.com/i/g/10/10fec9ceb8ad683960292932a7dd76afr.jpg)
可见,应力上升到3.37MPa.
(5)单元尺寸2mm,孔周围第二次局部加密,得到的孔周围有限元模型如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys结构分析图片10](http://www.1cae.com/i/g/00/00dcce11505e6be54780fa25611934b2r.jpg)
应力云图如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys workbanch图片11](http://www.1cae.com/i/g/2b/2b06f45cb13b3dd77e32256aa459298er.jpg)
可见,在远离孔处,应力已经均匀分布,这意味着网格划分已经大致合适。应力上升到3.41MPa.
(6)单元尺寸2mm,孔周围第三次局部加密,得到的有限元模型如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys workbanch图片12](http://www.1cae.com/i/g/40/4090a14b23554cd7b551445f7589f9car.jpg)
应力云图如下
![应力集中问题的考察-有孔零件的情况ansys workbanch图片13](http://www.1cae.com/i/g/d6/d6df52e056e63fda4e034fdc9945af6dr.jpg)
可见,应力上升到3.42MPa.结果已经收敛。
【评论】
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对于有孔的零件,通过不断加密网格,有限元分析软件可以得到收敛的结果。
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如果结构中存在孔洞,在有限元分析前不要随便简化这些小结构,除非我们坚信这些地方并非危险处。
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