ANSYS轴对称结构的静力分析

简介：
本文章介绍了如何使用ANSYS软件进行轴对称结构的静力分析方法和步骤，包括前处理、求解及后处理过程。 ### ANSYS轴对称结构静力分析 #### 1. 轴对称结构概述 在工程领域，很多结构可以通过一个截面绕某固定轴旋转而成，如果这种结构所受的外载荷和边界条件也沿该轴对称，则这类结构被称为**轴对称结构**。对于此类结构，可通过特定简化方法减少计算模型复杂度并提高效率。ANSYS作为一种广泛使用的有限元分析软件，提供了专门针对轴对称结构的工具。 #### 2. 问题描述与背景 本案例研究的是带有鼓桶的压气机盘结构件，在整体分析时为简化模型和保留主要特征可以忽略一些次要细节（如小孔）。通过利用其轴对称性质进行建模，可实现对该组件的整体静力分析。 #### 3. 结构与载荷条件 - **结构**: 压气机盘鼓结构件。 - **简化处理**: - 不考虑叶片和压气机上的孔； - 将叶片的离心效应作为线分布力施加于轮盘边缘。 - **坐标系统**: 图中显示了关键点坐标（见表8.1）。 - **材料属性**: - 材料: TC4钛合金 - 弹性模量: \(1.15 \times 10^5\) MPa - 泊松比: \(0.3078\) - 密度: \(4.48 \times 10^{-9}\) 吨立方毫米 - **工作条件**: - 盘转速为\(11,373\) 转/分钟； - 叶片数量：\(74\)个； - 总离心力: \(628,232\) N（沿径向等效）。 - **约束条件**: - 在鼓桶的上表面施加径向约束，在侧面施加轴向约束。 #### 4. 建立模型步骤 - **设定分析作业名和标题**: - 文件名: CH08 - 标题: staticanalysisofcompressorstructure - **定义单元类型**: - 使用ANSYS的PLANE42四节点四边形单元，并将其设置为轴对称单元。 - **模型创建**: - 创建平面模型，位于总体XY坐标系内； - 在网格划分前进行适当的切分处理以利于后续操作。 #### 5. 模型创建过程详解 - **分析作业名和标题设定**: - 使用Utility Menu | File | Change Jobname更改文件名为CH08。 - 使用Utility Menu | File | Change Title设置标题为staticanalysisofcompressorstructure。 - **单元类型定义**: - 在MainMenu下选择Preprocessor -> ElementType -> AddEditDelete，选取PLANE42单元； - 单元库对话框中选择Solid下的Quad4Node42。 #### 6. 分析步骤 1. **网格划分**: 根据结构特点和精度要求对模型进行合理的网格划分。 2. **施加载荷**: - 将叶片的离心效应作为线分布力施加于轮盘边缘； - 设置边界条件，包括径向和轴向约束。 3. **求解分析**: - 使用ANSYS求解器执行静态分析，并获取应力、应变及位移等结果。 4. **结果解读**: 解释并评估结构的安全性和可靠性。如有必要调整模型或载荷条件后重新进行分析。 #### 7. 结论 通过对带有鼓桶的压气机盘组件实施轴对称静力分析，可以显著简化计算模型，并提高效率。利用ANSYS提供的工具和技术能够准确地评价其安全性和可靠性，从而为设计优化提供重要依据。