一文搞懂Ansys Workbench平面应力分析_Mechanical_Workbench_静力学_SolidWorks_曲面_螺栓

一文搞懂Ansys Workbench平面应力分析

纵横CAE

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1 问题描述

平面应力问题适合于薄平板结构，受平行于平板方向的外力作用，如下图所示。我们可以做出假设Z轴方向无应力，即Z轴方向应力为0，此时薄平板只受到XY轴方向的应力作用。

Ansys Workbench分析平面应力问题时，经常需要构建2D模型，并进行2D分析设置，必须激活2D分析类型。那么如何将分析类型由3D激活为2D？看完本文，你就彻底明白了。

2 几何建模

首先，采用Solidworks的曲面建模功能构建一个2D平面，如图1所示。点击前视基准面，绘制一个矩形草图—>插入—>曲面—>平面区域。

Fig. 1 几何建模

特别需要注意的是，2D平面的草图必须选择前视基准面（即XY平面），如图2所示。

Fig. 2 前视基准面绘制草图

依次点击“文件”—>“另存为”，将2D平面保存为STP（推荐）或IGS格式，如图3所示。

Fig. 3 保存几何模型

3 模型导入

依次点击开始—>所有应用—>ANSYS—>Workbench，启动并进入Workbench界面，新建静力学分析（Static Structural），如图4所示。

Fig. 4 新建静力学分析

右击Geometry—>Import Geometry—>Browse—>选择构建的2D平面，将2D平面导入DM界面，如图5所示。

Fig. 5 导入几何模型

右击Geometry—>Edit Geometry in DesignModeler，进入DM界面，如图6所示。

Fig. 6 进入DM界面

设置Units为Millimeter。右击模型树中的Import1，选择Generate，生成2D平面，如图7所示。

Fig. 7 生成2D平面

4 激活2D

关闭DM界面，返回到Workbench界面，勾选菜单栏View中的Properties，右侧出现“Properties of Project Schematic”表格，如图8所示。

Fig. 8 打开“Properties of Project Schematic”

单击Geometry，右侧表格变为“Properties of Schematic：Geometry”，将表格最下方的Analysis Type由3D修改为2D，激活2D分析类型，如图9所示。

Fig. 9 激活2D分析类型

双击项目流程图Static Structural中的Model，进入Mechanical界面，如图10所示。

Fig. 10 进入Mechanical界面

单击模型树中的Geometry，在下方的2D Behavior中设置2D分析的问题类型，如图11所示。

Fig. 11 分析设置与求解

其余步骤与3D分析基本一致，本文不再一一操作，有兴趣可参考前期文章：ANSYS Workbench线性结构静力分析实例操作。

Fig. 12 平面应力云图

5 注意事项

1）2D分析，需要在DM界面新建或打开一个面物体，或者从任意可以创建面物体的CAD软件中导入。

2）2D模型必须在XY平面内，2D平面物体可以使用，但是2D线状物体不可使用。

3）先激活2D分析类型，然后才能进入Mechanical，否则还是3D分析，并且不能再进行2D激活。一旦激活2D，则不可再把2D分析改成3D分析。

4）2D分析不能使用螺栓预紧载荷、线性压力、简单支撑、固定转动；压力只能施加在边界上；载荷和分析结果都是XY平面内的，没有Z方向上的分量。

来源：纵横CAE

Ansys Workbench施加局部载荷（印记面功能）

在Ansys Workbench中施加局部载荷，主要通过使用印记面功能（Imprints Faces）来实现，该功能就像在局部区域刻了印章一样。本文以简单悬臂梁为例，详细讲解Ansys Workbench局部载荷施加方法。1 几何建模在Solidworks环境下构建悬臂梁几何模型，长200mm×宽20mm×厚10mm。此外，在悬臂梁末端欲施加局部载荷的区域创建一个正方体，不合并实体，如下图所示。2 模型传输点击工具选择Ansys Workbench，将悬臂梁几何模型传输至Workbench的Geometry中，如下图所示。具体参见前期文章：Ansys Workbench关联Solidworks。3 创建印记面右击Geometry，选择Edit Geometry in Designmodeler。右击Attach，选择Generate生成模型。选中两个实体，右键选择Form New Part，如下图所示。将Static Structural拖到Geometry上，双击Model进入Mechanical界面。右击不需要的正方体，选择Suppress将模型拟制，在悬臂梁上出现印记面，如下图所示。4 施加局部载荷完成材料定义、网格划分、约束设置之后，展开Loads，添加Pressure。窗口选择印记面，下方列表Geometry中点击Apply，Magnitude中输入局部压力。点击Analysis Settings设置求解参数。右击Solution，选择Solve，进行求解计算。求解完成后，使用后处理工具查看和分析结果，如位移变形、应力分布等。来源：纵横CAE