应用WELSIM分析简单支架

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今天我们来分析一个简单支架，如图所示，一段牢固的焊接在一个大型结构上，支架的圆孔中穿过一个相对较软的杆件，圆孔和杆件用螺纹连接。结构尺寸如图所示和受力工况如下图所所示。要求确定这两种工况下支架扰度变化的情况，以及圆角处的最大主应力。然后设计工程师可以根据分析结果来改进设计，以减小应力集中。

这样一个分析也可以用WELSIM进行快速建模和分析。在WELSIM软件安装以后，会在安装目录中的data文件夹中找到几何文件standHalf3d.step.

问题的描述

材料属性：弹性模量 E= 200 GPa, 泊松比为0.33

载荷：杆件的一端受到沿Y轴负方向的集中力 F=2 kN，支架的自由端还在局部区域上收到均匀的剪力 P = 36 MPa。

约束：支架的后面是焊接固定的，用全约束。

提示： WELSIM中的量都没有单位，用户应自己保证量纲的一致性。

建模要点

基于结构和载荷的对称性，可以只取模型的1/2进行分析。

启动WELSIM

启动WELSIM有以下两种方法，可以任意选一种。

1.双击桌面WELSIM v1.0的快捷方式图标。

2.在Windows操作系统中选择：[开始]->[程序]->[WELSIM]->[WELSIM v1.0]。

启动WELSIM后，出现程序的主窗口界面。在窗口的顶端位置的工具栏点击 “New”按钮，如果您使用的是已经激活授权的版本，就会建立一个初始化的项目。如下图所示，

创建材料

虽然系统自带一个Structural Steel （结构钢）的材料并可以直接使用。为了大家能熟悉WELSIM建立材料的过程。今天我们来创建一个材料。

在窗口左上角工具栏中点击”Add Material”按钮，添加一个材料。右键点击新加入的材料节点。双击材料节点，会进入到材料编辑模式。给材料添加2个属性“Young’s Modulus”和“Poisson’s ratio”，并各自赋值2e11和0.3。点击OK按钮结束材料定义。是不是很简单？

导入部件

在工具栏中点击”Import”按钮，并读取CAD模型文件”standHalf3d.step”，模型读取后会显示在图形窗口。

网格划分

WELSIM v1.0采用全自动网格划分的方式。用户可以控制网格密度和单元类型。这里我们设置最大单元尺寸”Maximum Size”为2，其他不做修改。点击工具栏中的网格划分按钮，系统将会生成默认的Tet10单元网格。网格的统计结果和显示如下：共生成了8127个高阶四面体单元。

施加边界条件

接下来我们施加4个边界条件，1个均布剪切力，1一个Y方向的集中力，1个用来支撑对称关系的位移约束，1一个用于模拟焊接的约束。

1) 在工具栏中点击“Add Pressure”按钮，在其属性窗口中设置施加的面，压力大小，和方向。这里我们在Y方向上给与 3.6e7的均布剪力。施加压力后图形会以高亮和文字显示出来。

2) 在工具栏中点击“Add Force”按钮施加集中力。在属性窗口中设置施加面和力的大小方向位移约束方向。这里集中力大小是2 kN, 施加在圆孔位置。

3) 在工具栏中点击“Add Displacement”按钮施加位移用来表征对称关系。在属性窗口中设置施加表面和位移约束方向。设置Z方向的位移为0.

4) 在工具栏中点击“Add Constraint”按钮施加一个全约束用来模拟焊接。施加在支架的背面。

求解

当边界条件设置完毕以后，即可以点击工具栏中的求解按钮进行计算。

结果显示

WELSIM v1.0当前支持位移，应力，和应变三种最常用的结果。鼠标点击树状窗口的”Answer”节点时，点击工具栏上的读取全部结果”Evaluate all results”按钮或者逐个点击“Evaluate”按钮。就可以查阅并分析结果了。下面分别是系统预制的全变形和von-Mises应力结果。