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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。


1) 全变形 (Total Deformation):


2)Von-Mises 应力


3) 同样是Von-Mises应力,加上网格和变形看一下效果吧


获得应力和变形值以后,一个基本的支架分析也就完成了。这里我们最大的von-Mises应力是9.245e8,结合材料的许用应力,我们就知道设计是否合理了。结合最大应力的位置,我们知道如何来优化这个支架,设计出更好的产品。

来源:WELSIM
Deform动网格WELSIM焊接材料控制
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首次发布时间:2023-06-24
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一枚搞仿真的老员工
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