5.4 实例3——板单元静力学分析
本节主要介绍ANSYS Workbench的结构线性静力学分析模块，计算某板单元上端受力及应力分布。
学习目标：
（1）熟练掌握ANSYS Workbench静力学分析的方法及过程。
（2）熟练掌握ANSYS Workbench中轴对称属性的设置。
5.4.1 问题描述
如图5-83所示为某二维轴对称模型，请使用ANSYS Workbench 2020计算二维轴对称单元受力及应力分布。
图5-83 二维轴对称模型
5.4.2 建立分析项目
① 在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→“ANSYS 2020 R1”→“Workbench 2020 R1”命令，启动ANSYS Workbench 2020，进入主界面。
② 双击主界面“Toolbox”（工具箱）中的“Analysis Systems”→“Static Structural”（静态结构）命令，即可在“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中创建分析项目A，如图5-84所示。
图5-84 创建分析项目A
5.4.3 创建几何体
① 右击A3栏的“Geometry”，在弹出的快捷菜单中选择“New DesignModeler Geometry”命令，如图5-85所示。
② 在DesignModeler绘图窗格中绘制如图5-86所示的几何体。
图5-85 选择“New DesignModeler Geometry”命令
图5-86 绘制几何体
对几何体进行标注：
"L1=40mm";"L2=60mm";"V3=10mm";"H5=10mm";"H9=10mm";"L6=L7=5mm";"V4=V8=2mm".
③ 依次选择“Concept”→“Surfaces From Sketches”命令。
④ 在弹出的“Details View”面板中设置曲面属性，如图5-87所示。
⑤ 单击
按钮，生成如图5-88所示的几何模型。
图5-87 设置曲面属性
图5-88 几何模型
⑥ 单击DesignModeler界面右上角的
（关闭）按钮，关闭DesignModeler平台，返回到Workbench 2020主界面。
5.4.4 添加材料库
① 双击项目A中A2栏的“Engineering Data”，进入如图5-89所示的材料参数设置界面，在该界面下可以进行材料参数设置。
图5-89 材料参数设置界面1
② 在“Structural Steel”下面的栏中输入材料名“Axy_Material”，如图5-90所示，并在下面的表中加入以下属性。
图5-90 材料参数设置界面2
添加“Young's Modulus”（杨氏模量）为“2E+11”。
添加“Poisson's Ratio”（泊松比）为“0.3”。
添加“Bulk Modulus”（体积模量）为“1.666E+11”。
添加“Shear Modulus”（剪切模量）为“7.692E+10”。
③ 单击工具栏中的
按钮，返回到Workbench 2020主界面，完成材料库的添加。
5.4.5 添加模型材料属性
① 双击项目A中A4栏的“Model”，进入Mechanical界面。
提示
“Outline”（分析树）的“Geometry”前显示问号
，表示数据不完全，需要输入完整的数据。本例出现问号是因为没有为模型添加材料。
② 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Geometry”→“Surface Body”命令，此时可以在“Details of‘Surface Body’”面板中给模型添加材料，如图5-91所示。
③ 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Geometry”命令，此时可以在“Details of‘Geometry’”面板中的“2D Behavior”栏选择“Axisymmetric”选项来设置轴对称属性，如图5-92所示。
图5-91 添加材料
图5-92 设置轴对称属性
5.4.6 划分网格
① 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Mesh”命令，此时可在“Details of‘Mesh’”面板中修改网格参数，如图5-93所示，在“Resolution”栏中输入“4”，在“Element Size”栏中输入“1.e-004m”，其余选项采用默认设置。
② 右击“Outline”（分析树）中的“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Generate Mesh”命令，最终的网格效果如图5-94所示。
图5-93 修改网格参数
图5-94 网格效果
5.4.7 施加载荷与约束
① 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Static Structural（A5）”命令，此时会出现如图5-95所示的“Environment”选项卡。
② 选择“Environment”选项卡中的“Structural”（结构）→“Fixed”（固定）命令，此时在分析树中会出现“Fixed Support”命令，如图5-96所示。
图5-95 “Environment”选项卡
图5-96 添加“Fixed Support”命令
③ 选择“Fixed Support”命令，再选择图中右侧边线，添加固定约束，如图5-97所示。
图5-97 添加固定约束
④ 添加两个力载荷，分别加载在左侧的上下两个边线上，如图5-98所示，载荷大小均为2513N，方向相反。
图5-98 添加力载荷
⑤ 右击“Outline”（分析树）中的“Static Structural（A5）”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Solve”命令。
5.4.8 结果后处理
① 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”命令，此时会出现如图5-99所示的“Solution”选项卡。
② 选择“Solution”选项卡中的“Results”（结果）→“Stress”（应力）→“Equivalent（von-Mises）”命令，此时在分析树中会出现“Equivalent Stress”（等效应力）命令，如图5-100所示。
图5-99 “Solution”选项卡
图5-100 添加“Equivalent Stress”命令
③ 同步骤2，选择“Solution”选项卡中的“Results”（结果）→“Strain”（应变）→“Equivalent（von-Mises）”命令，如图5-101所示，此时在分析树中会出现“Equivalent Elastic Strain”（等效应变）命令。
④ 同步骤2，选择“Solution”选项卡中的“Results”（结果）→“Deformation”（变形）→“Total”命令，如图5-102所示，此时在分析树中会出现“Total Deformation”（总变形）命令。
图5-101 添加“Equivalent Elastic Strain”命令
图5-102 添加“Total Deformation”命令
⑤ 右击“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Evaluate All Results”命令。
⑥ 选择“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”→“Equivalent Stress”命令，此时会出现如图5-103所示的应力分析云图。
⑦ 选择“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”→“Equivalent Elastic Strain”命令，此时会出现如图5-104所示的应变分析云图。
图5-103 应力分析云图
图5-104 应变分析云图
⑧ 选择“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”→“Total Deformation”（总变形）命令，此时会出现如图5-105所示的总变形分析云图。
图5-105 总变形分析云图
5.4.9 保存与退出
① 单击Mechanical界面右上角的
（关闭）按钮，关闭Mechanical平台，返回到Workbench 2020主界面。
② 在Workbench 2020主界面中单击工具栏中的
（保存）按钮，在“文件名”文本框中输入“Axy_Structural.wbpj”。
③ 单击右上角的
（关闭）按钮，退出Workbench 2020主界面，完成项目分析。
5.4.10 读者演练
本例简单讲解了轴对称单元的受力分析，读者可以通过本例了解轴对称的设置方法。另外，读者可以根据5.2节讲述的实体静力学分析，进行实体静力学分析，对比数据结果。