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Ansys在线上施加线压力的方法及其单位讨论
在Ansys中使用PLANE、SHELL等单元进行曲面的相关分析时经常会遇到在曲面上给某个边施加线压力的问题。在ANSYS中施加线压力可依次单击菜单Solution - Define Loads - Apply - Structural - Pressure - On Lines,然后在弹出的Apply PRES on lines对话框中设置线压力。
需要注意的是线分布力的单位量纲为:力/长度(关于有限元分析的量纲问题可参考本站文章《有限元分析常用单位量纲间的关系》),因此在使用线压力时应注意单位的换算,详细分析可参考下面的算例。
算例:求解在均布载荷作用下长方形平板的变形,已知条件如下:薄板厚度0.01m,p= 5MPa ,E =69GPa,泊松比= 0.3,如下图所示:
在使用SHELL181单元进行求解时,由于上面所给出的压力为p=5MPa=5N/m²,因此在线上施加压力时应用p乘以板的厚度0.01m,最终施加的线压力的数值为50000N/m。求解结果如下图所示,最大应力为15.4MPa。
解析解计算如下:
最大拉应力σmax=Kn*σn
其中,σn=P/((W-D)*T),Kn=2+(1-D/W)3
式中,W,D,T分别代表板的宽度,孔径以及板厚;P是板承受的拉力,σn是横截面上的平应力;Kn是应力集中系数。将W=0.6m,D=0.2m,T=0.01m,P=5000000*0.01*0.6N=30000N
计算σmax=18.84MPa
有限元分析结果和理论求解基本一致。