v1.0可编辑可修改1内六角扳手的静力分析与优化设计陈晨力学与工程学院，结构2010-01班，【摘要】本文中，将采用一个内六角扳手的静力分析为例来具体说明Ansys的典型分析过程，包括模型建立，划分网格，施加载荷和边界条件，求解以及后处理等。通过二维拉伸生成三维模型，分两步加载，查看两种载荷下六角形扳手的等效VonMises应力；对六边形扳手进行应力校核，看其等效VonMises应力是否小于200MPa。假如校核不满足，在不改变六角形尺寸和载荷的前提下，如何优化扳手的结构，使其满足设计要求。【关键词】扳手，应力校核，优化，荷载步分析1.问题描述内六角扳手在日常生产生活当中运用广泛。本例选取的扳手其实体模型如图1所示，先受1000N的力产生的扭矩作用，然后在加上200N力的弯曲，分析目的是算出在这两种外载作用下扳手的应力分布。扳手的详细参数如下：截面宽：10mm，正六边形边长为5.8mm；形状：正六边形杆长：手柄长：20cm倒角半径：1cm弹性模量：2.07×1011Pa向下的面力：20Nv1.0可编辑可修改2斜向上的面力：100N图1六方孔扳手的几何尺寸2.建立模型完整的前处理过程包括：设定分析模式；定义单元类型和实常数；定义材料属性；建立几何模型；划分有限元网格。下面就结合本实例进行介绍。本实例中选取的应力单位为Pa，力单位为N，长度为m。选择分析模式选取菜单项MainMenu|Preference，将弹出PreferenceofGUIFiltering（菜单过滤参数选择）对话框，如图。选中Structural复选框，以便Ansys的主菜单设置为与结构分析相对应的菜单选项。v1.0可编辑可修改3图2选择分析模式定义单元类型在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题的精度要求等，选定适合分析实例的有限元单元类型。本例中选用8节点实体单元（Solid-Brick8node45）。选取菜单项MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，将弹出ElementTypes（单元类型）对话框，点取Add，在LibraryofElementTypes中选取相应单元类型，如图3所示。图3选择单元类型定义材料属性本例中选用的两种单元类型均不需定义实常数，故略过定义实常数这一步骤而直接定义材料属性。选取菜单项MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，将弹出DefineMaterialModelBehavior对话框，如图：v1.0可编辑可修改4建立几何模型本实例采用沿路径拖拉的方式建立实体模型和有限元网格，因此首先建立扳手的截面，然后做出扳手的一条路径线，将截面沿此路径线拖拉生成扳手实体模型和网格。图4定义材料属性建立扳手截面（正六边形）单击菜单项MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Polygon|BySideLength，弹出PolygonbySideLength（根据边长创建正多边形）对话框，如图所示。输入边数6，边长。关闭创建多边形的对话框，生成正六边形如图。此种方式生成的正多边形的中心在工作平面的原点。v1.0可编辑可修改5图5建立六角形截面创建截面拖拉路径点击MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|InactiveCS,输入三个路径关键点：7（0,0,0），8（0，0,），9（0，，），生成点后将点点相连，做出基本路径框架如图：图6建立路径框架线之后进行倒角。在Create|Lines|中点取LineFillet，出现linefillet对话框。点选线7、8，输入倒角半径1cm，形成完整拖拉路径曲线。v1.0可编辑可修改6图7形成倒角生成实体模型点击MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude，选择拖拉对象“Areas”，方式“Alonglines”，依次点击面及拖拉路径线，生成实体模型如图8：图8建立好的实体模型v1.0可编辑可修改7网格划分选择MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool，打开网格划分工具。点选Global项后的Set，定义单元长度。本例选择2mm为单元尺度，网格划分方式为Sweep，划分后的网格如图10所示。图9网格划分工具图10划分好的网格定义边界条件与荷载建立有限元模型后，就需要定义边界条件并施加荷载，才能进行求解。定义边界条件实例的位移边界条件为将扳手杆部的底面边界上节点的全部位移固定。具体步骤：选择MainMenu|Preprocessor|Loads|DefineLoads|Apply|Structural，定义点选Displacement|OnAreas，弹出面选...
