主要内容

圆孔板的应力集中

执行二维平面应力弹性分析。

受单轴拉伸的矩形薄板具有均匀的应力分布。在薄板中引入圆孔会干扰孔附近的均匀应力分布,导致显著高于平均应力。受平面内载荷作用的此类薄板可分析为二维平面应力弹性问题。在heory,如果板是无限大的,则孔附近的应力比平均应力高三倍。对于有限宽度的矩形板,应力集中系数是孔直径与板宽度之比的函数。此示例使用有限宽度的板近似应力集中系数。

创建结构模型并包含几何图形

为静态平面应力分析创建结构模型。

model=createpde(“结构性”,“静态平面应力”);

板必须足够长,以便施加的荷载和边界条件远离圆孔。该条件确保在远场中存在均匀拉伸状态,因此近似于无限长板。在本例中,板的长度是其宽度的四倍。指定以下内容:由于几何参数的问题。

半径=20.0;宽度=50.0;总长度=4*宽度;

定义矩形和圆的几何描述矩阵(GDM)。

R1=[3 4-总长度总长度...总长度-总长度...-宽度-宽度]”;C1=[1 0 0 0 0 0 0 0 0 0]”;

定义组合的GDM、名称空间矩阵,并设置公式以使用德斯格.

gdm=[R1 C1];ns=char(“R1”,“C1”);g=decsg(gdm,“R1-C1”,ns');

创建几何图形并将其包含到结构模型中。

几何尺寸图(模型g);

打印几何图形以显示边标签。

图pdegplot(模型,“EdgeLabel”,“开”);轴([-1.2*总长度1.2*总长度-1.2*宽度1.2*宽度])标题“带边标签的几何图形”;

图形包含一个轴。带有标题几何图形和边缘标签的轴包含9个类型为line、text的对象。

打印显示顶点标签的几何图形。

图pdegplot(模型,“顶点标签”,“开”);轴([-1.2*总长度1.2*总长度-1.2*宽度1.2*宽度])标题“带有顶点标签的几何体”;

图形包含一个轴。带有标题几何图形和顶点标签的轴包含9个类型为line、text的对象。

指定模型参数

指定杨氏模量和泊松比以模拟线弹性材料的行为。请记住以一致的单位指定物理特性。

结构特性(模型、,“杨斯穆卢斯”,200E3,“PoissonsRatio”,0.25);

通过指定足够的约束来约束板的所有刚体运动。对于静态分析,约束还必须抵抗由施加荷载引起的运动。

设定x-左边缘(边缘3)上的位移分量为零,以抵抗施加的荷载。设置Y-左下角(顶点3)的位移分量为零,以约束刚体运动。

结构BC(模型,“边缘”3.“XDisplacement”,0);结构BC(模型,“顶点”3.“YDisplacement”,0);

使用非零扭矩施加地面牵引力x-板右边缘上的部件。

结构边界荷载(模型,“边缘”1.“表面反应”,[100;0]);

生成网格并求解

要准确捕获溶液中的渐变,请使用细网格。使用最大波高以控制网格大小。

generateMesh(模型,“Hmax”,半径/6);

绘制网格。

图pdemesh(型号)

图中包含一个轴。该轴包含两个类型为line的对象。

求解平面应力弹性模型。

R=求解(模型);

绘制应力等值线

绘制x-正应力分布的一部分。应力等于远离圆形边界施加的张力。应力的最大值出现在圆形边界附近。

图pdeplot(型号,“XYData”,R.Stress.sxx,“彩色地图”,“喷气式飞机”)轴心相同的标题“沿x方向的法向应力”;

图中包含一个轴。标题为“沿x方向的法向应力”的轴包含一个patch类型的对象。

插值应力

要查看圆形边界附近应力变化的详细信息,请首先在边界上定义一组点。

thetaHole=linspace(0,2*pi,200);xr=radius*cos(thetaHole);yr=radius*sin(thetaHole);CircleCoordinates=[xr;yr];

然后使用内插应力。此函数返回一个结构数组,其字段包含插值应力值。

应力孔=内插应力(R,圆坐标);

绘制法向应力与插值点的角度位置的关系图。

图形图(thetaHole,stressHole.sxx)xlabel(“\theta”)伊拉贝尔(“\sigma_{xx}”)头衔“圆形边界周围的法向应力”;

图中包含轴。标题为“圆形边界周围的法向应力”的轴包含线型对象。

用对称模型解决同样的问题

带孔模型的板具有两个对称轴。因此,可以对四分之一的几何体进行建模。以下模型使用适当的边界条件求解完整模型的四分之一。

为静态平面应力分析创建结构模型。

symModel=createpde(“结构性”,“静态平面应力”);

创建表示原始模型一个象限的几何图形。不需要创建其他边来正确约束模型。

R1=[3 4 0总长度/2总长度/2...宽度0 0 0 0宽度]';C1=[100 0半径0 0 0 0]';gm=[R1 C1];sf=“R1-C1”;ns=char(“R1”,“C1”)g=decsg(gm,sf,ns');几何图形(symModel,g);

打印显示边缘标签的几何图形。

图pdegplot(symModel,“EdgeLabel”,“开”);轴线相同的标题“带边标签的对称象限”;

图中包含一个轴。带有标题对称象限和边缘标签的轴包含6个类型为line、text的对象。

指定材质的结构特性。

结构特性(symModel,“杨斯穆卢斯”,200E3,...“PoissonsRatio”,0.25);

在边3和4上应用对称约束。

结构BC(symModel,“边缘”,[3 4],“约束”,“对称”);

在边缘1上施加表面牵引力。

结构边界荷载(对称模型,“边缘”1.“表面反应”,[100;0]);

生成网格并求解对称平面应力模型。

生成网格(symModel,“Hmax”,半径/6);Rsym=求解(对称模型);

绘制x-正应力分布的一部分。结果与完整模型的第一象限相同。

图pdeplot(symModel,“XYData”,Rsym.Stress.sxx,“彩色地图”,“喷气式飞机”);轴线相同的标题“对称模型x方向的法向应力”;

图中包含一个轴。对于对称模型,标题为“沿x方向的法向应力”的轴包含一个patch类型的对象。