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阐发梁弯曲试验教学中引入ANSYS阐发的效果

来源:UC论文发表网2019-05-26 20:32

摘要:

0 引言 资料力学是工科院校中一门重要的技术基础课,也是一门实践与试验相结合的课程。该课程对提高门生实践能力与创新能力具有极其重要的感化。资料力学试验部分在全体资料力

  0 引言

  "资料力学"是工科院校中一门重要的技术基础课,也是一门实践与试验相结合的课程。该课程对提高门生实践能力与创新能力具有极其重要的感化。资料力学试验部分在全体资料力学中具有重要地位,资料力学试验与资料力学实践教学互为支撑,互为验证,颠末过程试验可以或许或许增强对资料力学实践知识的懂得。

  弯曲变形是工程中构件的基本变形之一,如布局中的梁和板都是典型的受弯构件。梁的弯曲正应力计算公式是停止梁的强度计算的重要根据,该公式是树立在平截面假设的基础上,因此对该公式停止验证具有重要意义。目前,大部分高校都是颠末过程开设弯曲试验课程,让门生颠末过程试验数据验证弯曲正应力计算公式的正确性。这种办法有用,但却不能让门生直观的观察到梁截面上应力的散布环境。

  为了提高门生的学习兴趣,同时增强门生的阐发能力和创新能力,丰富教学内容和试验情势,本文在试验的基础上引入大型有限元阐发软件 ANSYS,利用 ANSYS 软件绘制试件的变形图、应变图和应力图,并将 ANSYS 计算结果和试验结果、实践计算结果相比较,证实实践计算公式的正确性和应用规模。

  1 弯曲试验

  梁的弯曲试验示用意如图 1 所示,截面采纳矩形截面,资料为低碳钢。

  如图 1 所示矩形截面简支梁,截面大小为 12mm×24mm,梁的跨度为 820mm.分离在距梁端为 310mm 地位处施加会合力,荷载品级为 3 级,每级之间相差 60N.弹性模量 E=195GPa,屈服极限 σs=360MPa.根据外荷载在梁上发生的内力,梁被分为纯弯段(CD 段)和弯剪段(AC、BD段)。根据教材,梁的弯曲正应力计算公式树立在纯弯曲的条件下,因此,试验也重要测量纯弯段的应变和位移。在梁CD 段的侧面上,沿与轴线平行的分歧高度的线段上粘贴形个应变片作为工作片,另外在梁的右支座以外粘贴有一个应变片作为温度补偿片。分离位于中性层上、梁的上外面、梁的下外面,且应变片之间等距,取梁上外面地位为0,应变片地位分离在 0、6、12、18、24 高度处。将五个工作片和温度补偿片的引线以 1/4 桥情势分离接入 DH3818静态应变测试仪面板上的五个通道中,构成五个电桥。颠末过程测试矩形截面梁在纯弯曲感化下横截面的正应力散布规律和转角、挠度,验证阐发实践计算公式。当梁在载荷感化下发生弯曲变形时,工作片的电阻值将跟着梁的变形而发生变更,颠末过程 DH3818 静态应变测试仪可以或许或许分离测量出各对应地位的应变值。

  该试验可采纳增量法加载。每增长等量载荷 F=60N,测定各点在 0、60、120、180N 感化下的相应应变。取应变增量的平均值 Δε,依次求出各点的应力增量平均值。根据胡克定律有 Δδi 实=0.195Δε,并将其与实践公式获得的应力增量 Δδi 理=ΔMy/Iz相比较,来验证弯曲正应力公式的正确性,此中 ΔM=ΔPa/2.

  2 ANSYS 阐发

  利用 ANSYS 软件,采纳 BEAM189 单位树立梁的模子如图 2 所示,图 3、图 4 和图 5 是梁的变形图、应变图和应力图。图 6 和图 7 是颠末过程第四强度实践获得的等效应变图和等效应力图。从等效应力图中可以或许或许清楚地看出:纯弯段梁截面上的正应力靠近中性层处趋近于 0,离中性层越远,数值越大,这证实了弯曲正应力与中性轴的距离成正比的散布规律。

  别的,从应变图中可以或许或许直观看出,梁弯曲变形后纯弯段横截面仍然对峙为一个平面,没有翘曲,这也说明了梁的纯弯段变形相符平截面假设。弯剪段横截面上除了有正应力外另有切应力,所以会引起纵截面的挤压,而且引起横截面翘曲。但当构件跨长与截面高度之比大于 5 时,可以或许或许忽略切应力的影响,所以图中弯剪段截面的翘曲不显著。弯曲正应力公式仍按照纯弯曲正应力计算公式计算。

  如下是将 Δδi 实、Δδi 理、ANSYS 计算结果对比,如表 1所示。

  

  从表 1 可以或许或许看出,三种阐发结果数值相近,说明试验阐发、有限元阐发和实践计算三者相同一,充足证明了实践公式的正确性。

  3 结论

  本文颠末过程在传统的梁弯曲试验的教学中引入ANSYS 阐发,使得阐发结果大大增长可视性。门生可以或许或许颠末过程应力图和应变图直观的看出其散布规律,增长了教学中的有趣性。从而提高门生的学习兴趣,增强门生的阐发成就的能力。

  颠末过程将试验结果、实践计算结果和 ANSYS 阐发结果对比,三者同一。充足证明了实践计算公式的正确性和适用性。该公式树立在构件纯弯曲变形下,且相符平截面假设。对付一样平常环境下的弯曲,即横力弯曲,虽然截面上的切应力对弯曲发生影响,但当构件的长度比截面高度大于 5时,可以或许或许忽略切应力的影响,弯曲正应力计算公式仍采纳。

  参考文献:
  [1]孙训方。资料力学(1)[M].四版。高等教育出版社,2008.
  [2]刘小妹,潘颖,等。ANSYS 在弯曲试验教学中的辅助感化[J].科学时代,2012(19)。
  [3]浦广益,宋广雷。资料力学试验教学与有限元办法的无机结合[J].人力试垂芾,2010(1)。

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