模锻液压机主牌坊的有限元分析。
一：问题描述。
取8 万吨模锻液压机的中间牌坊主框架(将承受4 万吨压力)作为计算模型，作为一个应用算例，这里将该中间牌坊简化为一个二维计算模型，并进行初步的分析。参数取为，r1=2.25 m，r2=4.
5 m ,h =17 m，d =3.4 m（厚度），取材料参数e＝2.1×1011 pa，μ 0.
3，这里仅考虑工作状态，即在垂直方向上承受400mn 的压力，则在上、下拱梁的内表面上有均布压力p = 4×10^8 /（4.5×3.4）pa
（1）8 万吨模锻液压机主牌坊的几何及外载情况。
二：求解过程。
一）前处理。
1. 修改工作名及标题名：
file→change jobname→press
2. 设置分析特性：
ansys main menu→preference→structural→ok
3. 定义单元类型
ansys main menu：preprocessor →element type→ add/edit/delete...add…→ solid:
quad 4node 42 → ok（返回到element types 窗口）→ options…→ k3：plane strs w/thk（带厚度的平面应力问题）→ ok → close
4. 定义材料参数
ansys main menu：preprocessor → material props → material models → structural → linear → elastic → isotropic：ex：
2.1e11（弹性模量），prxy：0.
3（泊松比）→ ok →点击该窗口右上角的“×”来关闭该窗口
5. 定义实常数以确定平面问题的厚度
ansys main menu ：preprocessor → real constants… →add/edit/delete →add → type 1 plane42 → ok → real constant set no：1（第1 号实常数），thk：
3.4（平面问题的厚度）→ ok → close
6. 生成几何模型。
1）生成上拱形梁
ansys main menu：preprocessor → modeling → create → keypoints →in active cs → npt keypoint number：1，x，y，z location in active cs：
-4.5，8.5 → apply →2, -2.
25，8.5 → apply →3, 2.25，8.
5 → apply →4, 4.5，8.5 → apply →5 ,0，13 → apply →6 ,0，10.
75 → apply →ok → lines → lines → straight line 用鼠标分别连接特征点1，2和3，4生成直线 → ok→ arcs → by end kps & rad → 用鼠标点击特征点2，3 → ok → 用鼠标点击特征点6 → ok → rad radius of the arc：2.25 → apply （出现warning对话框，点close关闭）→ 用鼠标点击特征点1，4 → ok → 用鼠标点击特征点5 → ok → rad radius of the arc：
4.5 → ok（出现warning对话框，点close关闭）→areas →arbitrary → by lines → 用鼠标点击刚生成的线 → ok
2）生成下拱形梁
ansys main menu：preprocessor → modeling → create → keypoints →in active cs → npt keypoint number：7，x，y，z location in active cs：
-4.5，-8.5 → apply →8 ,-2.
25，-8.5 → apply →9, 2.25，-8.
5 → apply →10, 4.5，-8.5 → apply →11, 0，-10.
75 → apply →12, 0，-13 → apply → ok → lines→lines → straight line → 用鼠标分别连接特征点7，8和9，10生成直线 → ok → arcs → by end kps & rad → 用鼠标点击特征点8，9 → ok用鼠标点击特征点12 → ok → rad radius of the arc：2.25 → apply（出现warning对话框，点close关闭） →用鼠标点击特征点7，10 → ok → 用鼠标点击特征点11 → ok → rad radius of the arc：
4.5 → ok（出现warning对话框，点close关闭）→areas →arbitrary → by lines → 用鼠标点击刚生成的线 → ok
3）生成两根立柱
ansys main menu：preprocessor → modeling → create → areas → rectangle → by 2 corners → wp x：-4.
5，wp y：-8.5，width：
2.25，height： 17 → apply → wp x：
2.25，wp y：-8.
5，width：2.25，height：
17 → ok
4）粘结所有面
ansys main menu：preprocessor → modeling → operate → booleans → glue → areas → pick all 。结果图如下所示：
生成两根立柱之后的几何模型图：
将平面进行连接之后的几何模型图：
二）网格划分与载荷施加。
1. 网格划分。
ansys utility menu：plotctrls → numbering → line：on，→ ok（显示线的编号）
ansys main menu：preprocessor → meshing → meshtool→ 位于size controls下的lines：set → element size on picked…：
1，2，5，6 → apply→ ndiv：4（每一条线分为4段）→ apply → element size on picked…：17，18，19，20 → apply → ndiv：
20（每一条线分为20段）→ apply →element size on picked…：3，4，7，8 → apply → ndiv：10（每一条线分为10段）→ ok → shape：
mapped → mesh → pick all
网格划分好后的的网格模型图：
2. 模型施加载荷和约束
1）在上下拱梁内侧施加工作载荷
ansys main menu：solution →define loads →apply → structural →pressure → on lines → apply pres on lines：6，8 → ok → value：
4e8/(4.5*3.4) →ok 。
施加载荷模型图：
2）在左立柱左下角节点加x和y两个方向的约束
ansys utility menu：select → entities ..nodes（第1个方框中）→by location（第2个方框中）→ x coordinates → 4.
5 → apply →reselect → y coordinates → 8.5 → ok（返回到structural窗口中）→ displacement → on nodes→pick all→lab2：all dof→ok
ansys utility menu：select→everything
3）在右立柱右角节点加y方向的约束
ansys utility menu：select → entities ..nodes（第1个方框中）→ by location（第2个方框中）→x coordinates→4.
5→from full →apply→ reselect → y coordinates → 8.5 → ok （返回到structural窗口中）displacement → on nodes→pick all→lab2：uy→ok
ansys utility menu：select → everything
施加约束后模型图：
三）分析计算
ansys main menu：solution → solve → current ls → ok
四）后处理。
1. von mises等效应力：ansys main menu：
general postproc → plot results → deformed shape…→ def shape only →ok（返回到plot results）→ contour plot→nodal solu→ stress→ von mises stress→ok。
von mises等效应力模型图如下：
2. 1st principal stress等效应力：ansys main menu：
general postproc → plot results → deformed shape…→ def shape only →ok（返回到plot results）→ contour plot→nodal solu→ stress→1st principal stress→ok。
1st principal stress等效应力模型图如下：
3. displace vector sum等效应力：ansys main menu：
general postproc → plot results → deformed shape…→ def shape only →ok（返回到plot results）→ contour plot→nodal solu→ dof solution→displace vector sum →ok
三：结果分析：
1） 从von mises等效应力图可以看出，在下拱梁处所受的等效应力较小，主要应力分布在两立柱和上拱梁上，并且在下拱梁内部拐角点处出现应力集中，可以根据此von mises等效应力图对上面部分的结构进行优化，并对拐角点处的结构进行强化。
2）从1st principal stress等效应力图可以看出，在上、下拱梁与两立柱的连接点处出现应力集中，所以可以根据此应力图对连接处结构进行加强，或者可以用较稳定的连接方式来提高系统稳定性。
3）从最后的应力模型图可以看出，上、下拱梁的内表面上有均布压力时，在加有位置约束的地方等效应力相对较小。而在上拱梁上的等效应力比较大，而且还会有局部变形，可以根据此变形对模锻液压机的中间牌坊主框架进行优化设计，将结构进一步优化，提高结构性能。
4）三种等效应力的结果有明显不同，不过从材料力学角度上分析，其结果都是相符合的。
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