塑料凳的静力分析

笔者一直想做的是木凳子的静力分析，可奈何没有木材本构模型的数据，所以只能转向塑料凳子了。今天花了半天的时间写凳子的命令流，主要在凳子的模型的建立比较复杂，接触到了一些新的命令，接下来我把分析的过程简单说一下。

【基本资料】

凳子的上表面的 的边长为130mm，下表面的边长为148mm，高为120mm；四个角的半径均取24mm，中间圆孔的半径取14mm，底部加强板取15mm，凳子的厚度取3mm；凳子的大致样式如上图所示。

该材料的弹性模量为0.2e5，泊松比为0.3；

【建模要点】

1、对该模型采用壳单元shell63，shell63是4节点弹性壳单元，具有弯曲和膜特性，能承受面内和法相荷载，共有6个自由度；

2、因为模型是对称的，为了便于建模和减少计算的时间，该例子采用1/4模型分析；建好模型之后可以用/expand命令得到全部的模型；

3、凳子的模型从上往下建立，其中最关键的地方是曲面的处理；

【建模过程】

1、首先建立1/4凳脚的轮廓线，对直角处进行倒角（把直角变成圆弧）处理，结果如下图所示；

复制9号和12号关键点，得到内部的边界线，然后利用adrag和askin命令形成曲面，如下图所示；

然后将其他的面补充完整，可以用A或者AL命令，结果如下图所示；

然后增加裙边和底部加强板，这个操作过程最主要的是工作平面的转换和切割，主要用到KWPAVE、WPROPA和LSBW这三个命令，结果如下图所示；

最后需要在模型的底部增加一个加强筋，使得凳子的顶面更加的牢固，建模的结果如下图所示；

建模的部分已经完成了，接下来就是划分网格，每个网格的尺寸的为2mm，使用自由网格划分，网格划分的结果如下图所示；

利用/expand命令得到凳子的完整模型（命令/expand,2,rect,half,,,1e-6,2,rect,half,1e-6），得到如下的模型；

接下来笔者采用1/4模型进行施加约束和荷载，将一个凳脚的底面施加全约束，在对称的接触线施加对称约束，凳面施加750/4N的均布荷载，如下图所示；

求解。

【结果后处理】

通过后处理，得到下面的结果图：

（1）凳子的总的变形图

从图中我们看到中间的位移是最大的，如果没有在底部加加强筋，那么中间的位移会更大，这样凳子会很容易坏；

（2）等效应力图

从上面的图中可以看出来，在上图的箭头处的应力都相对较大，如果凳子在足够大的荷载作用下，凳子没有失稳（一只或两只凳脚着地）的情况下，首先出现破坏的应该是箭头所指的地方。

【结论】

（1）胶凳（塑料凳）的顶部在受到均布荷载时，凳子中间将会产生较大位移，因此凳子中间的加强筋起着很重要的作用；

（2）同样，在凳子受到足够大的荷载时，凳子顶面下的加强筋、凳脚上方（上图箭头处）和加强筋和凳脚的接触处都受到较大的应力，会首先发生破坏，因此在凳子制作过程这些地方应该加固处理。

（欢迎关注公众号）

（这是我的微信，欢迎交流）

谢谢各位的支持，也欢迎大家提供意见，最后祝大家愚人节快乐~~~

2018.4.1