ANSYS-典型实例分析

工程硕士研究生课程实验分析报告课程名称：机械中的有限元方法任课教师：燕松山学生姓名：戴弘年级：2013级学生编号：1049721301212专业：机械工程时间：2013年12月25日成绩1实验一ANSYS典型实例分析如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。已知条件：F＝20N/mm，L＝200mm，b＝100mm，圆孔半径r＝20，圆心坐标为（100，50），E＝200Gpa。板的左端固定。图1-2带孔平板模型1．问题描述实例类型：ANSYS结构分析。分析类型：线性静力分析。单元类型：PLANE82ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧。ANSYS帮助文件：在ANSYSStructuralAnalysisGuide了解StructuralStaticAnalysis分析知识，在ANSYSElementsReference部分了解Plane82单元的详细资料。2．建立有限元模型1)．建立工作目录并添加标题以Interactive方式进入ANSYS，File菜单中设置工作文件名为Plane、标题为plane。2)．创建实体模型（1）创建矩形通过定义原点、板宽和板高定义矩形：GUI：PreProcessorModelingCreateAreasRectangleBy2Corners弹出Rectangleby2corners对话框，如右图填写，点击OK，得如下图所示的矩形：2（2）生成圆面首先在矩形面上生成圆，然后挖去生成圆孔。生成圆面的操作：GUI：PreProcessorModelingCreateAreasCircleSolidCircle弹出SolidCircularArea对话框，如左下图所示，依图输入圆面几何参数。点击OK，得如右下图所示圆面：下面通过布尔“减”操作生成圆孔，其操作如下：GUI：ProcessorModelingOperateBooleansSubtractAreas先在弹出的SubtractAreas对话框中定义所要选取的矩形为1，用鼠标点击图形，弹出Multiple_Entities对话框，且如下图显示整个矩形形面被选取，点击OK，返回到SubtractAreas对话框。3在SubtractAreas对话框中定义所要选取的圆面为2，用鼠标点击图形，弹出Multiple_Entities对话框，此时仍然显示的是矩形面被选取，点击next选取到如下图所示的圆面，单击OK按钮，返回到SubtractAreas对话框，再点击OK，完成布尔减操作。得到实体模型为带孔的平板。43)．定义材料属性本问题只有一种材料，因此只需定义一种材料，而且只需定义弹性模量和泊松比，其操作如下：GUI：PreProcessorMaterialPropsMaterialmodelsStructuralLinearElasticIsotropic在弹出对话框中键入EX=200000（单位Mpa），PRXY＝0.3。4)．划分网格首先选择合理的单元类型，然后定义单元的实常数，最后根据分析问题的需要划分网格。（1）选择单元对于本问题选择Plane82单元。由于ANSYS14这一版本中没有Plane82单元，这里选择Plane183单元，操作如下：GUI：PreProcessorMenuElementTypeAdd/Edit/Delete选择8node183，弹出单元类型对话框如下图。单击OK按钮。（2）定义单元实常数本问题所用单元类型为带厚度平面应力分析，因此分析类型设定为Planestrsw/thk类型，操作如下：GUI：PreProcessorMenuElementTypeAdd/Edit/DeleteOptions在K3项后面下拉菜单中选“Planestrsw/thk“，如下图所示：5单元厚度为20mm，定义单元厚度操作：GUI：PreProcessorMenuRealConstantsAdd/Edit/DeleteAdd在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值20。（3）设定网格尺寸让ANSYS知道需要划分多大网格。采用用户自定义网格尺寸参数，操作如下：GUI：PreProcessorMeshingSizeCntrlsManualSizeAreasAllAreas在弹出ElementSizeonAllSelectedAreas对话框，在SIZE栏键入20mm。（4）划分网格让ANSYS知道网格大小后，现在划分网格，操作如下：GUI：ProcessorMeshingMeshAreasFreePickAll6（5）保存数据库GUI：UtilityMenuFileSaveas...输入文件名为Mesh（表示分析进度：已完成网格划分）。3．施加载荷并求解在这里首先定义模型约束，然后施加载荷，最后求解，为后处理查看结果提供数据，具体操作步骤如下所示：1)．定义约束由已知得，需要固定板左边线，即需要约束线上节点所有自由度，其操作如下：GUI：SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnLines弹出ApplyU，ROTonLines对话框。选择板左侧边线，在Lab2栏选AllDOF。单击Apply按钮。72)．施加载荷在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/20＝1Mpa，施加载荷操作如下：GUI：SolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLines弹出ApplyPRESonLines对话框，选择板右侧边线（由于载荷方向离开板，为拉力所以为负值，反之为正），单击OK按钮。3)．求解GUI：SolutionSolveCurrentLS4．查看分析结果下面查看分析结果，对于静力分析主要是模型位移及等效应力等值线图或者节点结果数据列表。1)．显示模型变形图其操作如下：GUI：GeneralPostprocPlotResultsDeformedShape82)．显示位移等值线分布图其操作如下：GUI：GeneralPostprocPlotResultsContourplotNodalSolutionDoFSolutionDisplacementVectorsum由图获知最大位移值。3)．显示等效应力等值线图其操作如下：GUI：GeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSoluStressVonMises由图发现最大应力出现在孔的上下顶点，与解析解吻合。94)．显示变形动画通过动画显示可以查看模型在载荷作用下的内力变化过程，以图形方式显示分析计算结果。其操作如下：UtilityMenu中PlotCtrlsAnimateDeformedResults5)．列表显示位移结果数据其操作如下：GUI：GeneralPostprocListResultsNodalSolution查看左侧边上的节点位移是否为零（由于边上所有节点已被固定，所以任意节点的位移均应该为零，这也是验证的一个方面）。106)．列表显示节点应力值验证节点应力值是否合理，其操作如下：GUI：GeneralPostprocListResultsStressPrincipalsSPRIN列表显示分析结果与参考数据相吻合，表明ANSYS分析结果可靠。117)．列表显示反作用力值在任何方向上，反作用力总是等于此方向上的载荷总和。通过显示反作用力可以检验分析结果是否合理，其操作如下：GUI：GeneralPostprocListResultsReactionSolution12实验二坝体的有限元建模及应力应变分析一、实验目的：1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。3、能利用ANSYS软件对结构进行有限元分析。二、实验设备：微机，ANSYS软件。三、实验内容：计算分析模型如图所示，分析坝体的应力、应变。四、实验步骤：1进入ANSYS程序→ANSYS→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:dam2设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences→selectStructural→OK3选择单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node182→OK(backtoElementTypeswindow)→Options…→selectK3:PlaneStrain→OK→Close(theElementTypewindow)1m5m0.55m134定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:2.1e11,PRXY:0.3→OK5生成几何模型1)生成特征点ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5)→OK2)生成坝体截面ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPs→依次连接四个特征点，1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5)→OK146网格划分ANSYSMainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshTool→(SizeControls)lines:Set→依次拾取两条横边:OK→inputNDIV:15→Apply→依次拾取两条纵边:OK→inputNDIV:20→OK→(backtothemeshtoolwindow)（Mesh）Areas→（Shape）Quad,Mapped→Mesh→PickAll(inPickingMenu)→Close(theMeshToolwindow)7模型施加约束1.分别给下底边和竖直的纵边施加约束：ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines→OK→selectLab2AllDOF→OK152.给斜边施加x方向的分布载荷ANSYS命令菜单栏:Parameters→Functions→Define/Edit1)在下方的下拉列表框内选择x，作为设置的变量；2)在Result窗口中出现{X}，写入所施加的载荷函数：1000*{X}；3)FileSave(文件扩展名：func)→返回：Parameters→Functions→Readfromfile：将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK16ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取斜边；OK→在下拉列表框中，选择Existingtable→OK→选择需要的载荷参数名→OK。操作过程如下图所示：178分析计算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)→OK9结果显示ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→PlotResults