ANSYS有限元分析算例

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一个蛮不错的ANSYS教程,清华大学的内部教材,内容全面,易懂。
有限元分析基础教程 算例 曾攀 目录 算例】 三梁平面框架结构的有限元分析 算例】 三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较 算例】 平面问题斜支座的处理 算例】 受均匀载荷方形板的有限元分析 算例】 万模锻液压机主牌坊的分析 算例】 万吨模锻液压机主牌坊的参数化建模与分析命令流 算例】 汽车悬挂系统的振动模态分析 算例】 汽车悬挂系统的振动模态分析命令流 算例】 带有张拉的绳索的振动模态分析 【【 算例】 带有张拉的绳索的振动模态分析命令流 算例】 机翼模型的振动模态分析 算例】 机翼模型的振动模态分析命令流 算例】 矩形板的稳态热对流的自适应分析 算例】 矩形板的稳态热对流的自适应分析命令流 算例】 金属材料凝固过程的瞬态传热分析 算例】 金属材料凝固过程的瞬态传热分析命令流 算例】 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析 算例】 升温条件下杆件支撑结构的热应丿分析命令流 算例】 三杆结构塑性卸载后的残余应力计算命令流 算例】 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算 【算例】 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算命令流 附录 软件的基木操作 基于图形界面的交可式操作 命令沇文件的调入操作可由环境下生成文件 完仝的直接命令输入方式操作 参数化编程的初步操作 有限元分析基础教程一 ANSYS算例 曾攀 【 ANSYS算例】37(3)三梁平面框架结构的有限元分析 如图3-19所示的框架结构,其顶端受均布力作用,用有限元方法分析该结构的位移。 结构中各个截血的参数都为:=3.0×10Pa,=6.5×10m4,=6.8×104m2。 在 ANSYS平台上,完成相应的力学分析。 4167 3000N 144m 图3-19框架结构受一均布力作用 解答:对该问题进行有限元分析的过程如下。 1基于图形界面(GUI的交互式操作( step by step) (1)进入 ANSYS(设定工作目录和工作文件) 程序→ ANSYS→ ANSYS Interactive→ Working directory(设置工作目录)→ Initial jobname(设置 工作文件名):beam3→Run→OK (2)设置计算类型 A、 sYS Main menu: Preferences→ Structural→OK (3)选择单元类型 ANSYS Main menu: Preprocessor→ Element Type→Add/ edit/Delete.→Add.,→bcam:2 D clastic 3→OK(返回到 Element Types窗口)→ Close (4)定义材料参数 ANsYs Main menu: Preprocessor→ Material Props→ Material models→ Structural→ Linear Elastic→ Isotropic:EX:3eclI(弹性模量)→OK→鼠标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 Bea3→ OK→ Real Constant Set no:1(第1号实常数). Cross-sectional area:68e-4(梁的横截面积)→OK→ Close (6)生成几何模型 牛成节点 ANSYS Main menu: Preprocessor→ Modeling→ Creat→ Nodes→ In active cs→ Node number→ X:0,Y:096,Z:0→ Apply→ Node number2→X:l4,Y:0.96,Z:0→Appy→ Node number3 X:0,Y:0,Z:0→Aply- Node number4→x:144,Y:0,Z:0→OK 牛成单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor - Modeling Create→ Element→ Auto numbered→Thru Nodes→选择节点1、2(生成单元l)→aply→选择节点1、3(生成单元2)→aply→选择节点2、 有限元分析基础教程一 ANSYS算例 曾攀 4(生成单元3)→OK (7)模型施加约束和外载 左边加方向的受力 ANSYS Main menu: Solution→ Define loads→Appy→ Structural→ Force/Moment→On Nodes→选择节点1→appl→ Direction of force:FX→ VALUE:3000→OK 上方施加Y方冋的均布载荷 ANSYS Main menu: Solution→ Define loads→ Apply→ Structura→ Pressure→ On beams→ 选取单元1(节点1和节点2之间)→appl→LI:4167→VALJ:4167→OK 左、右下角节点加约束 aNsYs Main menu: Solution→ Define loads- Apply→ Structural→ Displacement→On Nodes→选取节点3和节点4→Appy→Lab: ALL DOE→OK (8)分析计算 ANSYS Main menu: Solution→ Solve→ Current Ls→OK→ Should the solve command be xecuted?Y→ Close( Solution is done!)→关闭文字窗口 (9)结果显示 ANSYS Main menu: General Postproc→ Plot results→ Deformed Shape∴→Def+ Undeformed OK(返回到 Plot results (10)退出系统 ANS YS Utility Menu:File→Exit..→ Save evervthing→Ok (11)计算结果的验证 与 MATLAB支反力计算结果一致 2完全的命令流 1%%%%%%%%%%[典型例题]33-7(3)%%% begin%%%%% PREP 进入前处理 ET. Lbcam3 !选择单元类型 R,1,6.5e-7,6.8e-4 !给出实常数(横截面积、惯性矩) MP.EX1.3e11 !给出材料的弹性模量 N,1,0,0.96,0 !生成4个节点,坠标(00.96,0),以下类似 N,2,144,0.96,0 N,3,0,0,0 N4,1.44,0,0 E,1,2 !生成单元(连接1号节点和2号节点),以下类似 E.13 E,2,4 D.3ALL !将3号节点的位移全部固定 !将4号节点的位移全部固定 F,1,FX,3000 1号节点处施加x方向的力(3000 SFBEAM,1,1, PRESS,4167)加均有压力 FINISH !结束前处理状态 /SOLU !进入求解模块 SOLVE !求解 FINISH !结束求解状态 /POST !进入后处理 有限元分析基础教程一 ANSYS算例 曾攀 PLDISP, 1 显示变形状况 FINISH !结束后处理 %%%%%%%%%%[典型例题]337(3)%%%end%%%%% 【 ANSYS算例】432(4)三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较 针对【典型例题】432(3)的问题,在 ANSYS平台上,进行三角形单元与矩形单元的精 细网格的划分,完成相应的力学分析。 D B B (a)采用角形单元的划分 (b)采用四边形单元的划分 图4-11基于 ANSYS平台的精细网格划分(每边划分10段) 解答:下面基于 ANSYS平台,进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分,见图4-11。 对该问题进行有限元分析的过程如下。 1基于图形界面(GU的交互式操作( step by step) (1)进入 ANSYS(设定工作目录和工作文件) 程序→ ANSYS→ ANSYS Interactive→ Working directory(设置工作目录)→ nitial jobname (设置工作文件名): Truss bridge→ Press OK (2)设置计算类型 ANSYS Main menu: Preferences.→ Structura→OK (3)定义分析类型 ANSYS Main menu: Preprocessor→oads→ Analysis Type→ New analysis- STATIO→Ok (4)定义材料参数 aNsYs Main mcnu: Preprocessor→ Material Props→ Material models→ Structural→ Linear Elastic→ Isotropic→EX:1(弹性模量).PRXY:0.25(泊松比)→OK→鼠标点击该窗口右上角的 “X”来关闭该窗口 (5)定义单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor - Element Type - Add/Edit/Delete.- Add... Structural Solid:Quad4node42→oK(返回到 Element Typcs窗口)→ Close (6)设置为带厚度的平面问题 ANSYS Main menu: Preprocessor→ Real constants.→Add/ Edit/Delete→Ad→ Type 1→Ok Real constant set no:1(第1号实常数),THK:1(平面问题的厚度)→OK→ Close (7)定义实常数以确定厚度 ANsYS Main menu: Preprocessor→ Real Constants…-Add..- Type l Plane42→ok→Real Constants sct no:(第1号实常数), Thickness::1(平面问题的厚度)→OK→ Close (8)构造模型 有限元分析基础教程一 ANSYS算例 曾攀 生成几何模型 ANsys Main menu: preprocessor→ Modeling→ Create→ Keypoints→ In active cs It number:1,x,Y, Z Location in active cs:0.0,0→App→(同样方式输入其余3个特征 点坐标,分别为(1,0,0),(1,1,0),(0,1,0))→OK 连接点生成面 ANS YS Main Menu: Preprocessor - Modeling Create - Areas - Arbitrary Through KPs Min,Max,Inc:14,l→Ok (9)设定模型材料 ANsYs Main menu: Preprocessor→ Modeling- Create→ Elements→ Elem Attributes→ MAT:1.TYPE: 1 PLANE42 REAL: 1 -OK (10)网格划分 ANS YS Utility Mcnu: Select→ Entities→ Sele lines→ Sele all→Ok ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Size Cntrls - ManualSize Lines - All Lines→ Element Sizes on All Seleceted Lines:NDIv:10(每一条线分为10段), SPACE:1→OK ANsYS Main menu: Preprocessor→ Meshing→ MeshTool→Mesh: Areas, Shape:Tri, mapped→ Mesh→ Pick all (11)模型加约束 ANSYS Utility Menu: Select - Everything ANS YS Main Menu: Preprocessor Loads - Define Loads Apply→ Structural Displacement→ On Keypoints→Min,Max,lnc:1→OK→lab2: ALL DOI(约束1号特征点所有方 向上的位移)→Appl!y→Min,Max,Ine:4→OK→lab2:UX(约束4号特征点X方向上的位移)→ (12)施加载荷 在2号特征点上施加负Ⅹ方向的外载: ANSYS Main Menu: Preprocessor→oads→ Define loads→ Apply structural Force/Moment On Keypoints - Min, Max, Inc: 2- OK Direction of force/mom: FX, Force/moment valuc:-l-Apply 在3号节点上施加Ⅹ方向的外载: ansYs Main menu: Preprocessor→ Loads→ Define loads→ Apply→ Structural Force/Moment→ On Keypoints→Min,Max,lnc:3→-ok→ Direction of force/mom:RX, Force/moment value:1- OK (13)计算分析 ANSYS Main menu: Solution→ Solve→ Current ls→OK (14)结果显示 显示变形前后的位移 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results - Deformed shape - Def undeformed OK ANSYS Utility Menu: Parameters→ Scalar Parameters→ Selection下输入NB=NODE(00)→ Accept→(以同样方式输入其余需要的结果参数表达式,分别为NBUX=UX(NB);NBUY=UY(NB); NC=NODE(, 1, 0): NC UX-UX(NC): NC UY=UY(NC): STR ENGY=0.5(NB UX (1)+NC UX(1)) POTE ENGY=-0 5(NB UX(-1)+NC UX(D)))- Close ANSYS Utility Menu:List→ Status→ Parameters→ All Parameters(显示所有计算结果) (15)退出系统 ANSYS Utility Menu:Fle→Exit→ Save everything→OK 4 有限元分析基础教程一 ANSYS算例 曾攀 2完整的命令流 %%%%%%%%[ ANSYS算例]432(4)%%%% begin%%%%%%% /PREP !进入前处理 ANTYPE, STATIC!设定为静态分析 MP,EX, II !定义1号材料的弹性模量 MPPRXY 10.25 !设定1号材料的泊松比 ETLPLANE42 选取单元类型1 KEYOPTL3.3 !设置为带厚度的平面问题 R,1,1 !设定实常数No.1,厚度 K,1,0,0,0 !生成几何点No.1 K2,1,D,0 !生成几何点No.2 K.3,1,1,0 生成几何点No.3 K,4,0,1,0 !生成几何点No.4 A.1,2,3,4 !由几何点连成几何面No.1 MAT. !设定为材料No.1 TYPE. 设定单元No1 REAL. !设定实常数No.1 !-设置单元划分 LSEL、ALL !选择所有的线 LESIZE al,10.,1!将所选择的线划分成10段 ISIIAPE, L2D !设置角形单元 IMSHAPE, O 2D !设置四边形单元 MSHKEY. !设置映射划分 AMESH. !对面No.1进行格划分 ALLSEL ALL 选择听有的对象 DK LALI !对几何点1施加固定的位移约宋 DK. 4ALL !对几何点4施加固定的位移约束 FK,2,FX,-1 !对几何点2施加外力FX=-1 FK.3.FX.1 !对几何点3蕙加外力FX-1 FINISH !结束前处理 SOLU !进入求解模块 SOLVE !求解 FINISH !结束求解 /POSTI !进入后处哩 PLDISP I 计算的变形位移显示(变形前与后的对照) NB=NODE(1,0,0)获取几何位置为(1,0,0)(B点)所对应的节点号码,赋值给NB NBUX=UX(NB)!获取节点号NB处的位移UX,赋值给NBUX NBUY-UY(NB)!获取点号NB处的位移UY,赋值给NBUY ALLSELALL !选择所有的对象 NC=NODE(1,1,0)!获取几何位置为(1,1,0)(C点)所对应的节点号码,赋值给NC NC_UX=UX(NC)!获取节点号NC处的位移UⅩ,赋值给NCUX NCUY-UY(NC)!获取节点号NC处的位移UY,赋值给NCUY STR ENGY-0.5*(NBUX*(-1)+NCUX+(1))!计算结构系统的应变能 POTE ENGY=0.5*(NBUX*x1)+NC_UX*(1)!计算结构系统的势能 5 有限元分析基础教程一 ANSYS算例 曾攀 status, parm !显示所有的参数 %%%%%%%%[ ANSYS算例432(4%%%%cnd%%%%% 以下为计算结果 采用三角形单元(每边分为10段) NAME VALUE TYPE DIMENSIONS NB 2.00000000 SCALAR NB UX 9.56063701 SCALAR NB UY -9.36565959 SCALAR 12.0000000 SCALAR NC UX 9.88621794 SCALAR NC UY -10.0535107 SCALAR POTE ENGY -9.72342747 SCALAR STR ENGY 9.72342747 SCALAR 采用四边形单元(每边分为10段) NAME VALUE TYPE DIMENSIONS NB 2.00000000 SCALAR NB UX 126893715 SCALAR NB UY -12.6893715 SCALAR 12.0000000 SCALAR NC UX 12.6893715 SCALAR NC UY -12.6893715 SCALAR POTE ENG Y -12.6893715 SCALAR STR ENGY l26893715 SCALAR 根据上面计算的 POTE ENGY参数,有以下的结果 采用如图4-11a)所示三角形单元网格划分计算得到的该系统的势能为 ∏=U-W=-9.72342747 (4-78) 采用如图4-11b所示矩形单元网格划分计算得到的该系统的势能为 ∏=U-W=-12.6893715 (4-79) 若比较式(4-72)、式(4-77)、式(4-78)与式(4-79),读者完全可以对各个计算方案的计算精度有 个比较明确的评判和结论 【 ANSYS算例】5368)平面问题斜支座的处理 如图5-7所示,为一个平面应力结构,其中位置2及3处为固定约束,位置4处为 45°的斜支座( (inclined support,试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。基于 ANSYS 平台,分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行处理 设定的参数:=2×10MPa,4=0.25,=0.1m,正方形的边长为2m 6 有限元分析基础教程一 ANSYS算例 曾攀 P=10/2MN UxO PLo\N 450 (a)面结构 (b)有限元分析模型 图5-7带斜攴座的平面结构 解答:给出的操作过程及命令流如下。 1基于图形界面(GUI的交互式操作( (step by step) (1)进入 ANSYS(设定工作目录和工作文件) 程序→ ANSYs→ ANSYs Interactive→ Working directory(设置工作目求)→ Initial jobname: Plane support(设置工作文件名)→Run→OK (2)设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences.-Structural- oK (3)定义单元类型 ANsYS Main menu: Preprocessor→ Element Type→ Add/Edit/Delete…→Add.. Solid:Quad 4node42→OK(返回到 Element Types窗凵)→Type1 PLANEA42→ Options….→K3 Plane strs w/thk(带 厚度的Y面应力问题)→OK→ Close (4)定义实常数 ANsYS Main mcnu: Preprocessor→ Real constants….→Ad..→ Type I PLanE420K输 入 Real constants set no:1,THK:0.1- Close(关闭 Real Constants窗口) (5)定义材料参数 aNsYs Main menu: Preprocessor→ Material Props→ Material Models→ Structural→ Linear Isotropic→EX:2Es,PRXY:0.25(定义泊松比及弹性模量)→OK→ Close(关闭材料定义窗口 (6)构造平面模型 生成节点 ANsYs Main Menu: Preprocessor→ Modeling→ Create→ Nodes→ In Active Cs→Node number:L,,Y, Z Location in active cs:2,2, Apply→同样依次输入其余3个节点坐标(最左 端为起始点,坐标分别为(0,2,0)、(0,0,0)、(2,0,0))(若采【型例题中直接法 可将号点设置为斜方向,然后育接村该点用的约束即。注意用约索方程线其 方法时不进此项设置) 生成元索并分配材料类型、实常数 ANS YS Main Menu: Preprocessor - Modeling Create→ Elements→ Elem Attributes MAT, l,TYPE, I PLANE42, REAL, 1-OK

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Lemiston Dany
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