e第6章ansys程序应用.ppt

第6章 ansys程序应用,有限元分析基础,第6章 ansys程序应用,6.1 ansys程序概述及界面操作 6.2 ansys分析实例,6.1 ansys程序概述,Ansys软件是一个功能强大而灵活的大型通用有限元分析软件, 融结构、热、流体、电磁、声学于一体，广泛应用于航天航空、机械工程、汽车交通、土木工程、石油化工、电子、能源等工业及科学研究。 Ansys软件是现代产品设计中高级CAD/CAE软件之一，能与大多CAD软件实现数据共享与交换。利用该软件进行产品设计时，可降低设计成本，缩短设计周期，早期发现产品的设计问题，提高设计成功率。,1、ansys的发展过程,1970年，John Swanson博士洞察到用于计算机辅助工程的数值计算具有广泛的市场前景，于是创建了位于美国宾夕法尼亚州匹兹堡的ansys公司。目前，ansys公司是世界CAE行业最大的公司。 30多年来，该公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和计算技术，使其在同行业中一直处于领先地位。 Ansys软件的最初版本与今天的相比已有很大区别： 当初的软件只能进行线性分析且只能在大型计算机上使用；,后来程序中增加了非线性、子结构及更多的单元类型，使程序具有更强的通用性； 到20世纪70年代末，图形技术和交互式操作方法的应用，使ansys软件得到很大改善，前后处理技术进入了一个崭新的阶段； 而今天的ansys软件功能更加强大，使用更加便捷，增加了显示动力分析、概率设计系统、计算流体动力学及多物理场耦合分析等功能。 Ansys公司于1992年2月在北京开设了第一个驻华办事处，随后又成立了上海、成都和广州办事处。,2、ANSYS界面介绍,Ansys的用户界面如图所示：,Ansys程序的其中一种输入命令的方法就是菜单输入，主要提供了7个菜单窗口： （1）应用【utility】菜单 主要包括：文件管理【file】 、选择【select】 、列表【list】显示、图形【plot】、图形控制【plotctrls】、工作平面【workplane】、参数【parameters】、宏【macro】、菜单控制【menuctrls】及帮助【help】等。 该菜单为下拉式菜单，可直接完成某一功能或弹出一个对话框。如file/change jobname,会弹出一个对话框。,（2）主【main】菜单 该菜单包含ansys各种主要的功能命令，包括预处理模块的元素、截面、材料、几何图形、分格等相关命令，及后处理模块的图表与列表等命令，也包含分析模块的约束、载荷、分析等命令。 预处理模块preprocessor 分析模块solution 后处理模块general postpro,（3）图形窗口 图形窗口用于显示由ansys创建或传递到ansys的模型及分析结果等图形，用户可根据个人喜好调整该窗口的大小。 （4）快捷菜单 包含窗口选择、视图显示选择、图形放大、缩小、旋转、平移等常用功能。为用户提供快捷的操作方式，方便用户使用。 （5）工具栏 包含存储、读取数据文件，关闭ansys等功能。,（6）命令输入窗口 提供键入ansys命令的区域，同时可显示程序的提示信息和浏览已经输入的命令，所有输入命令将在此窗口显示。 （7）信息输出窗口 用于显示用户对ansys的操作信息，包括操作过程信息、计算过程信息和错误提示信息等，该窗口通常在其他窗口之后，需要查看时可单击使之成为当前窗口。,3、ansys程序的退出,在ansys应用菜单中选择utility menu/file/exit命令，或单击工具栏中的“quit”按钮，将出现图示关闭ansys的对话框，其中的4个单元按钮的功能如下：,Save geom+loads：退出时保存几何模型、载荷及约束。 Save geo+ld+solu：退出时保存几何模型、载荷、约束及求解结果。 Save everything：退出时保存所做的修改。 Quit-no Save：退出时不保存所做的修改。 选择所需要的单选按钮，单击“OK”按钮退出ansys。,4、ansys10.0文件系统,Ansys文件的形式为jobname.ext，包括工作名和扩展名两部分。 Ansys文件的工作名由用户定义，用于标识不同个体的差异，而扩展名为Ansys程序定义，用于标识Ansys文件的不同类型。 典型的Ansys文件包括：,4、ansys10.0文件系统,日志文件(jobname.log) 无论在输入行输入命令，还是在GUI方式下执行操作，系统均将执行情况记录在对话日志文件和内部数据命令日志中，前者是一个文本文件，保存在用户的工作目录中；后者保存在ansys数据库（内存）中。 当进入Ansys时系统会打开日志文件。当退出Ansys时系统会关闭该文件。 使用/input命令读取日志文件可对崩溃的系统或严重的用户错误进行恢复。,数据库文件(jobname.DB) 数据库文件是ansys程序中最重要的文件之一，它包含了所有的输入数据（单元、节点信息、初始条件、边界条件、载荷信息）和部分结果数据（通过POST1后处理器读取）。 错误文件(jobname.ERR) 错误文件用于记录ansys发出的每个错误或警告信息。如果jobname.ERR文件在启动ansys之前已经存在，那么所有新的警告和错误信息都将追加到这个文件的后面。,输出文件(jobname.OUT) 它会将ansys给出的响应捕获至用户执行的每个命令，而且还会记录警告、错误消息和一些结果。 结果文件(jobname.RST、jobname.RTH、jobname.RMG) 存储ansys计算结果的文件。其中jobname.RST为结构分析结果文件； jobname.RTH为热分析结果文件；jobname.RMG为电磁分析结果文件。 其他的ansys文件还包括：图形文件(jobname.GRPH)和单元矩阵文件(jobname.EMAT)等 。,5、ansys软件功能简介,利用ansys软件进行有限元分析，主要通过以下三个模块来进行： 前处理模块 提供强大的实体建模及网格划分工具，用户可方便地构建有限元模型。 分析计算模块即求解模块 该模块可进行结构分析（结构的线性分析、结构非线性分析和结构高度非线性分析）、热分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、多物理场耦合分析等，可模拟多种介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。,5、ansys软件功能简介,后处理模块 可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 Ansys程序提供了近200种的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。 从主菜单可进入各处理模块：PREP7通用前处理模块，SOLUTION求解模块，POST1通用后处理模块和POST26时间历程后处理模块。 下面对这三个模块进行介绍：,（1）前处理模块PREP7 该模块主要包括参数定义和建立有限元模型。 参数定义 Ansys程序在建立有限元模型的过程中，首先需要进行相关参数的定义，主要包括定义单位制、定义单元类型、定义单元实常数、定义材料模型和材料特性参数以及定义几何参数等。 在定义单位制时，除磁场分析之外，ansys程序可以使用任意一种单位制，但一定要确定所输入的参数的单位为同一单位制中的单位。,（1）前处理模块PREP7,在建立有限元模型或对实体模型进行网格划分之前，必须定义相应的单元类型，而单元实常数的确定也依赖于单元类型的特性。 材料模型和材料特性参数是表征实际工程问题所涉及到的材料的具体特性，因此材料模型的正确选择和材料参数的精确输入是实际工程问题得到正确解答的关键。 如前处理中的单元类型的选用、材料模型参数的选择。,建立有限元模型 Ansys程序提供了四种建立有限元模型的方法：直接建模、实体建模、输入在计算机辅助设计系统中创建的实体模型以及输入在计算机辅助设计系统中创建的有限元模型。 直接建模 直接建模方法是在ansys显示窗口中直接创建节点和单元，模型中没有实体（点、线、面）出现。特点如下：,优点： 适用于小型、简单模型或规律性较强的模型； 可实现对每个节点和单元的编号完全控制。 缺点为： 需人工处理的数据量大，效率低； 不能使用自适应网格划分功能； 网格修正非常困难； 不适合进行优化设计； 容易出错。,实体建模 实体建模是先创建由关键点、线段、面和体构成的几何模型，然后利用ansys网格划分工具对其进行网格划分，生成节点和单元，最终建立有限元模型的一种建模方法。 这种建模方法的优点是： 适合于复杂模型，尤其适合于三维实体建模； 需人工处理的数据量小，效率高； 允许对节点和单元实施不同的几何操作；,支持布尔操作（相加、相减、相交等）； 支持ansys优化设计功能； 可以进行自适应网格划分； 可以进行局部网格细化； 便于修正和改进。 缺点是： 有时需要大量的CPU处理时间； 对小型、简单的模型有时很繁琐； 在特定的条件下可能会失败，即程序不能生成有限元网格。,Ansys程序提供了两种实体建模方法：自底向上建模与自顶向下建模。 自底向上建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。 自顶向下建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、多面体、棱柱等，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用高级图元直接构造几何模型（如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱）。,用户可以根据自己的需要和习惯结合自底向上和自顶向下两种建模方法. 无论使用自底向上或自顶向下方法建模，用户均能使用布尔运算组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。,在实体模型建立之后，需要对其进行网格划分。Ansys程序提供了4种网格划分方法： 自由网格划分 映射网格划分 延伸网格划分 自适应网格划分,自由网格划分 这种网格划分方法没有单元形状的限制，网格也不遵循任何模式，因此适于对复杂形状的面和体进行网格划分，避免了用户对模型各个部分分别划分网格后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。 对面进行网格划分，自由网格可以只由四边形单元组成，或者只由三角形单元组成，或者二者混合。 对体进行自由网格划分，一般指定网格为四面体单元，六面体单元作为过渡也可以加入到四面体网格中。,映射网格划分 映射网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制生成映射网格。 该划分方法主要适合于规则的面和体，单元成行并具有明显的规则形状，仅适用于四边形单元（对面）和六面体单元（对体） 。,延伸网格划分 延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格，主要是利用体扫描，从体的某一边界面扫描贯穿整个体而生成体单元。 如果需扫描的面由三角形网格组成，将生成四面体单元；如果面网格由四边形网格组成，将生成六面体单元；如果面由三角形和四边形单元共同组成，则体将由四面体和六面体单元共同填充。,自适应网格划分 自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、 估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。,输入在计算机辅助设计系统中创建的实体模型 Ansys程序为不同软件提供了导入导出接口，用户可利用这些接口将在CAD系统建立的实体模型以一定的格式导入ansys进行分析。 如果从CAD导入的实体模型不适合进行网格划分，则需要进行大量的修补工作，此时需要利用ansys提供的拓扑和几何修复工具，并经过相应的几何简化才能满足使用要求。从CAD导入实体模型的操作方法为： GUI：utility menu/file/import,输入在计算机辅助设计系统中创建的有限元模型 该方法是利用CAD系统在网格划分方面的优势，预先将实体模型划分为有限元模型，然后通过一定的格式导入到ansys。 导入到ansys中的有限元模型在使用之前一般需要经过检验和修正。 从CAD导入实体模型的操作方法为： GUI：utility menu/file/import,（2）求解模块solution,（2）求解模块solution Ansys程序用求解模块对所建立的有限元模型进行力学分析和有限元求解。在该模块中，用户可以定义分析类型和分析选项、施加载荷等。 定义分析类型和分析选项 用户根据所施加的载荷条件和所要计算的响应选择分析类型。Ansys程序提供的分析类型为：静态（稳态）分析、瞬态分析、模态分析、谐波分析、谱分析、挠度和子结构。 分析类型定义完成之后，用户可根据分析类型定义分析选项。,载荷 在ansys程序中，载荷分为以下6类： 位移载荷（UX，UY，UZ，ROTX，ROTY，ROTZ） 位移载荷即位移约束，作为自由度约束，通常在模型的边界上施加，此外，位移也可以表征对称的边界条件和已知的运动点，标定方向由节点的坐标决定。 集中力或力矩（FX，FY，FZ，MX，MY，MZ） 它们作为集中载荷，通常在模型的外部施加，其方向由节点的坐标决定。 面载荷 如表面压力（PRES），一般施加于模型的外部，其正方向为指向单元的表面。,温度载荷（TEMP） 它是为了研究热膨胀和热收缩时需要施加的一种载荷。如果需要计算热应力，则必须定义热膨胀系数。 能量密度（FLUE） 在研究材料由于中子轰击或其它原因而发生膨胀现象以及材料的蠕变现象时，需要施加能量密度载荷，但能量密度值的输入必须建立在膨胀和蠕变方程定义的基础之上。 惯性载荷（重力、旋转惯性力） 惯性载荷的施加，将影响整个模型的结构。在定义时，必须给定密度或者能够求出材料质量的参数。,求解子模块 Ansys程序的求解模块包含以下子模块： 结构静力学分析 结构动力学分析 热分析 声场分析 流体动力学分析 电磁场分析 压电分析 疲劳、断裂及复合材料分析,（3）后处理模块POST1和POST26,（3）后处理模块POST1和POST26 当ansys完成计算之后，可通过后处理模块观察结果。后处理模块包含两个部分： 通用后处理模块POST1 该模块可用于查看整个模型或选定的部分模型的求解结果。运用该模块可获得各种应力场、应变场及温度场等的等值线图形显示、变形形状显示以及检查和解释分析的结果列表。 POST1还提供了很多其他功能，如误差估计、载荷工况组合、结果数据的计算和路径操作等。 通过单击主菜单中的general postproc可以直接进入到通用后处理模块。,时间历程响应后处理模块POST26 该模块用于查看模型的特定点在某一或所有时间步内的计算结果，可获得结果数据对时间或频率的关系图形曲线及列表。如绘制位移-时间曲线、应力-应变曲线等。 另外还具有其他功能：可进行曲线的代数运算，变量之间可以进行加、减、乘、除运算以产生新的曲线；也可取绝对值、平方根、对数、指数以及最大和最小值等；还可对曲线进行微积分运算；还能从时间历程结果中生成谱响应。 通过单击主菜单中的timehist postpro 可直接进入时间历程响应后处理模块。,6、几个菜单功能介绍,1、Pan、Zoom和Rotate菜单 Utility:plotctrlspan，zoom，rotate,几个菜单功能的介绍,斜二侧图，从x,y,z=1,2,3方向看,几个菜单功能的介绍,几个菜单功能的介绍,几个菜单功能的介绍,2、图形拾取 在主菜单中选择箭头符号开始的菜单，将会弹出图形拾取菜单。 分定位拾取和检索拾取，功能如下： 定位拾取：定位一个新点的坐标。如图示。 检索拾取：拾取已经存在的模型元素 。,几个菜单功能的介绍,图示对话框为检索拾取。,7、建模练习实例,（1）基本图元对象的建立 点 线 面 体,点的定义,点(modelingcreatekeypoints),线的定义,直线的定义,圆弧的建立,由三个点产生圆弧。 由两个端点和半径产生圆弧。 通过中心和半径创建圆弧线,生成整个圆弧线。,多义线的建立,面的定义,任意面的定义,通过已存在的面定义新的面，生成的新面覆盖在基面上。,蒙皮面的定义，类似灯笼，有骨架和灯笼面。,通过偏移定义新的面,矩形面的定义,通过中心和角点生成一个长方形区域。,通过尺寸生成一个长方形区域。,通过两个角点生成一个长方形。,以工作平面原点为圆心生成一个实心圆面。,在工作平面的任意位置生成一个圆环。,在工作平面的任意位置生成一个部分圆环。,通过端点生成一个圆形区域。,输入尺寸生成以工作平面原点为圆心的环形区域。,圆面的定义,体的定义,棱柱体的定义,圆环体的定义,体的定义,通过边界面定义体。至少要拾取4个面才能生成体，拾取面的顺序没有限制。,通过关键点定义体。关键点的个数必须是4、6或8，且拾取时要按连续的顺序输入。,通过两个角点和Z方向的尺寸生成长方体。,在基于工作平面坐标上输入坐标值生成长方体。,通过中心和端点及Z方向的尺寸生成长方体。,体的定义,体的定义,在工作平面的任意处生成实心圆柱体。,在工作平面的任意处生成空心圆柱体。,在工作平面的任意处生成部分空心圆柱体。,通过端点生成圆柱体,以工作平面原点为圆心生成圆柱体。,布尔运算,保留两个或多个实体重叠的部分。如为两个以上的实体，则有两种相交方式：公共相交和两两相交。,搭接。类似于粘结运算，但要求输入的实体之间有重叠。如为两个面搭接，搭接之后变为接触边界共有的3个面。,切分。把一个实体分割为两个或多个，分割后得到的实体仍通过公共的边界连接在一起。切割工具可以是工作平面、自定义面或线，甚至是体。,互分或分割。把两个或多个实体相互分为多个实体，但相互之间仍通过公共的边界连接在一起。,图元对象的其他操作,（2）建模实例 直接建模法 有一工字梁，结构如图所示，试对其建模并加载。弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，载荷p为150MPa，工字梁的横截面面积为0.0325m2，惯性矩为0.0032m4。,直接建模法 一桁架结构如图所示，水平杆及竖直杆的长度均为1m，桁架各单元的横截面图形为圆环形，尺寸见图。桁架材料为Q235，承受的载荷方式为在8点上施加竖直向下的集中载荷F=60000N，节点1处约束X、Y方向的自由度，节点5处约束Y方向的自由度。试建立桁架的有限元模型。（单元类型为link2D spar 1）,自顶向下建模 图示为一轴类零件，试对其建立几何模型并进行网格划分。（因轴类零件的整体结构是关于中心轴线对称的，故一般采用自顶向下建模方法即直接采用3D体素建模）。,自底向上建模 图示为一轴类零件，试对其建立几何模型并进行网格划分。,建模上机练习,图示为一连杆结构，壁厚为50mm，试建立其几何模型并划分网格。（图中单位为mm）,R180,6.2 ansys分析实例,6.2.1 线性静力分析的基本过程 1 线性静力分析概述 结构分析是各种有限元分析中最为常见的一种类型，ansys产品中包含7种结构分析类型：静力分析、模态分析、谐波分析、瞬态动力分析、屈曲分析、谱分析及子结构分析，其中结构静力分析是诸多分析中最为基础的部分。 结构静力分析是用来计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，即由于稳态外载引起的系统或部件的位移、应力和应变。,1 线性静力分析概述,同时，结构静力分析还可计算那些固定不变的惯性载荷及那些可以近似等价为静力作用的随时间变化的载荷对结构的影响。 在结构静力分析中，一般都假定载荷和响应固定不变，或假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。在结构静力分析中所施加的载荷包括： 外部载荷 稳态的惯性载荷 位移载荷 温度载荷 下面看Ansys中线性静力分析的步骤：,2、线性静力分析的步骤,（1）参数定义、建立模型和划分网格 这个过程中应首先确立所要进行分析工程的工作文件名、工作标题，并定义单元类型、单元实常数、材料模型及其参数，然后再建立几何模型和划分网格。 在实际操作过程中，也可先建立几何模型，再在划分网格之前定义单元类型、单元实常数、材料模型及其参数。,建立有限元模型,1）定义工作文件名 COMMAND:/FILNAME GUI: utility menufilechange jobname 2）定义工作标题 COMMAND:/TITLE GUI: utility menufilechange title,建立有限元模型,3）定义单元类型 COMMAND:ET GUI: main menupreprocessorelement type add/edit/delete 4）选择材料模型和定义材料参数 COMMAND:MP GUI: main menupreprocessormaterial props material models,建立有限元模型,5）生成实体模型 有多种方式可实现。 GUI: main menupreprocessormodelingcreate/operate/ move/copy/reflect/delete 6）网格划分 GUI: main menupreprocessormeshling 定义尺寸的大小； 进行网格划分。,（2）加载求解,加载求解包含：定义分析类型、施加载荷、定义边界条件、设置输出格式、进行求解计算。 1）进入求解器，定义分析类型 COMMAND:ANTYPE GUI: main menusolutionanalysis type new analysis 2）施加载荷 可以在关键点、线、面等实体上施加载荷，也可以在有限元模型（节点、单元）上施加载荷。,3）存储文件 Command: SAVE GUI: utility menufilesave as 4）开始求解计算 Command: SOLVE GUI: main menusolutionsolvecurrent LS 5）退出求解器 Command: FINISH GUI: main menufinish,（3）后处理,在结构静力分析中，计算结果被写入到jobname.RST中，一般结果文件包含以下数据： 基本数据 节点位移信息(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ) 导出数据 包括节点和单元应力、节点和单元应变、单元集中力及节点支反力等。,6.2.2 分析实例,实例一：梁分析实例 1 问题描述 有一型号为32a的工字梁，其跨度为2m，两端固定，在其中心线上承受线载荷P，如图所示，求解支反力（弹性模量220GPa，泊松比0.3，载荷P=20000N/m；横截面面积0.006655m2，惯性矩0.00019m4，横截面高度0.32m；）。,2 问题分析 该问题属于线性静力学问题。由于梁的跨度2m远大于其他方向上的尺寸，因此分析中采用图示有限元模型，通过选择相应的梁单元求解，简化3D模型复杂的建模过程和求解步骤。,3 求解步骤 第一步：建立工作文件名和工作标题 （1）GUI: utility menufilechange jobname 输入文件名excercise1。 （2）GUI: utility menufilechange title 输入标题beam subjected to concentrated force。 第二步：定义元素类型 （1）选择GUI:main menupreprocessorelement typeadd/edit/delete，出现对话框； （2）选择structural beam,2D elastic 3,并在element type reference number输入栏中输入1。,（3）关闭element type 对话框。 （4）选择选择GUI: main menupreprocessorreal constantadd/edit/delete，出现对话框；单击add出现element type for real constants 对话 框，输入参数如图所 示，关闭对话框。,第三步：定义材料性能参数 （1）选择GUI:main menupreprocessormaterial propsmaterial models，出现对话框。依次选择直到出现linear isotropic properties for material number1对话框，输入弹性模量2.2e11（220GPa），输入泊松比0.3，并关闭对话框。 （2）选择GUI: main menupreprocessor sectionsbeamcommon section，出现对话框。在sub-type下拉菜单中选择工字梁标记，在各栏中输入32a型工字梁的特征参数，单击preview在ansys窗口显示工字梁的相关信息。,第四步：创建几何模型并划分网格 （1）选择GUI: main menupreprocessormodelingcreatekeypointsin active CS，出现对话框； 在keypoint number输入栏中输入1，在location in active CS中输入0，0，0； 单击apply，在keypoint number输入栏中输入2，在location in active CS中输入2，0，0，单击ok关闭对话框。 （2）选择GUI: main menupreprocessormodelingcreatelineslinesin active CS，出现对话框，用鼠标在屏幕上选取编号为1、2的关键点，单击ok关闭对话框。,（3）选择GUI: main menupreprocessormeshingsize cntrlsmanualsizelinespicked lines，出现对话框，在ansys显示窗口中选取编号为L1的线段，单击ok按钮，出现新的对话框，在No. of element divisions输入栏中输入20，其余选项采用默认设置，单击ok关闭对话框。,（4）选择GUI:main menupreprocessormeshingmeshlines命令，出现对话框，在ansys显示窗口中选取编号为L1的线段，单击ok按钮关闭对话框。 （5）选择GUI: utility menufilesave as命令，出现对话框，在save database to输入栏中输入exam1-1.db，单击ok按钮关闭对话框。,第五步：加载求解 （1）选择GUI: main menusolutionanalysis typenew anlysis命令，出现对话框，选择static，单击ok按钮关闭对话框。,（2）选择GUI: utility menuparametersscalar parameters命令，出现对话框，在selection输入栏中输入NODE1=NODE(0,0,0)，单击accept按钮，输入NODE2=NODE(1,0,0)，单击accept按钮，输入 NODE3=NODE(2,0,0)，单击accept按钮，再单击close按钮关闭对话框。,（3）选择GUI: main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon nodes命令，出现对话框，在输入栏中输入node1，node3，单击ok按钮，出现新的对话框，根据位移约束设置参数，关闭对话框。,（4）选择GUI: main menusolutiondefine loadsapplystructuralforce/momenton nodes命令，出现对话框，在输入栏中输入node2，单击ok出现新的对话框，在lab direction of force/mom下拉框中选择FY，在force/mom value输入栏中输入-2e4，单击ok按钮关闭对话框。,（5）选择GUI: utility menufilesave as命令，出现对话框，在save database to输入栏中输入exam1-2.db，单击ok按钮关闭对话框。 （6）选择GUI: main menusolutionsolvecurrent LS 命令，出现对话框，单击ok按钮，ansys开始求解计算。求解结束后，ansys显示窗口出现note提示框，单击close关闭对话框。 （7）选择GUI: utility menufilesave as命令，出现对话框，在save database to输入栏中输入exam1-3.db，单击ok按钮关闭对话框。,第六步：查看求解结果 （1）选择GUI: main menugeneral postprocplot resultscontour plotnodal solu命令，出现对话框，选择nodal soluDOF solutionY-component of displacement，单击ok按钮，在显示窗口显示y方向位移场分布等值线图。,（2）选择GUI: main menugeneral postproclist resultreaction solu命令，出现对话框，在lab item to be list列表框中选择all times，单击ok按钮，在显示窗口显示节点反作用力计算结果。 （3）退出ansys系统。,命令流文件,/FILNAME,EXCERCISE1 !定义工作文件名 /TITLE，BEAM SUBJECTED TO CONCENTRATED FORCE !定义工作标题 /PREP7 !进入前处理器 ET,1,BEAM3 !选择梁单元 R,1,0.006655,0.00019,0.32 !设置单元实常数 MP,EX,1,2.2E11 !输入材料弹性模量 MP,PRXY,1,0.3 !输入材料泊松比 SECTYPE,BEAM,I !定义梁的种类 SECDATA,0.13,0.13,0.32,0.015,0.015,0.0095 !输入工字梁横截面信息 K,1 !生成关键点 K,2,2 L,1,2,20 !生成线段,LMESH,1 !对线段进行网格划分 FINISH /SOLU !进入求解器 NODE1=NODE(0,0,0) !获取节点编号 NODE2=NODE(1,0,0) NODE3=NODE(2,0,0) D,NODE1,ALL !施加位移约束 D,NODE3,ALL F,NODE2,FY,-20000 !施加集中力载荷 SOLVE !开始求解 FINISH,/POST1 !进入后处理器 PLNSOL,U,Y !显示Y方向位移 PRRSOL !列出反作用结果 FINISH /EXIT,ALL !退出ansys,实例二：桁架结构的分析,1 问题分析 图示为一三角桁架，各杆件通过铰链连接，杆件材料参数及几何参数如表所示，桁架承受集中力F1=3000N，F2=2000N，试对其进行分析。,实例二：桁架结构的分析,表1 杆件材料参数,表2 杆件几何参数,桁架结构的分析,2、问题分析 对于桁架结构，可通过选择杆单元，并把桁架中的各杆件的几何信息以杆单元实常数的形式表现，从而将分析模型简化为平面模型。 3、求解步骤 第一步：建立工作文件名和工作标题 第二步：定义元素类型 （1）选择link，2D spar 1单元。 （2）输入1、2、3杆的3组实常数。,桁架结构的分析,第三步：定义材料性能参数 （1）输入EX=2.2e11，PRXY=0.3; （2）设置2、3杆的材料参数分别为：EX=6.8e10，PRXY=0.26; EX=2.0e11，PRXY=0.26; 第四步：创建几何模型并划分网格 （1）创建3个关键点：1(0,0,0),2(0.8,0,0),3(0,0.6,0); （2）打开关键点和线的编号； （3）用三个关键点创建3条线； （4）选择sizectrlsmanualsizeglobalsize，设置单元的等份数为1； （5）选择meshingmesh attributesdefault attribs，ok即可。,桁架结构的分析,（6）选择meshingmeshlines，选择直线1，ok。 （7）同理，选择meshingmesh attributesdefault attribs，元素类型号不变，材料编号选择2，实常数设置号选2，ok。 （8）选择meshingmeshlines，选择直线2，ok。 （9）同理设置第3根杆的相关属性。 （10）保存上述操作。 第五步：加载求解 （1）选择分析类型为static。 （2）用numbering打开节点编号，其余默认。 （3）用plotelement显示所有单元。 （4）在1，3节点上施加位移约束为all dof。,桁架结构的分析,（5）在节点2上施加力载荷：FX=3000,Fy=-2000; （6）求解并保存结果。 第六步：查看求解结果 （1）选择plot resultsdeformed shape，查看变形前后的几何形状； （2）选择plot resultscontour plotnodal solu 下的DOF solutiondisplacement vector sum，显示位移场等值线图； （3）选择list resultsnodal solution，显示节点位移计算结果； （4）选择list resultsreaction solu ，显示节点反作用力结果。,上机练习题1,一桁架结构如图所示，水平杆及竖直杆的长度均为1m，桁架各单元的横截面图形为圆环形，尺寸见图。桁架材料为Q235，承受的载荷方式为在8点上施加竖直向下的集中载荷F=60000N，节点1处约束X、Y方向的自由度，节点5处约束Y方向的自由度。求解桁架的位移云图及桁架的轴向应力云图。（单元类型为link2D spar 1,E=2.2e11Pa,=0.3）,用ANSYS软件分析图示桁架。 已知：各杆横截面面积为110-4 m2，全部钢制，E=21011Pa，=0.3，尺寸a=0.3m、b=0.5m和载荷F=2000N。 计算: (1)各杆所受轴向力和轴 向应力的大小。 (2)如果AD、CD 杆钢制， BD杆铜制，E=1.031011Pa， =0.3，结果如何？,上机练习题2,上机练习题3,有一32a型工字梁，结构如图所示，试分析其变形及约束反力。弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，载荷p为150MPa，32a型工字梁的相关参数为：横截面面积为0.006655m，惯性矩为0.00019m4，梁的总高为0.32m，其它参数所示，w1=w2=0.13m，w3=0.32m，t1=t2=0.015m，t3=0.0095m。,平面刚架如图所示，已知刚架内各段梁均为矩形截面，各参数如下：梁截面高：h = 100mm，宽：b=50mm ，分布载荷：q=4.8kN/m ，集中力偶： M =5kNm，弹性模量：E=200GPa。分析其变形。,上机练习题4,实例三：板分析实例,1 问题描述 如图所示为一个有中心圆孔的薄板，薄板厚度为0.01m，在其两端承受均布载荷P=0.5MPa，求薄板内部的应力场分布。薄板的弹性模量为69GPa，泊松比为0.3。,2 问题分析 该问题属于平面应力问题。根据平板结构的对称性，选择整体结构的1/4建立几何模型，进行分析求解。 3 求解步骤 第一步：建立工作文件名和工作标题 （1）GUI:utility menufilechange jobname 输入文件名excercise2。 （2）GUI:utility menufilechange title 输入标题stress analysis in a sheet。,第二步：定义单元类型 （1）选择GUI:main menupreprocessorelement typeadd/edit/delete，出现对话框； （2）选择structural solid，quad 8node 82,并在element type reference number输入栏中输入1，关闭对话框。 第三步：定义材料性能参数 （1）选择GUI:main menupreprocessormaterial propsmaterial models，出现对话框。依次选择到出现linear isotropic properties for material number1对话框，输入弹性模量6.9e10，输入泊松比0.3，并关闭对话框。 （2）在define material model behavior对话框中选择materialexit命令，关闭对话框。,第四步：创建几何模型、划分网格 （1）选择GUI:main menupreprocessormodelingcreateareasrectangleby dimensions命令，出现对话框，输入参数，关闭对话框；,（2）选择GUI:main menupreprocessormodelingcreateareascircleby dimensions命令，出现对话框，输入参数，关闭对话框；,（3）选择GUI:main menupreprocessormodelingoperatebooleanssubtractareas命令，出现subtract areas选择菜单，在输入栏中输入1，单击ok，在输入栏中输入2，单击ok按钮关闭对话框； （4）选择GUI:main menupreprocessornumbering ctrlscompress numbers命令，出现compress numbers 对话框，在label item to be compressed下拉选框中选择all，单击ok按钮关闭对话框； （5）选择GUI:main menupreprocessormeshingsize cntrlsmanualsizeglobalsize命令，出现对话框，在size element edge length输入栏中输入0.02，单击ok按钮关闭对话框；,（6）选择GUI:main menupreprocessormeshingmeshareasmappedby corners命令，出现选择菜单，在输入栏中输入1，单击ok按钮，在输入栏中输入1，4，5，3，单击ok按钮关闭对话框； （7）选择GUI:utility menuplotelements命令，在ansys窗口显示网格划分后的结果。 （8）选择GUI:utility menufilesave as命令，在输入栏中输入exam2-1.db，单击ok按钮关闭对话框。,第五步：加载求解 （1）选择GUI:main menusolutionanalysis typenew anlysis命令，出现对话框，选择static，单击ok按钮关闭对话框。 （2）选择GUI:utility menuselectentities命令，出现对话框，在第1个下拉框中选择lines，在第2个下拉框中选择by num/pick，在第3个下拉框中选择from full，单击ok按钮，出现select lines选择菜单，在输入栏中输入4，再单击ok按钮关闭对话框。 （3）选择GUI:utility menuselectentities命令，出现对话框，在第1个下拉框中选择nodes，在第2个下拉框中选择attached to，在第3栏中选择lines，all，单击ok按钮关闭对话框。,（4）选择GUI:main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon nodes命令，出现选择菜单，单击pick all按钮，出现新的对话框 ，在lab2 DOFs to be contrained列表框中选择UY，在displacement value 输入栏中输入0，单击ok按钮关闭对话框。 （5）选择GUI:utility menuselectentities命令，出现对话框，在第1个下拉框中选择lines，在第2个下拉框中选择by num/pick ，在第3栏中选择from full ，单击ok出现选择菜单，在输入栏中输入5，单击ok按钮关闭对话框。 （6）选择GUI:utility menuselectentities命令，出现对话框，在第1个下拉框中选择nodes，在第2个下拉框中选择attached to，在第3栏中选择lines，all，单击ok按钮关闭对话框。,（7）选择GUI:main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon nodes命令，出现选择菜单，单击pick all按钮，出现新的对话框 ，在lab2 DOFs to be contrained列表框中选择UX，在displacement value 输入栏中输入0，单击ok按钮关闭对话框。 （8）选择GUI:utility menuselectentities命令，出现对话框，在第1个下拉框中选择lines，在第2个下拉框中选择by num/pick ，在第3栏中选择from full ，单击ok出现选择菜单，在输入栏中输入1，单击ok按钮关闭对话框。 （9）选择GUI:utility menuselectentities命令，出现对话框，在第1个下拉框中选择nodes，在第2个下拉框中选择attached to，在第3栏中选择lines，all，单击ok按钮关闭对话框。,（10）选择GUI:main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon nodes命令，出现选择菜单，单击pick all按钮，出现新的对话框 ，在load PRES value输入栏中输入-5e5，单击