清华大学ansys基础教程.pdf

工程师论坛 有限元分析及应用 课程 有限元分析软件有限元分析软件 ANSYS6 xed 上 机 指 南 上 机 指 南 清华大学机械工程系清华大学机械工程系 2002 年年 9 月月 工程师论坛 说 明 本 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 由清华大学机 械工程系石伟老师组织编写 由助教博士生孔劲执笔 于 2002 年 9 月完成 基本操作指南中的所有算例都在相应的软件系统中 进行了实际调试和通过 本上机指南的版权归清华大学机械工程系所有 未经同意 任何单位和个人不得翻印 I 工程师论坛 目 录 Project1 简支梁的变形分析 1 Project2 坝体的有限元建模与受力分析 3 Project3 受内压作用的球体的应力与变形分析 5 Project4 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解 7 Project5 超静定桁架的有限元求解 9 Project6 超静定梁的有限元求解 11 Project7 平板的有限元建模与变形分析 13 II 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Project1 梁的有限元建模与变形分析梁的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图 1 1 所示 习题文件名 beam NOTE 要求选择不同形状的截面分别进行计算 要求选择不同形状的截面分别进行计算 10m 梁承受均布载荷 1 0e5 Pa 图 1 1 梁的计算分析模型 梁截面分别采用以下三种截面 单位 m 矩形截面 圆截面 工字形截面 B 0 1 H 0 15 R 0 1 w1 0 1 w2 0 1 w3 0 2 t1 0 0114 t2 0 0114 t3 0 007 1 1 进入 进入 ANSYS 程序程序 ANSYSED 6 1 Interactive change the working directory into yours input Initial jobname beam Run 1 2 设置计算类型 设置计算类型 ANSYS Main Menu Preferences select Structural OK 1 3 选择单元类型 选择单元类型 ANSYS Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete Add select Beam 2 node 188 OK back to Element Types window Close the Element Type window 1 4 定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX 2 1e11 PRXY 0 3 OK 1 5 定义截面定义截面 ANSYS Main Menu Preprocessor Sections Beam Common Sectns 分别定义 矩形截面 圆截面和工字形截面 矩形截面 ID 1 B 0 1 H 0 15 Apply 圆截面 ID 2 R 0 1 Apply 工字形截面 ID 3 w1 0 1 w2 0 1 w3 0 2 t1 0 0114 t2 0 0114 t3 0 007 OK 1 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 1 6 生成几何模型生成几何模型 生成特征点 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入三个点的坐标 input 1 0 0 2 10 0 3 5 1 OK 生成梁 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines lines Straight lines 连接两个特征点 1 0 0 2 10 0 OK 1 7 网格划分 网格划分 ANSYS Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked lines OK 选择 SECT 1 根据所计算的梁的截面选择编号 Pick Orientation Keypoint s YES 拾取 3 特征点 5 1 OK Mesh Tool Size Controls lines Set Pick All in Picking Menu input NDIV 5 OK back to Mesh Tool window Mesh Pick All in Picking Menu Close the Mesh Tool window 1 8 模型施加约束 模型施加约束 最左端节点加约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes pick the node at 0 0 OK select UX UY UZ ROTX OK 最右端节点加约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes pick the node at 10 0 OK select UY UZ ROTX OK 施加 y 方向的载荷 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams Pick All VALI 100000 OK 1 9 分析计算分析计算 ANSYS Main Menu Solution Solve Current LS OK to close the solve Current Load Step window OK 1 10 结果显示结果显示 ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def Undeformed OK back to Plot Results window Contour Plot Nodal Solu select DOF solution UY Def Undeformed Rotation ROTZ Def Undeformed OK 1 11 退出系统退出系统 ANSYS Utility Menu File Exit Save Everything OK 2 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Project2 坝体的有限元建模与应力应变分析坝体的有限元建模与应力应变分析 计算分析模型如图 2 1 所示 习题文件名 dam 1m 5m 0 55m 图 2 1 坝体的计算分析模型 2 1 进入 进入 ANSYS 程序程序 ANSYSED 6 1 Interactive change the working directory into yours input Initial jobname dam Run 2 2 设置计算类型 设置计算类型 ANSYS Main Menu Preferences select Structural OK 2 3 选择单元类型 选择单元类型 ANSYS Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete Add select Solid Quad 4node 42 OK back to Element Types window Options select K3 Plane Strain OK Close the Element Type window 2 4 定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX 2 1e11 PRXY 0 3 OK 2 5 生成几何模型生成几何模型 生成特征点 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标 input 1 0 0 2 10 0 3 1 5 4 0 45 5 OK 生成坝体截面 3 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPS 依次连接四个特征点 1 0 0 2 10 0 3 1 5 4 0 45 5 OK 2 6 网格划分 网格划分 ANSYS Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool Size Controls lines Set 依次拾取两条横边 OK input NDIV 15 Apply 依次拾取两条纵边 OK input NDIV 20 OK back to the mesh tool window Mesh Areas Shape Quad Mapped Mesh Pick All in Picking Menu Close the Mesh Tool window 2 7 模型施加约束 模型施加约束 分别给下底边和竖直的纵边施加 x 和 y 方向的约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On lines pick the lines OK select Lab2 UX UY OK 给斜边施加 x 方向的分布载荷 ANSYS 命令菜单栏 Parameters Functions Define Edit 1 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 File Save 文件扩展名 func 返回 返回 Parameters Functions Read from file 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 OK ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines 拾 取斜边 OK 在下拉列表框中 选择 Existing table OK 选择需要的载荷参数名 OK 2 8 分析计算分析计算 ANSYS Main Menu Solution Solve Current LS OK to close the solve Current Load Step window OK 2 9 结果显示结果显示 ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def Undeformed OK back to Plot Results window Contour Plot Nodal Solu select DOF solution UX UY Def Undeformed Stress SX SY SZ Def Undeformed OK 2 10 退出系统退出系统 ANSYS Utility Menu File Exit Save Everything OK 4 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Project3 受内压作用的球体的有限元建模与分析受内压作用的球体的有限元建模与分析 计算分析模型如图 3 1 所示 习题文件名 sphere R1 0 3 R2 0 5 承受内压 1 0e8 Pa 图 3 1 受均匀内压的球体计算分析模型 截面图 3 1 进入 进入ANSYS 程序程序 ANSYSED 6 1 Interactive change the working directory into yours input Initial jobname sphere Run 3 2设置计算类型 设置计算类型 ANSYS Main Menu Preferences select Structural OK 3 3选择单元类型 选择单元类型 ANSYS Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete Add select Solid Quad 4node 42 OK back to Element Types window Options select K3 Axisymmetric OK Close the Element Type window 3 4定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX 2 1e11 PRXY 0 3 OK 3 5生成几何模型生成几何模型 生成特征点 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标 input 1 0 3 0 2 0 5 0 3 0 0 5 4 0 0 3 OK 生成球体截面 ANSYS 命令菜单栏 Work Plane Change Active CS to Global Spherical ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines In Active Coord 依次连接 1 2 3 4 点 OK Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines 依次拾取四条边 OK ANSYS 命令菜单栏 Work Plane Change Active CS to Global 5 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Cartesian 3 6 网格划分 网格划分 ANSYS Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool Size Controls lines Set 拾取两条直边 OK input NDIV 10 Apply 拾取两条曲边 OK input NDIV 20 OK back to the mesh tool window Mesh Areas Shape Quad Mapped Mesh Pick All in Picking Menu Close the Mesh Tool window 3 7 模型施加约束 模型施加约束 给水平直边施加约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines 拾取水平边 Lab2 UY OK 给竖直边施加约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B C On Lines 拾取竖直边 OK 给内弧施加径向的分布载荷 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines 拾取小圆弧 OK input VALUE 100e6 OK 3 8 分析计算分析计算 ANSYS Main Menu Solution Solve Current LS OK to close the solve Current Load Step window OK 3 9 结果显示结果显示 ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def Undeformed OK back to Plot Results window Contour Plot Nodal Solu select DOF solution UX UY Def Undeformed Stress SX SY SZ Def Undeformed OK 3 10 退出系统退出系统 ANSYS Utility Menu File Exit Save Everything OK 6 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Project4 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解 计算分析模型如图 4 1 所示 习题文件名 cylinder R1 0 3 R2 0 5 圆筒内壁温度 500 外壁温 度 100 两端自由且绝热 图 4 1 受热载荷作用的厚壁圆筒的计算分析模型 截面图 4 1 进入 进入ANSYS 程序程序 ANSYSED 6 1 Interactive change the working directory into yours input Initial jobname cylinder Run 4 2设置计算类型 设置计算类型 ANSYS Main Menu Preferences select Thermal OK 4 3选择单元类型 选择单元类型 ANSYS Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete Add select Thermal Solid Quad 4node 55 OK back to Element Types window Options select K3 Axisymmetric OK Close the Element Type window 4 4定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Thermal Conductivity Isotropic input KXX 7 5 OK 4 5生成几何模型生成几何模型 生成特征点 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标 input 1 0 3 0 2 0 5 0 3 0 5 1 4 0 3 1 OK 生成圆柱体截面 7 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPS 依次连接四个特征点 1 0 3 0 2 0 5 0 3 0 5 1 4 0 3 1 OK 4 6 网格划分 网格划分 ANSYS Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool Size Controls lines Set 拾取两条水平边 OK input NDIV 5 Apply 拾取两条竖直边 OK input NDIV 15 OK back to the mesh tool window Mesh Areas Shape Quad Mapped Mesh Pick All in Picking Menu Close the Mesh Tool window 4 7 模型施加约束 模型施加约束 分别给两条直边施加约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Thermal Temperature On Lines 拾取左边 Value 500 Apply back to the window of apply temp on lines 拾取右边 Value 100 OK 4 8 分析计算分析计算 ANSYS Main Menu Solution Solve Current LS OK to close the solve Current Load Step window OK 4 9 结果显示结果显示 ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def Undeformed OK back to Plot Results window Contour Plot Nodal Solu select DOF solution Temperature TEMP OK 4 10 退出系统退出系统 ANSYS Utility Menu File Exit Save Everything OK 8 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Project5 超静定桁架的有限元建模与分析超静定桁架的有限元建模与分析 计算分析模型如图 5 1 所示 习题文件名 truss 1m 1m 1m 载荷 1 0e8 N 图 5 1 超静定桁架的计算分析模型 5 1 进入 进入ANSYS 程序程序 ANSYSED 6 1 Interactive change the working directory into yours input Initial jobname truss Run 5 2设置计算类型 设置计算类型 ANSYS Main Menu Preferences select Structural OK 5 3选择单元类型 选择单元类型 ANSYS Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete Add select Link 2D spar 1 OK back to Element Types window Options select K3 Plane Strain OK Close the Element Type window 5 4定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX 2 1e11 PRXY 0 3 OK 5 5定义实常数定义实常数 ANSYS Main Menu Preprocessor Real Constants Add select Type 1 OK input AREA 0 25 OK Close the Real Constants Window 5 6生成几何模型生成几何模型 生成特征点 9 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标 input 1 1 1 2 2 1 3 3 1 4 2 0 OK 生成桁架 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line 依次连接四个特征点 1 1 1 2 2 1 3 3 1 4 2 0 OK 5 7 网格划分 网格划分 ANSYS Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool Size Controls lines Set 依次拾取三根杆 OK input NDIV 1 OK back to the mesh tool window Mesh lines Mesh Pick All in Picking Menu Close the Mesh Tool window 5 8 模型施加约束 模型施加约束 分别给1 2 3三个特征点施加x和y方向的约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Keypoints 拾取 1 1 1 2 2 1 3 3 1 三个特征点 OK select Lab2 UX UY OK 给4 特征点施加y方向载荷 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force Moment On Keypoints 拾取特征点 4 2 0 OK Lab FY Value 100e6 OK 5 9 分析计算分析计算 ANSYS Main Menu Solution Solve Current LS OK to close the solve Current Load Step window OK 5 10 结果显示结果显示 ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def Undeformed OK back to Plot Results window Contour Plot Nodal Solu select DOF solution UY Def Undeformed OK 5 11 退出系统退出系统 ANSYS Utility Menu File Exit Save Everything OK 10 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Project6 超静定梁的有限元建模计算超静定梁的有限元建模计算 计算分析模型如图 6 1 所示 习题文件名 statically indeterminate beam lm lm 梁承受均布载荷 1 0e5 Pa 图 6 1 超静定梁的计算分析模型 6 1 进入 进入ANSYS 程序程序 ANSYSED 6 1 Interactive change the working directory into yours input Initial jobname statically indeterminate beam Run 6 2设置计算类型 设置计算类型 ANSYS Main Menu Preferences select Structural OK 6 3选择单元类型 选择单元类型 ANSYS Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete Add select Beam tapered 44 OK back to Element Types window Close the Element Type window 6 4定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX 2 1e11 PRXY 0 3 OK 6 5定义截面定义截面 ANSYS Main Menu Preprocessor Sections Beam Common Sectns 定义矩形 截面 ID 1 B 0 01 H 0 1 OK 6 6生成几何模型生成几何模型 生成特征点 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入三个点的坐标 input 1 0 0 2 1 0 3 2 0 4 0 0 1 OK 生成梁 ANSYS Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines lines Straight lines 依次连接三个特征点 1 0 0 2 1 0 3 2 0 OK 11 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 显示梁体 ANSYS 命令菜单栏 PlotCtrls Style Size and Style ESHAPE On OK 6 7 网格划分 网格划分 ANSYS Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked lines OK 拾取 SECT 1 Pick Orientation Keypoint s YES 拾取 4 特征点 0 0 1 OK Mesh Tool Size Controls lines Set Pick All in Picking Menu input NDIV 8 OK back to Mesh Tool window Mesh Pick All in Picking Menu Close the Mesh Tool window 6 8 模型施加约束 模型施加约束 分别给1 2 3三个特征点加约束 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Keypoints 拾取 1 2 3 keypoints OK select All DOF OK 施加y方向的载荷 ANSYS Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams Pick All LKEY 2 VALI 100000 OK 6 9 分析计算分析计算 ANSYS Main Menu Solution Solve Current LS OK to close the solve Current Load Step window OK 6 10 结果显示结果显示 ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def Undeformed OK back to Plot Results window Contour Plot Nodal Solu select DOF solution UY Def Undeformed Rotation ROTZ Def Undeformed OK 6 11 退出系统退出系统 ANSYS Utility Menu File Exit Save Everything OK 12 有限元分析软件 ANSYS6 1ed 上机指南 机械工程系 材料加工技术研究所 石伟 孔劲 Project7 平板的有限元建模与变形分析平板的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图 7 1 所示 习题文件名 plane 0 5 m 0 5 m 0 5 m 0 5 m 板承受均布载荷 1 0e5 Pa 图 7 1 受均布载荷作用的平板计算分析模型 7 1 进入 进入ANSYS 程序程序 ANSYSED 6 1 Interactive change the working directory into yours input Initial jobname plane Run 7 2设置计算类型 设置计算类型 ANSYS Main Menu Preferences select Structural OK 7 3选择单元类型 选择单元类型 ANSYS Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete Add select Solid Quad 4node 42 OK back to Element Types window Options select K3 Plane stress w thk