111ANSYS进行有限元静力学分析.doc

经典理论一、设计大纲概述1、设计目的（1）熟悉有限元分析的基本原理和基本方法；（2）掌握有限元软件ANSYS的基本操作；（3）对有限元分析结果进行正确评价。2、设计原理利用ANSYS进行有限元静力学分析。3、设计仪器设备1）安装windows 2000以上版本的微机；2）ANSYS 8.0以上版本软件。4、实验内容与步骤1）熟悉ANSYS的界面和分析步骤；2）掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；3）掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；4）实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。二、题目：如图试样期尺寸为100mm*5mm*5mm,下端固定，上端受拉力10000N作用。已知该试样材料的应力-应变曲线如图所示。计算试样的位移分布。三、分析步骤：分析：从应力-应变关系可以看出该材料的屈服极限是225MPa左右，弹性部分曲线的斜率为常数75GPa。之后材料进入塑性变形阶段，应力-应变关系为非线性的。估计本题应力10000/（0.05*.005）=400MPa,因此材料屈服进入塑性，必须考虑材料非线性影响。（1） 建立关键点。单击菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsInActiveCS，建立两个关键点（0，0，0）和（0，100，0）。（2） 建立直线。单击菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesStaightLine,在关键点1、2之间建立直线。（3） 定义单元类型。单击菜单Main MenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete,定义单元StructuralLink2D spar1(LINK1)（4） 定义单元常数。单击菜单Main MenuPreprocessorRealConstantsAdd/Edit/Delete,在弹出的Real Constants for LINK1对话框中，输入如下的单元几何参数：截面面积AREA=25 出始应变=0（5） 定义材料属性。1） 单击菜单Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropic,在弹出的对话框中，输入如下的材料属性：杨氏模量EX=73e3 泊松比PRXY=.32） 单击菜单Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralNonlinearElasticMutilinear Elastic,弹出如图所示的对话框。在STRAIN和STRESS域输入如表所示的两组数据。其表中的数据是从如图所示的应力-应变关系中得来，中间点采用了线性插值的计算方法。输入第一对数据后，单击Add Point按钮，可以输入第二对数据。曲线点StrainStress10020.017530.00215040.00322550.00424060.00525070.02530080.0635590.1390100.15420110.2435120.25449130.2754503） 数据输入完毕，在Mutilinear Elastic for Material Number 1对话框中单击Graph按钮，得到如图所示的应力-应变图形，这个图形应该和本例开始给出的应力-应变曲线符合。单击OK按钮确定输入数据。4） 单击菜单Utility MenuPlotReplot,重新绘制问题的几何模型。（6） 定义单元尺寸。单击菜单Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLinesAll Lines,指定单元边长5。（7） 划分网络。单击菜单Main MenuPreprocessorMeshingMeshLines,在弹出的对话框中单击Pick All按钮。（8） 定义分析类型。单击菜单Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis,选择Static选项。（9） 设置解选项。单击菜单Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Control,弹出如图所示对话框。按照图中所示在Basic标签页下做如下的设置：l 在Analysis Options域选择Large Displacement Static选项。这样ANSYS将考虑到大变形的效应。l 在Time Control域的Automatic time stepping列表选择On。Automatic time stepping将运行ANSYS自动决定将载荷步划分成合适数目的子步。激活Automatic time stepping选项同时也将降火二分法确保收敛功能。l 在Time Control域的Number of substeps文本框输入子步数目20。这样ANSYS计算的第一个子步载荷将是总载荷的1/20。因为现在将Automatic time stepping激活，所以剩余的子步步长将由ANSYS根据前一个子步的计算结果自动调整。l 在Time Control域的Max no of substeps文本框输入最大子步数目1000。如果经过1000个子步迭代，仍然得不到收敛的解，ANSYS将停止继续求解。l 在Time Control域的Min no of substeps文本框输入最小子步数目1。l 在Write Items to Results File域中选择All solutions items选项，在Frequncy列表中选择Write Every Substep选项，这样可以保存每个子步的计算结果，便于作出系统的时间响应曲线。 切换到Nonlinear标签页，如图所示，做以下设置。l 在Nonlinear Options域的Line search列表中选择On选项。线性搜索可以加速牛顿-拉普森（NR）平衡迭代的收敛。l 在Equilibrium iterations域的Maximum number of iterations文本框中输入最大迭代数1000。（10）施加位移约束。单击菜单Main MenuSolutionDefine Loads ApplyStructuralDisplacementOn Keypoints固定关键点1。（11）施加载荷。Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/Moment On Keypoints，在关键点2施加集中力载荷FY=1000N。（12）求解。单击菜单Main MenuSolutionSolveCurrent LS，图形窗口将显示非线性分析求解的收敛过程。（13）显示单元的三维视图。单击菜单Utility MenuPlotCtrlsSrylrSize and Shape，弹出如图所示对话框。选择Display of element复选框，得到单元的三维视图如图所示。（14）绘制位移分布图。单击菜单Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsCoutour PlotNodal Solution，在弹出的对话框中选择DOF solutionUY，得到如图所示的位移分布图。（15）查看位移随时间的变化。 1）定义变量。 单击菜单Main MenuTimeHist Postproc，弹出如图所示对话框。 单击左上角的【+】添加变量按钮，弹出如图所示对话框。选择Nodal Solution DOF SolutionY-Component of displacement，单击 【OK】按钮。弹出 Node for Data窗口，选择式样顶端的节点，单击 【OK】按钮。 添加另一个变量。单击左上角的【+】添加变量按钮，这次选择Reaction Forces Structural Forces Y-Component of Force。拾取试样底端的节点，单击【OK】 按钮。 在Time History Variable 窗口，单击FY-3行、X-Axis列的单选按钮，将反力 FY-3作为X轴变量，如图所示。2）查看位移随时间变化。 在Time History Variable 窗口单击UY_3行，再单击绘图按钮【】 ，得到如图所示的位移UY随反力FY变化关系。 修改X轴和Y轴标签。单击菜单Utility MenuPlorCtrlsStyleGraphsModifyAxes，重新设定X轴和Y轴标签为LOAD和DEFLECTION。从图中可以看出，当反力小（相应载荷和应力也较小）时，位移和载荷之间是线性的关系。当反力较大（相应载荷和应力都超出弹性极限）时，位移以越来越大的速率增加。这些结果和经典塑性力学的结果是一致的。四、总结：通过本次课程设计我学会了有限元分析的基本原理和基本方法；掌握有限元软件ANSYS的基本操作。熟悉ANSYS的界面和分析步骤；掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。五、源代码/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 04/03/2011/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,1,1 /COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 12:06:33 02/28/2011/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/REPLOT,RESIZE /FILNAME,1111,0 /TITLE,2222 /REPLOT /FILNAME,aaa,0 /TITLE,dynamic analysis of a gear /REPLOTET,1,SOLID186 !* !* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2.06e11MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7.8e3SAVESAVECSYS,1 K,1,20,0, K,110,16,40, KWPAVE, 110 wprot,-50,0,0 CSYS,4 K,2,12.838,0, CSYS,1 K,120,16,43, K,130,16,46, K,140,16,49, K,150,16,52, K,160,16,55, KWPAVE, 120 wprot,3,0,0 CSYS,4 K,3,13.676,0, SAVEKWPAVE, 130NSOL,