本科生ANSYS上机指南.doc

“有限元方法”本科生课程有限元分析软件ANSYS上 机 指 南山东科技大学2012年10月目 录Project1 熟悉基本功能、实体建模练习 .1Project2 简支梁的变形分析 .2Project3 薄板的平面应力问题分析.7Project4 坝体的平面应变问题分析 13Project5 受内压作用的球体的应力与变形分析.17Project6 超静定桁架的有限元求解.22Project7 轴类零件的建模与分析.26I有限元分析软件ANSYS11.0上机指南 Project 1 熟悉基本功能、实体建模练习1.1 ANSYS基本功能熟悉结合课件，熟悉ANSYS图形用户界面包括对话框和组件、通用菜单、输入窗口、主菜单、输出窗口、工具条、图形窗口和个性化界面，帮助文件；熟悉ANSYS结构分析模块的功能。1.2 实体建模练习1) 进入ANSYS 的Preprocessor中的Modeling，按照点线面的顺序建立一个任意平面图形；在Area中建立圆面、矩形面；在Volume中建立圆柱、正方体等实体，并利用Operate中的布尔运算得到新图形。2) 在ANSYS下建立下列图形的实体模型。 (a)(b)(c)图1-1 实体建模练习说明：图1-1(a)中上边缺口深度为5mm，宽度为10mm。图1-1(c)中方板用四根短柱在四角支撑，材料为钢，板中央有一通孔，半径为10mm，柱子横截面为正方形，边长为30mm。Project 2 梁的有限元建模与变形分析计算分析模型如图2-1 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。图2-1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=0.01，t2=0.01，t3=0.012.1 定义工作路径和工作文件名（1） 选择Utility MenuFileChange Directory命令，弹出Change Working Directory对话框，选择工作路径D: file。（若路径不存在，需建立）。 （2） 选择Utility MenuFileChange Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在/FILNAM enter new jobename输入栏中输入工作文件名beam，并将New log and error files设置为Yes，单击OK按钮并关闭该对话框。2.2选择单元类型（1）MainMenuPreprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Beam 2 node 188OK 2.3定义材料参数MainMenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropicinput EX:2.1e11, PRXY:0.3OK2.4定义截面 MainMenuPreprocessorSectionsBeamCommon 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=0.15OK。 2.5生成几何模型（1）生成关键点 MainMenuPreprocessorModeling 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（2）生成梁MainMenuPreprocessorModelingCreateLineslinesStraight lines连接两个特征点1(0,0) 和2(10,0)OK2.6 网格划分（1）选择梁的截面 MainMenuPreprocessorMeshingMesh AttributesPicked linesOK选择: SECT:1（根据不同的梁的截面选择编号）；Pick Orientation Keypoint(s):YES拾取：3号关键点(5,1)OK。（2）确定划分线单元的个数MainMenuMesh Tool Size Controls) lines: Set Pick All(in Picking Menu)在NDIV对话框中输入5OK（2）划分单元MainMenuMeshPick All (in Picking Menu)Close。2.7 模型施加约束（1）最左端节点加约束MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodespick the node at (0,0)OKselect UX, UY,UZ,ROTXOK（2）最右端节点加约束MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes pick the node at (10,0)OK select UY,UZ,ROTXOK（3）施加y方向的载荷MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn BeamsPick AllVALI:100000OK.2.8 分析计算 MainMenuSolution Solve Current LS OK 2.9 结果显示（1）显示变形云图：MainMenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed Shape select Def + UndeformedOK （2）显示梁的节点总体位移云图MainMenuContour PlotNodal Soluselect: DOF solutionDisplacement vector sumOK.2.10 退出系统 ANSYS Utility Menu: File Exit Save EverythingOKProject 3 薄板的平面应力问题分析计算分析模型如图3-1 所示, 习题文件名: plane图3-1 受均布载荷作用的薄板模型与单元网格图一中心具有圆孔的方板，上下两边受y方向均匀拉伸载荷，如图1所示，方板边长L=8cm，圆孔半径r=1cm，板厚t=0.1cm，拉伸的均布载荷q=10Mpa，材料常数E=2.0105MP，泊松比=0.3。因为薄板具有对称性，我们可以取四分之一进行分析，然后扩展成整个平板。3.1 定义工作路径和工作文件名（1） 选择Utility MenuFileChange Directory命令，弹出Change Working Directory对话框，选择工作路径D: file。（若路径不存在，需建立）。 （2） 选择Utility MenuFileChange Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在/FILNAM enter new jobename输入栏中输入工作文件名plane，并将New log and error files设置为Yes，单击OK按钮并关闭该对话框。3.2定义单元类型（1）MainMenuPreprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 4node 42OK （2）返回Element Types界面，Element Types Options select K3: Plane stress w/thk OKClose 3.3定义材料属性MainMenuPreprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK完成定义弹性模量与泊松比的定义。3.4定义实常数 MainMenuPreprocessor Real Constants Add select Type 1 OKinput THK：在对话框中输入板的厚度0.001 OK Close 3.5生成几何模型(1)生成平板 MainMenuPreprocessor Modeling Create Areas RectangleBy Dimensions 依次输入两个角点的坐标（0,0）和（0.04,0.04）OK(2)生成圆孔MainMenuPreprocessor Modeling Create AreasCirclesolid circle 在对话框中依次输入0,0，0.01OK(3)执行面相减操作MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas,在弹出的对话框，拾取四边形，单击OK；拾取圆面，单击OK。3.6 网格划分采用映射划分方法：(1)连接L2和 L3：MainMenuPreprocessor Meshing Mesh AreaMappedConcatenateLines,选择L2和L3，单击OK。(2) 定义线上的单元个数：MainMenuPreprocessor Meshing Mesh Tool (Size Controls) lines: Set 选择L5,在对话框NDIV中输入10，单击Apply；再选择L2和L3，在对话框NDIV输入5，单击Apply；再选择L9和L10，在对话框NDIV输入9,同时在SPACE对话框中输入0.15，单击OK。(3) 划分网格：MainMenuPreprocessor Meshing Mesh Tool Mesh: Areas, Shape: Tri, Mapped Mesh Pick All (in Picking Menu) Close。3.7模型施加约束和施加载荷(1)给线9施加Y方向约束MainMenuSolution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines 拾取线9：Lab2: UY OK(2)给线10施加对称边界约束Main MenuSolutionDefine LoadApplyStructuralDisplacementSymmetry B.C.On Lines命令，出现Apply SMMY on Lines拾取菜单，在ANSYS显示窗口选择线段L10，单击OK按钮。(3)给线3施加Y向均布载荷MainMenuSolution Define Loads Apply Structural PressureOn Lines在对话框中输入-1E7 ，单击OK。3.8 分析计算MainMenu Solution Solve Current LS OK3.9 结果显示 （1）显示平板的形状变化： MainMenu General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK （2）显示平板的平均等效应力：MainMenuGeneral Postproc Plot ResultsContour Plot Nodal SolutionStressVon Mises StressOK（3）扩展后显示平板的平均等效应力：Utility MenuPlotCtrlsStyleSymmetryExpansionPreiodic/Cyclic Symmetry，出现Preiodic/Cyclic Symmetry Expansion对话框，在Select type of cyclic symmetry选项中选择1/4 Dihedral Sym，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示扩展后结果。3.10 退出系统 ANSYS Utility MenuFile Exit Save EverythingOKProject 4 坝体的平面应变问题分析计算分析模型如图4-1 所示, 习题文件名: dam。图4-1 坝体的分析模型如图一水坝,材料为混凝土,弹性模量为2.1e11Pa,泊松比为0.3，斜面所受均布载荷为1000Mpa。4.1 定义工作路径和工作文件名（1） 选择Utility MenuFileChange Directory命令，弹出Change Working Directory对话框，选择工作路径D: file。（若路径不存在，需建立）。 （2） 选择Utility MenuFileChange Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在/FILNAM enter new jobename输入栏中输入工作文件名dam，并将New log and error files设置为Yes，单击OK按钮并关闭该对话框。4.2选择单元类型（1）MainMenuPreprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 4node 42OK （2）返回Element Types界面，Element Types Options select K3: Plane StrainOKClose 4.3定义材料属性MainMenuPreprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3OK。4.4生成几何模型（1）生成特征点MainMenuPreprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) OK（2）生成坝体截面MainMenuPreprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPS依次连接四个特征点，1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) OK4.5 网格划分MainMenuPreprocessorMeshingMesh Tool(Size Controls) lines: Set 依次拾取两条横边:OKinput NDIV: 15Apply依次拾取两条纵边:OKinput NDIV: 20OK (back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, MappedMeshPick All (in Picking Menu)Close4. 6 模型施加约束（1）分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn lines pick the linesOKselect ALL DOFOK（2）给斜边施加x方向的均布载荷MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Lines拾取斜边；OK在对话框中输入水平方向的均布载荷为1000pa,4.7 分析计算MainMenuSolutionSolveCurrent LSOK4.8 结果显示（1）显示水坝的形状变化： MainMenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shapeselect Def + UndeformedOK （2）显示水坝的节点总体位移云图：MainMenuContour PlotNodal Soluselect: DOF solutionDisplacement vector sumOK.（3）显示水坝的平均等效应力：MainMenuGeneral Postproc Plot ResultsContour Plot Nodal SolutionStressVon Mises StressOK4.9 退出系统 ANSYS Utility Menu: File Exit Save EverythingOKProject 5 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5-1 所示, 习题文件名: sphere。图5-1受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）如图受内压作用球体的截面, ,弹性模量为2.1e11Pa,泊松比为0.3，承受的内压为1.0e8Pa,内表面的半径R1=0.3m，外表面的半径R2=0.5m。5.1 定义工作路径和工作文件名（1） 选择Utility MenuFileChange Directory命令，弹出Change Working Directory对话框，选择工作路径D: file。（若路径不存在，需建立）。 （2） 选择Utility MenuFileChange Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在/FILNAM enter new jobename输入栏中输入工作文件名sphere，并将New log and error files设置为Yes，单击OK按钮并关闭该对话框。5.2选择单元类型（1）MainMenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddselect Solid Quad 4node 42OK 。（2）返回Element Types界面，Element Types Optionsselect K3: Axisymmetric OKClose5.3定义材料参数MainMenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropicinput EX:2.1e11, PRXY:0.3OK5.4生成几何模型(1)生成特征点MainMenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn 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(2)生成球体截面（1）将当前坐标系设为球坐标系:ANSYS 命令菜单栏Work PlaneChange Active CS toGlobal Spherical。（2）创建截面的连线：MainMenuPreprocessorModelingCreateLinesIn Active Coord 依次连接1,2,3,4点OK （3）创建球的截面：MainMenuPreprocessor ModelingCreateAreasArbitraryBy Lines 依次拾取四条边OK （4）将当前坐标系设为笛卡尔坐标系: ANSYS 命令菜单栏: Work PlaneChange Active CS toGlobal Cartesian5.5 网格划分（1）定义线上单元的个数：MainMenuPreprocessorMeshingMesh Tool(Size Controls) lines: Set 拾取两条直边:OKinput NDIV: 10Apply拾取两条曲边:OK input NDIV: 20OK（2）映射划分网格：返回mesh tool window窗口，选择Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped MeshPick All (in Picking Menu) Close5.6 模型施加约束（1）给水平直边施加约束：MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Lines 拾取水平边：Lab2: UY OK。（2）给竖直边施加约束：MainMenuSolution Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C.On Lines 拾取竖直边OK（3）给内弧施加径向的分布载荷：MainMenuSolution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines 拾取小圆弧；OK input VALUE:1e8 OK5.7 分析计算MainMenuSolutionSolveCurrent LSOK5.8 结果显示（1）显示变形图：MainMenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape select Def + UndeformedOK （2）显示平均等效应力图：MainMenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Soluselect: StressVon Mises StressOK。（3）扩展后显示平板的平均等效应力：Utility MenuPlotCtrlsStyleSymmetry Expansion2D Axi-Symmetric Expansion，出现2D Axi-Symmetric Expansion对话框，在Select Expansion Amount 选项中选择Full Expansion，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示扩展后结果。5.9 退出系统 ANSYS Utility Menu: FileExit Save EverythingOKProject 6 超静定桁架的有限元建模与分析计算分析模型如图6-1 所示, 习题文件名: truss。 图6-1 超静定桁架的计算分析模型如图所示一桁架结构，弹性模量为2.1e11Pa,泊松比为0.3，其截面为0.25，求解其应变情况。6.1 定义工作路径和工作文件名（1） 选择Utility MenuFileChange Directory命令，弹出Change Working Directory对话框，选择工作路径D: file。（若路径不存在，需建立）。 （2）选择Utility MenuFileChange Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在/FILNAM enter new jobename输入栏中输入工作文件名truss，并将New log and error files设置为Yes，单击OK按钮并关闭该对话框。6.2选择单元类型MainMenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddselect Link 2D spar 1OK MainMenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddselect structural Mass 3D mass21 spar 1OK 6.3定义材料参数MainMenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropicinput EX:2.1e11, PRXY:0.3OK。6.4定义实常数MainMenuPreprocessorReal ConstantsAddselect Type 1OKinput AREA:0.25 OK 6.5生成几何模型（1）生成关键点：MainMenuPreprocessor ModelingCreateKeypointsIn 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（2）生成桁架：MainMenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line依次连接四个特征点，1(1,1),2(2,1),3(3,1),4(2,0) OK6.6 网格划分（1）定义线上单元的个数：MainMenuPreprocessorMeshingMesh Tool(Size Controls) lines: Set依次拾取三根杆:OKinput NDIV: 1 OK （2）划分网格：返回 mesh tool window界面，Mesh: linesMeshPick All (in Picking Menu)Close6.7 模型施加约束（1）分别给1,2,3三个关键点点施加x和y方向的约束MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacement On Keypoints 拾取1,2,3三个特征点 OK select Lab1:ALL DOFOK（2）给4号关键点施加y方向载荷MainMenuSolution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints 拾取特征点4(2,0) OK Lab: FY, Value: -1e8 OK6.8 分析计算 MainMenuSolution Solve Current LS OK6.9 结果显示（1）显示桁架变形 MainMenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shapeselect Def + UndeformedOK （2）显示桁架节点总体位移云图：MainMenuContour PlotNodal Soluselect: DOF solutionDisplacement vector sumOK.6.10 退出系统 ANSYS Utility Menu: File Exit Save EverythingOKProject 7 轴类零件的建模与分析计算分析模型如图7-1 所示, 习题文件名: axis。图7-1 轴的有限元分析模型如图所示的一轴类零件，尺寸如图所示，键槽的深度为30mm，建立图图所示的模型，给轴施加100KN的扭矩，分析其应力和应变结果。7.1 定义工作路径和工作文件名（1） 选择Utility MenuFileChange Directory命令，弹出Change Working Directory对话框，选择工作路径D: file。（若路径不存在，需建立）。 （2） 选择Utility MenuFileChange Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在/FILNAM enter new jobename输入栏中输入工作文件名axis，并将New log and error files设置为Yes，单击OK按钮并关闭该对话框。7.2定义单元类型（1）定义单元类型 1 MainMenuPreprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Brick 8node 45OK （2）定义单元类型 2 MainMenuPreprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Structural Mass 3D mass 21OK 7.3定义材料属性MainMenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropicinput EX:2.1e5, PRXY:0.3OK完成定义弹性模量与泊松比的定义。7.4定义实常数 MainMenuPreprocessor Real Constants Add select Type 2 OK在对话框中依次输入1、1、1、1、1、1OK Close 7.5生成几何模型(1)生成圆柱体1 MainMenuPreprocessor Modeling Create Cylinder Solid Cylinder依次输入数值0,0,100,40OK(2) 偏移工作平面，生成圆柱体2Utility MenuWorkplaneOffset Wp By Increase，在对话框中输入0,0,40 MainMenuPreprocessorModelingCreateCylinderSolid Cylinder依次输入数值0,0,75，200OK(3) 偏移工作平面，生成圆柱体3Utility MenuWorkplaneOffset Wp By Increase，在对话框中输入0,0,200 MainMenuPreprocessorModelingCreateCylinderSolid Cylinder依次输入数值0,0,50,300OK (4)将体1、2、3进行布尔运算，合成一个整体MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansAddvolumes依次选择三个圆柱体合并生成一个整体。(5)偏移并旋转工作平面(YZ绕X轴顺转90)，创建键槽，通过分别创建圆柱和长方体偏移工作平面Utility MenuWorkplaneOffset Wp By Increase，在对话框中输入0,20,264旋转工作平面，YZ绕X轴顺转90Utility MenuWorkplaneOffset Wp By Increase，在对话框中输入0,-90,0 MainMenuPreprocessorModelingCreateCylinderSolid Cylinder依次输入数值0，0,16,30OK创建键槽中的长方体MainMenuPreprocessorModelingCreateBlockBy Dimensions依次输入数值（-16,0,0）和（16,88,30）OK偏移工作平面Utility MenuWorkplaneOffset Wp By Increase，在对话框中输入0,88,0创建键槽中的圆柱2MainMenuPreprocessorModelingCreateCylinderSolid Cylinder依次输入数值0，0,16,30OK 通过布尔运算，减去键槽中的圆柱1、2和长方体，从而生成键槽MainMenuPreprocessorModelin