几个ansys经典实例(长见识).doc

平面问题斜支座的处理 如图5-7所示，为一个带斜支座的平面应力结构，其中位置2及3处为固定约束，位置4处为一个45的斜支座，试用一个4节点矩形单元分析该结构的位移场。 (a)平面结构 (b)有限元分析模型 图5-7 带斜支座的平面结构 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。(7) 模型加约束 左边施加X,Y方向的位移约束 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply -Structural Displacement On Nodes 选取2，3号节点 OK Lab2: All DOF(施加X,Y方向的位移约束) OK 以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 采用约束方程来处理斜支座 ANSYS Main Menu：Preprocessor Coupling/ Ceqn Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1 OK 或者采用斜支座的局部坐标来施加位移约束 ANSYS Utility Menu：WorkPlane Local Coordinate System Create local system At specified LOC + 单击图形中的任意一点 OK XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 OK ANSYS Main Menu：Preprocessor modeling Move / Modify Rotate Node CS To active CS 选择4号节点 ANSYS Main Menu：Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 选取4号节点 OK 选择 Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) OK命令流；!-方法1 begin-以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1) !-方法1 end - !- 方法2 begin -以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !在4号节点建立局部坐标系 !nrotat, 4 !将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !D,4,UY !在局部坐标下添加位移约束 !- 方法2 end受均匀载荷方形板的有限元分析 针对【MATLAB 算例】6.2(1)的问题，即如图6-3(a)所示的正方形薄板四周受均匀荷载的作用，该结构在边界上受正向分布压力 ，同时在沿对角线 轴上受一对集中 压力，荷载为。若取板厚，弹性模量 ，泊松比，基于ANSYS 平台进行建模和分析。 1kN/mp =y 2kN1mt =6 110 pa E =0m = (a) 受均匀载荷的正方形薄板 (b) 1/4 模型的单元划分 图6-3 受均匀荷载作用的正方形薄板及有限元分析模型 解答 基于ANSYS平台进行计算，给出的操作过程及命令流如下。 斜边加垂直于斜边方向的均布载荷 ANSYS Utility Menu：Select Entities OK点击1，3，6节点 OK ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Nodes Pick All VALUE：1000 OK 节点1施加载荷 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Nodes 点击1号节点 OK Lab：FY, Value: -1000 OK汽车悬挂系统的振动模态分析(GUI) 一个简单的汽车系统如图7-2 所示，若将其处理成平面系统，可以由车身(梁)、承重。前后支撑组成0 汽车悬架振动系统可以简化成由以下两个主要运动组成：运动体系在垂直方向的线性运动以及车身质量块的旋转运动，对该系统进行模态分析。模型中的各项参数如表7-1 所示，为与文献结果进行比较，这里采用了英制单位。 表7-1 汽车悬架振动模型的参数 材料参数 几何参数 弹性模量E = 4 109 psf 加速度g = 32.2 ft/sc2 质心的前距离= 4.5 ft 1 l 车身重量W= 3 220 lb 车身质量m = W/g = 100 lb.sc2/ft 质心的后距离= 5.5ft 2 l 前悬架支撑弹簧系数k1 = 2 400 lb/ft 后悬架支撑弹簧系数k2 = 2 600 lb/ft 质量分布的回转半径r=4ft 解答 计算模型如图7-2(b)所示。 (a) 问题描述 (b)有限元分析模型 图7-2 汽车悬架振动系统模型 这里将车身简化为梁，仅起到连接作用，这里设定不考虑梁的质量对振动性能的影响， 因此需将密度设定为零即可，但在建模时需要输入梁的各种参数(包括材料以及几何参数)。实际上，可以将车身梁的弹性效果通过质量块的垂直运动及旋转运动来等效，质量块的转动惯性矩为，r 取为4ft，经计算为 。可以看出所采用的平面简化模型仅有两个自由度(梁单元由于取密度为零，将仅起连接作用)。 2 zz Imr = ?2 1 600 lb sc ft zz I = 采用2D 的计算模型，使用梁单元2-D Elastic Beam Elements (BEAM3)来等效车身，使用弹簧单元Spring-Damper Elements (COMBIN14)来等效车体的前后悬架支撑，使用质量块单元Structural Mass Element (MASS21)来等效车身质量。 建模的要点： 首先定义分析类型并选取3 种单元，输入实常数； 建立对应几何模型，并赋予各单元类型对应各参数值； 在后处理中，用命令来提取其计算分析结果(频率)。 通过命令来提取模态的频率值。 最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表7-2。 表7-2 ANSYS 简化模型与文献的简化模型解析结果的比较 模态频率及单位 Reference 7.2(1)的结果 ANSYS结果 两种结果之比 f1 Hz 1.098 1 1.098 1 1.000 f2 Hz 1.440 6 1.440 6 1.000 给出的基于图形界面的交互式操作(step by step)过程如下。 (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: Vehicle（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 Beam: 2d elastic 3 Apply（返回到Library of Element窗口） Combination: Spring-damper 14 Apply（返回到Library of Element窗口）Structural Mass: 3D mass 21OK（返回到Element Types窗口）选择Type 2 COMBIN14 单击OptionsK3 设定为2-D longitudinalOK（返回到Element Types窗口）选择Type 3 MASS21 单击OptionsK3 设定为2-D w rot inert OK Close (4) 定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Real ConstantsAdd/Edit/Delete. Add 选择 Type 2 COMBIN14 OK Real Constants Set No. : 1（第1号实常数）, K:2400(前悬架支撑的弹簧系数k1 = 2400) Ok(返回Real constants窗口) Add 选择 Type 1 BEAM3 OK Real Constants Set No. : 2（第2号实常数） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁单元参数，可以为任意值) OK Add 选择 Type 3 MASS21 OK Real Constants Set No. : 3（第3号实常数）, MASS:100，IZZ:1600(质点的实常数) OK Add选择 Type 1 BEAM3 OK Real Constants Set No. : 4（第4号实常数） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁单元参数，可以为任意值) OK Add 选择 Type 2 COMBIN14 OK Real Constants Set No. : 5（第5号实常数）, K:2600(后悬架支撑的弹簧系数k2 = 2600) Close (关闭 Real Constants 窗口) (5) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Elastic Linear Isotropic input EX: 4E9, PRXY:0.3(定义泊松比及弹性模量) OK，Density (定义材料密度) DENS:0, OK 关闭材料定义窗口 (6) 构造车体模型 生成节点 ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Nodes In Active CS Node number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0，0 Apply 同样输入其余4个节点坐标（最左端为起始点，坐标分别为（0，1，0）、（4.5，1，0）、（10，1，0）、（10，0，0）OK 生成元素并分配材料类型、实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 2 COMBIN14 OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 点击1，2号节点，生成第1个单元 OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes MAT,1， TYPE,1 Beam3，REAL,2 OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 点击2，3号节点，生成第2个单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 3 MASS21 REAL,3 OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 点击3号节点，生成第3个单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 1 BEAM3 REAL,4 OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 点击3，4号节点，生成第4个单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 2 COMBIN14 REAL,5 OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 点击4，5号节点，生成第5个单元 (7) 模型加约束 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply -Structural DisplacementOn Nodes 选取1，5号节点 OK 选择 Lab2: UX，UY(施加X、Y方向的位移约束) Apply 选取3号节点OK选择 Lab2: UX (施加X方向的位移约束) OK (8) 计算分析 ANSYS Main Menu: Solution Analysis Type New Analysis ModalOK ANSYS Main Menu: Solution Analysis Options MODOPT Block Lanczos, No. of modes to extract: 5 Expand mode shapes: Yes, Number of modes to expand:0 OK 弹出 Block Lanczos Method 窗口中：Start Freq：0.001 ， End Freq：100 OK ANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK (9) 计算结果 ANSYS Main Menu：General Postproc List Results Detailed summary（读取模态频率） (10) 退出系统 ANSYS Utility Menu：File Exit Save Everything OK的绳索模型的参数材料参数 几何参数 载荷弹性模量E = 30 106 psi 绳索长度l = 100 in 初始应变0 e =0.005 432 28密度 = 0.000 73 lbsc2/in4 绳索截面积A = 0.003 067 96 in2解答：计算模型如图7-3 所示。图7-3 带有张拉的绳索的计算模型这里选取足够数量的单元以确保能够充分体现动态分析的特征。首先进行静力分析，采用3D 的单向杆单元(tension-only or compression-only spar elements：LINK10)。建模的要点：定义分析类型，选取单元、实常数和材料参数；依据算例定义节点和单元，设置输出选项和位移约束；采用初应变来施加张力，为了在后续的模态分析中考虑预紧的初始张力，需在静力分析与模态分析过程中，应同时将预应力效应打开；求解预应力引起的应力状态；提取计算结果，进行模态分析；用命令提取结果，对于一些线型单元(杆、梁、板)，需要采用单元列表来提取应力。最后将计算结果与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表7-4。表7-4 ANSYS 模型与文献的解析结果的比较工况结果的物理量及单位Reference 7.3(1)的结果ANSYS结果两种结果之比静态F lb500.500.1.000Stress, psi162 974.162 974.1.000模态f1 , Hz74.70875.0941.005f2 , Hz149.42151.291.012f3 , Hz224.12229.681.025 Reference 7.3(1)：. Thomson W T. Vibration Theory and Applications.2nd Printing.NJ: Prentice-Hall, Inc .1965给出的基于图形界面的交互式操作(step by step)过程如下。 (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 String）: String 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 Link : 3D Bilinear 10 OK（返回到Element Types窗口）选择Type 1 LINK10 单击OptionsK3：Tension only OK Close (4) 定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete. Add 选择 Type 1 LINK10 OK Real Constants Set No. : 1（第1号实常数）, AREA: 306796E-8 (绳索截面积), ISTRN: 543248E-8 OK Close (关闭 Real Constants 窗口) (5) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic：EX: 30e6 Note：确定 OK，Density (定义材料密度) 输入DENS:73e-5, OK 关闭材料定义窗口 (6) 构造悬索模型 生成节点 ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Nodes In Active CS Node number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0，0 Apply Node number：14，X，Y，Z Location in active CS：100，0，0 OK ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Nodes Fill between Nds 点击1，14号 节点 OK OK 生成元素 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 点击1，2号节点，生成第一个单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Copy Elements Auto Numbered 选择第1个元素 OK Total number of copies: 13 OK (7) 模型加约束 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes Pick All OK Lab2: All DOF(全约束) OK (8) 求解预应力引起的应力状态 ANSYS Main Menu: Solution Analysis Type New Analysis StaticOK ANSYS Main Menu: Solution Analysis Type Soln controls 在 Basic 标签下选中 Calculate prestress effects OK ANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK Yes (9) 存储应力计算数据 ANSYS Main Menu：General Postproc Element Table Define Table Add Lab: STRS, Results data item: By sequence number, 右侧框中选择 LS，下面框中输入 LS，1 OK Close ANSYS Utility Menu:Parameters Get Scalar Data 分别选择Result data, Elem table data OKName of parameter to be defined: STRSS ; Element number N: 13 OK ANSYS Main Menu: TimeHist PostproDefine Variables Add 选择Reaction forces List of items: 1 OK Item,Comp Data item: Struct force FX OK close ANSYS Main Menu: TimeHist PostproStore Data ANSYS Utility Menu: Parameters Get Scalar Data 分别选择Result data, Time-hist vars OKName of parameter to be defined: FORCE ; Variable number N: 2, Data to be retrieved: Maximum val Vmax OK (10) 模态分析计算 ANSYS Main Menu: Solution Analysis Type New Analysis Modal OK Close(warning) ANSYS Main Menu: Solution Analysis Type Analysis Options MODOPT Block Lanczos, No. of modes to extract: 3 Expand mode shapes: