ANSYS实体建模有限元分析-课程设计报告

南 京 理 工 大 学 课程设计说明书 论文 作作 者者 学学 号 号 11370108 学院学院 系系 理学院 专专 业业 工程力学 题题 目目 ANSYS实体建模有限元分析 指导者 指导者 姓 名 专业技术职务 评阅者 评阅者 姓 名 专业技术职务 20 年 月 日 1 摘要 有限元分析已经在教学 科研以及工程应用中成为重要而又普及的数值分析 方法和工具 综合考虑有限元方法的力学分析原理 建模技巧 应用领域 软件 平台 实例分析这几个方面 而ANSYS软件含有进行多种有限元分析的能力 包括从简单的线性静态分析到复 杂非线性动态分析 一个典型的ANSYS分析过程可以分为三个步骤 建立模型 加载并求解 查看分析结果 其中建立模型在整个分析过程中所花费的时间应该远远多于其 它过程 而处于初学期的我们 更应强调有限元方法的实质理解和融会贯通 力 求精而透 强调自身综合能力 掌握和应用有限元方法 的培养 为自身亲自参与 建模 以及使用先进的有限元软件平台提供较好的素材 关键词 有限元 ANSYS 建立模型 加载并求解 查看分析结果 2 练习题一练习题一 要求 照图利用ANSYS软件建立实体模型和有限元离散模型 说明所用单元种类 单元 总数和节点数 操作步骤 拟采用自底向上建模方式建模 1 1 定义工作文件名和工作标题定义工作文件名和工作标题 1 选择Utility Menu File Change Jobname命令 出现Change Jobname对话框 在 FILNAM Enter new jobname文本框中输入工作文件名learning1 单击OK按钮关闭该对话框 2 选择Utility Menu File Change Title命令 出现Change Title对话框 在 TITLE Enter new title文本框中输入0911370108dp 单击OK按钮关闭该对话框 2 2 定义单元类型定义单元类型 1 选择Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete命令 出现Element Types对话框 单击Add按钮 出现 Library of Element Types 对话框 在Library of Element Types 列表框中选择 Structural Solid Tet 10node 92 在Element type reference number文本框中输入1 单击OK按钮关闭该对话框 2 单击Element Types对话框上的Close按钮 关闭该对话框 3 3 创建几何模型创建几何模型 1 选择Utility Menu P1otCtrls Style Colors Reverse Video命令 设置显示颜色 2 选择Utility Menu P1otCtrls View Settings Viewing Direction命令 出现Viewing Direction对话框 在XV YV ZV Coords of view 3 point文本框中分别输入1 1 1 其余选项采用默认设置 单击OK按钮关闭该对话框 3 建立支座底块 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create volumes Block By Demensios命令 出现Create Block by Demensios对话框 在X1 X2 X coor dinates文本框中输入0 400 在Y1 Y2 Y coor dinates文本框中输入0 150 在Z1 Z2 Z coor dinates文本框中输入0 40 单击OK按钮关闭该对话框 4 建立支座孔柱 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder Solid Cylinder命令 出现Solid Cylinder对话框 在WP X文本框中输入40 在WP Y文本框中输入40 在Rad 1文本框中输入20 在Depth文本框中输入40 单击OK按钮关闭该对话框 5 复制支座孔圆柱 选择Main Menu Preprocessor Copy Volume命令 出现Copy Volume对话框 在图形上拾取圆柱实体 单击 Apply 按钮 在移动方向 x方向 栏中输入移动距离320 6 布尔运算减去底座圆柱孔圆柱 选择Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Volumes命令 出现Sub tract Volumes拾取菜单 拾取底块 点击OK键 又出现一个拾取菜单 拾取两个圆柱 点 击OK键完成运算 7 底座圆角绘制 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder Solid Cylinder命令 出现Solid Cylinder对话框 在WP X文本框中输入40 在WP Y文本框中输入40 在Rad 1文本框中输入40 在Depth文本框中输入40 单击OK按钮关闭该对话框 4 选择Main Menu Preprocessor Copy Volume命令 出现Copy Volume对话框 在图形上拾取圆柱实体 单击 Apply 按钮 在移动方向 x方向 栏中输入移动距离320 选择Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Divide Volumes by Area命令 出现Divide Vol by Area拾取菜单 拾取底块 点击OK键 又出现一个拾取菜单 拾取两个大圆柱面 点击OK键完成运算 选择Main Menu Preprocessor Modeling Delete Volumes and Below命令 出现Delete Volumes and Below拾取菜单拾取大圆柱 边角块 点击OK键完成运算 8 底块凹槽绘制 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create volumes Block By Demensios命令 出现Create Block by Demensios对话框 在X1 X2 X coor dinates文本框中输入85 315 在Y1 Y2 Y coor dinates文本框中输入0 150 在Z1 Z2 Z coor dinates文本框中输入0 10 单击OK按钮关闭该对话框 后经布尔运算Subtract减 去凹块得效果图如下 9 变换工作坐标 选择Utility Menu WorkPlane Local Coordinate Systems Create Local CS At Specified Loc 命令 弹出Create CS at 5 location对话框 在文本框中输入新坐标系原点坐标200 172 40 单击OK按钮 再 输入11 单击OK关闭该对话框 选择Utility Menu WorkPlane Align WS with Specified coord Sys 弹出Align WS with Specified CS对话框输入11 单击OK关闭该对话框 10 支座顶部圆柱 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder Solid Cylinder命令 出现Solid Cylinder对话框 在WP X文本框中输入0 在WP Y文本框中输入40 在Rad文本框中输入40 在Depth文本框中输入40 单击OK按钮关 闭该对话框 11 支座背板绘制 变换工作坐标 选择Utility Menu WorkPlane Local Coordinate Systems Create Local CS At Specified Loc 命令 弹出Create CS at location对话框 在文本框中输入新坐标系原点坐标200 150 40 单击OK按钮 再 输入11 单击OK关闭该对话框 选择Utility Menu WorkPlane Align WS with Specified coord Sys 弹出Align WS with Specified CS对话框输入11 单击OK关闭该对话框 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder Solid Cylinder命令 出现Solid Cylinder对话框 在WP X文本框中输入 75 在WP Y文本框中输入100 在Rad文本框中输入125 在Depth文本框中输入30 单击OK按钮 关闭该对话框 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder Solid Cylinder命令 出现Solid Cylinder对话框 在WP X文本框中输入75 在WP Y文本框中输入100 在Rad文本框中输入125 在Depth文本框中输入30 单击OK按钮 关闭该对话框 用过布尔运算方式切除多余边角 合并相应体面 6 12 顶孔以及勒板绘制 变换坐标系 同步骤9 绘制顶孔圆 布尔运算挖孔 变换坐标绘制勒板得到如图 4 划分网格 1 选择Utility Menu PIotCtrls Numbering命令 出现Plot Numbering Controls对话框 选择VOLU Volume number选项 使其状态从On变为Off 单击OK按钮关闭该对话框 2 选择Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Size命令 出现Gl obal Element Sizes对话框 在SIZE Element edge length文本框中输入15 如图所示 单击OK按钮关闭该对话框 7 3 选择Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volumes Free命令 出现Mesh Volumes拾取菜单 用鼠标在ANSYS显示窗口选择支座 单击OK按钮关闭该菜单 单元种类SOLID92 单元数12614个 节点总数21015个 练习题二练习题二 四边固定的圆盘形铝板 在中央处放置一正方体钢锭 钢锭的边为5CM 上表面 施加了100MPa的外压 圆盘形铝板半径10cm 厚2 5cm 已知静摩擦系数f 0 2 刚 的材料参数E 200GPa 铝的材料系数E 70GPa 0 27 7800 3 0 33 研究铝板的变形和应力情况 2700 3 8 一 一 建立相关模型建立相关模型 模型效果图如下 定义两种单元为sold95 再分别定义铝和铁的材料参数 序号分别为1和2 又 由于模型是对称模型 故采用1 4模型分析运算 9 二 二 网格划分网格划分 铝板网格划分 选择Main Menu Preprocessor Meshing命令 单击Mesh Tool 弹出Mesh Toal对话框 在Element Attributes下单击Set按钮 弹出Meshing Attributes对话框 在Element Type number Material number文本框中分别选择工1SOLID95 1 单击OK按钮 以上完成管道单元及材料分 配 其中通过变换Material number号来区别实体材料性质的不同 10 三 建立接触对三 建立接触对 选择Main Menu Preprocessor Modeling Create Contact Pair弹出Contact Manager对话框 安左上按钮 接着由相关操作有 载荷施加并求解载荷施加并求解 1 定义边界条件和载荷 选择Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Areas 选择圆盘侧面 定义Z方向的位移为零 选择Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Areas 选择钢锭顶面 定义外压大小为100MPa 11 扩展模型 执行Utility Menu Plot Ctrls Style Symmetry Expansion Priodic Cclinc Smmerty命令 弹出 Priodic Cclinc Symmetry Expansion 对话框 选择 1 4 Dihedral Sym 单击OK完成 13 14 X方向应力图 Y方向应力图 Z方向应力图 三 三 建立相关模型建立相关模型 首先绘制齿轮外齿圈每个单元齿的剖面轮廓 得到效果图如下 转换坐标系为柱坐标系 Copy 28份环形阵列 得效果图如下 布尔运算面相加 Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans add Areas Pick all 得到下图 15 选中面 沿轴向拉伸 Modeling Extrude Operate Areas Along Normal 绘制支撑板 绘制轴套 16 支撑板上挖孔 绘制圆孔柱 Copy 5份环形阵列 布尔减运算 得效果图如下 轴套上挖槽 布尔运算合并实体并离散化 17 单元种类 SOLID185 单元数 38548 节点总数 9600 18 材料特性弹性模量 泊松比加载 材料特性密度加载 19 加载角速度 运算结果应力图 20 变形图 练习题四练习题四 图示中心具有圆孔的正方形薄板 两侧收到垂直板边沿随时间变化的均布载荷P P t 作用 设板边长l 1m 圆孔直径d 2a 0 1m 材料E 20GPa 0 167 密度 2500kg 厚度t 0 1m 试计算x 0上截面正应力随时间变化情况 3 m 21 解答解答 由于该分析模型是对称模型 故为减少计算量 提高运算速度计 选取1 4份模 型建模求解 其建模 材料属性加载 模型离散化过程与以上三题方法类似 在此就不多做 赘述了 通过对题目的分析 该题是一个带孔平板结构的瞬态动力学分析问题 一 定义分析类型和设置选项一 定义分析类型和设置选项 1 定义分析类型 执行Main Menu Snlutian Analysis Type New Analysis命令 弹出 New Analysis 对话框 选择 Transient 按钮 单击OK按钮 弹出Transient Analysis对话框 选择 Full 单击OK按钮 2 打开预测器 执行Main Menu Solution Analysis Type Sol n Controls命令 弹出 Salutivn Controls 对话框 选择 Nonlinear 选项卡 在 DOF solution predictor 下拉列表框中选择 On for all substep 选项 单击OK按钮 3 设置求解选项控制 执行Main Menu Solution Analysis Type Sol n Controls命令 弹出 Solution Controls 对话框 在 Analysis Options 和 Frequency 下拉列表框中分别选择 Small Displacement Static 及 Write every substep 选项 在 Time at end of loadstep 文本框中输人 5 在 Number of substeps 文本框中输入 1 单击OK按钮 4 施加对称约束 操作与题二类似 不多做说明 二 载荷步选项控制及求解运算二 载荷步选项控制及求解运算 1 写入第1个载荷步 执行Main Menu Solution Load Step Opts Write LS File命令 弹出 Write Load Step File 对话框 在 Load step file number n 文本框中输入 1 单击OK按钮 2 设置求解选项控制 22 执行Main Menu Solution Analysis Type Sol n Controls命令 弹出 Solution Controls 对话框 在 Analysis Dptions Automatic time stepping option 和 Frequency 下拉列表框中分别选择 Large Displacement Static On 及 Write every substep 选项 在 Time at end of load step 和 Number of substeps 文本框中分别输入 1 及 l0 单击OK按钮 3 施加集中载荷 执行Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force Moment On Nodes命令 弹出拾取框 拾取x 0上一点 单击OK按钮