第3章+ANSYS的基本过程

第三章ANSYS的基本过程,一个典型的ANSYS分析过程可分为以下3个步骤：,3.1前处理,前处理,指定工程名称和分析标题,定义单位,定义单元类型,定义单元常数,创建横截面,定义材料特性,创建有限元模型,定义分析类型求解控制,加载,3.1.1指定工程名称和分析标题,更改工程名,定义分析标题,3.1.2定义单位,除电磁分析以外，你不必为ANSYS设置单位系统。简单地确定你将采用的单位制，然后保证所有输入数据均采用该种单位制就可以。你确定的单位制将影响尺寸、实常数、材料特性和载荷等的输入值。ANSYS不进行单位换算!它只是简单地接受所输入的数据而不会怀疑它们的合法性。命令/UNITS允许你指定单位制,但它只是一个纪录设计，从而让使用你模型的用户知道你所用的单位。,3.1.2定义单位(续),使用/UNITS命令可以设置系统单位，没有相应的GUI。USER：用户自定义单位，是缺省设置SI：国际单位制，m,kg,s,BFT：以英尺为基础的单位制，ft,slug,s,FCGS：cm,g,s,MPA：mm,mg,s,BIN：以英寸为基础的单位制in,lbm,s,F,3.1.3定义单元类型,3.1.4定义单元常数,单元实常数是由单元类型的特性决定的，如梁单元的横截面特性。并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元也可以有不同的实常数。,指定单元的实常数号,3.1.5创建横截面,创建梁的横截面,3.1.6定义材料特性,定义材料特性,指定单元材料号,3.1.7定义分析类型求解控制,定义分析类型,求解控制,基本设置,瞬态设置,求解选项,非线性设置,求解终止的高级控制,包括：自由度约束、力、表面分布载荷、体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷载荷步：仅指可求得解的载荷设置。子步：是指在一个载荷步中每次增加的步长，主要是为了在瞬态分析和非线性分析中提高分析精度和收敛性。子步也称作时间步，代表一段时间。,3.1.8加载,3.2求解,求解当前载荷步,求解某载荷步,3.3通用后处理器,画出分析的结果用列表的形式列出分析的结果查询某些结点或者单元处的应力值以及其它分析选项,DeformedShape表示画出变形后的形状。有如下选项：,3.3.1画出分析的结果,3.3.2画出节点的结果,位移,转角,3.3.3求解自由度结果,正应力和剪应力,主应力,应力强度,平均等效应力,3.3.4求解应力结果,正应变和剪应变,主应变,应变强度,平均等效应变,3.3.5求解总应变结果,求解能量,弹性应变,蠕变,其它应变,正应变和剪应变,主应变,应变强度,平均等效应变,3.3.6其它求解结果,3.3.7图形输出选项,只画出变形后的图形,画出变形前后的图形,画出变形后的图形和变形前的边界图,3.4时间历程后处理器,适用于：瞬态分析的后处理。,3.5悬壁梁算例,使用ANSYS分析一个工字悬壁梁，如图所示。,P,PointA,L,H,求解在力P作用下点A处的变形，已知条件如下：P=4000lbL=72inI=833in4E=29E6psi横截面积(A)=28.2in2H=12.71in,见beam.txt,1.启动ANSYS：以交互模式进入ANSYS，工作文件名为beam。2.创建基本模型：(使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元的实常数中设置)a.MainMenu:Preprocessor-Modeling-CreateKeypointsInActiveCS.b.输入关键点编号1，输入x,y,z坐标0,0,0，选择Applyc.输入关键点编号2，输入x,y,z坐标72,0,0，选择OKd.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraightLinee.选取两个关键点，在拾取菜单中选择OK,3.存储ANSYS数据库：Toolbar:SAVE_DB4.设定分析模块：a.MainMenu:Preferencesb.选择Structural.c.选择OK.5.设定单元类型相应选项：a.MainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Deleteb.选择Add.c.左边单元库列表中选择Beam.d.在右边单元列表中选择2Delastic(BEAM3).e.选择OK接受单元类型并关闭对话框.f.选择Close关闭单元类型对话框.,6.定义实常数：a.MainMenu:PreprocessorRealConstantsb.选择Add.c.选择OK定义BEAM3的实常数.d.选择Help得到有关单元BEAM3的帮助.e.查阅单元描述.f.FileExit退出帮助系统.g.在AREA框中输入28.2（横截面积）.h.在IZZ框中输入833（惯性矩）.i.在HEIGHT框中输入12.71（梁的高度）.j.选择OK定义实常数并关闭对话框.k.选择Close关闭实常数对话框.,7.定义材料属性：a.PreprocessorMaterialProps-Constant-Isotropicb.选择OKto定义材料1.c.在EX框中输入29e6（弹性模量）.d.选择OK定义材料属性并关闭对话框.8.保存ANSYS数据库文件beamgeom.db：a.UtilityMenu:FileSaveasb.输入文件名beamgeom.db.c.选择OK保存文件并退出对话框.,9.对几何模型划分网格：a.MainMenu:PreprocessorMeshToolb.选择Mesh.c.拾取line.d.在拾取对话框中选择OK.e.(可选)在MeshTool对话框中选择Close.10.保存ANSYS数据库到文件beammesh.db：a.UtilityMenu:FileSaveasb.输入文件名：beammesh.db.c.选择OK保存文件并退出对话框.,11.施加载荷及约束：a.MainMenu:Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnNodesb.拾取最左边的节点，在拾取菜单中选择OK.c.选择AllDOF.d.选择OK.（如果不输入任何值，位移约束默认为0）e.MainMenu:Solution-Loads-Apply-Structural-Force/MomentOnNodesf.拾取最右边的节点，在选取对话框中选择OK.g.选择FY.h.在VALUE框中输入-4000，选择OK.,12.保存数据库文件到beamload.db：a.UtilityMenu:FileSaveasb.输入文件名beamload.db.c.选择OK保存文件并关闭对话框.13.进行求解：a.MainMenu:Solution-Solve-CurrentLSb.查看状态窗口中的信息,然后选择FileClosec.选择OK开始计算.d.当出现“Solutionisdone!”提示后，选择OK关闭此窗口.14.进入通用后处理读取分析结果:MainMenu:GeneralPostproc-ReadResults-FirstSet,15.图形显示变形：a.MainMenu:GeneralPostprocPlotResultsDeformedShapeb.在对话中选择deformedandundeformed.c.选择OK.16.(可选)列出反作用力：a.MainMenu:GeneralPostprocListResultsReactionSolub.选择OK列出所有项目，并关闭对话框.c.看完结果后，选择FileClose关闭窗口.17.退出ANSYS：a.工具条:Quitb.选择Quit-NoSave!c.选择OK.18.与弹性梁理论计算对比：ya=(PL3)/(3EI)=0.0206in.两个结果一致.,3.6车床刀具算例,说明下面求解一个车床刀具模型的3-D应力分析。通过下列步骤在通用后处理器中查看结果：1)画位侈2)列反力3)画vonMises应力4)动态显示vonMises应力施加不同的约束重新求解，并与第一次的结果进行比较。,第一次求解载荷及材料特性:,第二次求解时的荷载及材料特性：,1.用“cutter”作为作业名，进入ANSYS。2.设置GUI优先选择为“结构”:MainMenuPreferences选择“Structural”,然后按OK,3.选择“Nodefeaturing”，输入“cutter.igs”IGES文件:UtilityMenuFileImportIGES选择“Nodefeaturing”,然后按OK选择“cutter.igs,然后按OK或用命令:/AUX15IOPTN,IGES,NODEFEATIGESIN,cutter,igs,4.按一定比例转换模型，把厘米单位转换英寸：MainMenuPreprocessorOperateScaleVolumes+按PickAll对RX,RY,和RZ输入1/2.54设置IMOVE为“Moved”,然后按OK或用命令:VLSCAL,ALL,1/2.54,1/2.54,1/2.54,0,1UtilityMenuPlotVolumes或用命令:VPLOT,5.读入文件“cutter-area.inp”，建立一个小的面，在面上施加荷载:UtilityMenuFileReadInputfrom选择“cutter-area.inp”,然后按OK或用命令:/INPUT,cutter-area,inp,6.确定单元类型：MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete按Add.选择“StructuralSolid”和“Tet10node92”,然后按OK按Close或用命令:ET,1,SOLID92,7.定义第一组材料的弹性模量为10e6(铝):MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructural-Linear-Elastic-Isotropic输入EX=10e6(铝的弹性模量，以psi为单位)输入PRXY=.32按OKSelectMaterialExit或用命令:MP,EX,1,10e6MP,PRXY,1,.32,8.激活智能网格，用四面体单元划分实体：MainMenuPreprocessorMeshTool激活“SmartSize”设置SmartSize为4按Mesh拾取PickAll按Close或用命令:SMRT,4MSHAPE,1,3DMSHKEY,0VMESH,9.在面上施加对称约束，约束附加区域：UtilityMenuPlotAreasMainMenuSolution-Loads-Apply-Structural-Displacement-SymmetryB.C.-OnAreas+拾取面18,19,25,和26,然后按OK或用命令:DA,18,SYMMDA,19,SYMMDA,25,SYMMDA,26,SYMM,10.在顶端施加压力:MainMenuSolution-Loads-Apply-Structural-PressureOnAreas+拾取面1,然后按OKVALUE=10000按OK或用命令:SFA,1,1,PRES,10000,11.保存数据库并求解:Clickthe“SAVE_DB”buttonintheToolbar(orselect:UtilityMenuFileSaveasJobname.db)MainMenuSolution-Solve-CurrentLS观察“/STATUSCommand”窗口，然后关闭它按OK按Close-求解完成后关闭黄色信息窗口或用命令:/SOLUSOLVE,12.观察结果：12a.画出位侈：MainMenuGeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSolu.选择“DOFsolution”和“TranslationUSUM”,选择“Def+undefedge”,然后按OK或用命令:/POST1PLNSOL,U,SUM,2,1,12b.列出反力:MainMenuGeneralPostprocListResultsReactionSolu.选择“Allitems”,然后按OK或用命令:PRRSOL,12c.画出vonMises应力:MainMenuGeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSolu.选择“Stress”和“vonMisesSEQV”,然后按OK或用命令:PLNSOL,S,EQV,12d.对模型进行“捕捉”并将其最小化：UtilityMenuPlotCntrlsCaptureImage在以后的比较中把窗口最小化,12e.动画显示vonMises应力：UtilityMenuPlotCtrlsAnimateDeformedResults.选择“Stress”和“vonMisesSEQV”,然后按OK或用命令:PLNSOL,S,EQVANCNTR,10,0.5,13.关闭动画显示，删除面对称约束：按CloseUtilityMenuPlotAreasMainMenuSolution-Loads-Delete-Structural-DisplacementOnAreas+拾取面18,19,25,和26,然后按OK按OK或用命令:DADELE,18,ALLDADELE,19,ALLDADELE,25,ALLDADELE,26,ALL,14.对面18,19,和26施加全部自由度约束:MainMenuSolution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnAreas+拾取面18,19,和26,然后按OK选择“AllDOF”,然后按OK或用命令:DA,18,ALLDA,19,ALLDA,26,ALL,15.改变标题:UtilityMenuFileChangeTitle键入标题:LatheCutter-withALLDOFconstraintonareasathole按OK,16.保存数据库并求解:在工具条上拾取“SAVE_DB”(或选择:UtilityMenuFileSaveasJobname.db)MainMenuSolution-Solve-CurrentLS按OK按Close或用命令:SAVE/SOLUSOLVE,17.观察结果:MainMenuGeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSolu.选择“Stress”和“vonMisesSEQV”按OK或用命令:PLNSOL,S,EQV,打开前面分析最小化的结果以比较结果,18.存储并退出ANSYS:在工具条上拾取“QUIT”(或选择:UtilityMenuFileExit.)选择“SaveEverything”按OK或用命令:FINISH/EXIT,ALL,3.72-D角型支架分析指南,说明本练习向你逐步介绍有关ANSYS指南一步一步求解的例子，它们以HTML格式显示。这个问题是一个用二维平面应力单元模拟的角型支架的静力分析。,3.72-D角型支架分析指南(续),用“bracket”作为作业名，进入ANSYS。进入ANSYS在线帮助指南：UtilityMenuHelpANSYSTutorials打开“StructuralTutorial”文件夹选择“StaticAnalysisofaCornerBracket”文件架执行步骤1至26,3.8练习:轴承座,创建轴承座的几何模型(下图是轴承系统示意图)，建模的步骤是：创建体素、平移并旋转工作平面、进行体素间的布尔操作。几何模型划分网格、加载、进行求解。,轴承系统(分解图),3.8练习:轴承座(续),Archofbushingbracket,Baseofbushingbracket,Webs(2),Mountingholes(4),Baseofpillowblock,轴承座的各部分名称,0.85”Bushingradius1.0”Counterboreradius0.1875”deep,3.8练习:轴承座(续),Base6”x3”x1”,1.5”,.75”,.75”,Web.15”thick,尺寸,1.75”,.75”,.75”,1.5”,0.85”,1”,Bushing,C,L,Bracket0.75”thick,Four.75”dia.holes,3.8练习:轴承座(续),四个安装孔径向约束(对称),轴承座底部约束(UY=0),载荷,counterbore上的推力(1000psi.),向下作用力(5000psi.),1.由IGES接口读入基座的几何模型base.igsUtilityMenu:File-Import-IGES.1.设置“AlteNodefeatur”不要使用“Defaultdefeatur”选项2.确认“Merge”、“Solid”和“Small”为“Yes”3.选择OK4.选择文件base.igs5.OK,然后选择Yes确认。,3.8练习:轴承座(续),2.打开shadedimage并画出基座实体模型UtilityMenu:PlotCtrls-Style-SolidModelFacets1.选择“NormalFaceting”2.OKUtilityMenu:Plot-Volumes3.用Pan,Zoom,Rotate将模型置于等参位置，并由Fit使模型充满图形区Toolbar:SAVE_DB保存数据库,3.8练习:轴承座(续),3.创建支撑部分UtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane(toggleon)MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Volumes-Block-By2corners&Z1.在创建实体块的参数表中输入下列数值:WPX=0WPY=1Width=1.5Height=1.75Depth=0.752.OK,3.8练习:轴承座(续),UtilityMenu:PlotCtrls-Numbering.3.打开“VolumeNumbering”4.OKToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),4.偏移工作平面到bushingbracket的前表面UtilityMenu:WorkPlane-OffsetWPto-Keypoints+1.在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点2.OKToolbar:SAVE_DB(SAVE_DB保存数据库或拾取RESUM_DB取消上一次操作),3.8练习:轴承座(续),5.创建bushingbracket的上部MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Volumes-Cylinder-PartialCylinder+1.在创建圆柱的参数表中输入下列参数:WPX=0WPY=0Rad-1=0Theta-1=0Rad-2=1.5Theta-2=90Depth=-0.752.OKToolbar:SAVE_DB(SAVE_DB保存数据库或拾取RESUM_DB取消上一次操作),3.8练习:轴承座(续),6.在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Volume-Cylinder-SolidCylinder+1.输入下列参数:WPX=0WPY=0Radius=1Depth=-0.18752.拾取Apply3.输入下列参数:WPX=0WPY=0Radius=0.85Depth=-24.拾取OK,3.8练习:轴承座(续),7.从counterboreandbushing“减”去圆柱体形成轴孔.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Operate-Subtract-Volumes+1.拾取构成bushingbracket的两个体，作为布尔“减”操作的母体。2.Apply3.拾取counterbore圆柱作为“减”的对象。4.Apply5.拾取步1中的两个体6.Apply7.拾取小圆柱体8.OKToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),8.调整工作平面并重新设置snapincrement值创建webUtilityMenu:WorkPlane-AlignWPwith-Keypoints+1.反时针方向拾取箭头所示三点，当出现“multipleentitiesexistatthislocation”信息时选择OK(拾取任一点时都将出现此信息)2.OKUtilityMenu:WorkPlane-WPSettings.3.在“SnapIncr”下输入.054.OKToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),9.创建WebMainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Volume-Prism-ByVertices+1.拾取轴承孔座与整个基座的交点。2.拾取轴承孔上下两个体的交点3.拾取整个基座的左上角。4.重新拾取第一点，这时已经完成了Web的三角形侧面的建模。5.输入Web的厚度值“.15”，厚度的方向是向周成孔中心。6.OKToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),10.关闭workingplanedisplayUtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane(toggleoff)11.沿坐标平面镜射生成整个模型MainMenu:Preprocessor-Modeling-Reflect-Volumes+1.拾取All2.拾取“Y-ZplaneX”3.OKToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),12.粘接所有体MainMenu:Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-Glue-Volumes+拾取AllToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),13.定义10-节点四面体实体结构单元(SOLID92)为单元类型1.MainMenu:Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete.1.Add2.选择Structural-Solid,并下拉菜单选择“Tet10Node92”3.OK4.Close,3.8练习:轴承座(续),14.定义材料特性.MainMenu:Preprocessor-MaterialProps-Constant-Isotropic.1.OK(将材料号设定为1)2.在“YoungsModulusEX”下输入：30e63.OKToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),15.用网格划分器MeshTool将几何模型划分单元.MainMenu:Preprocessor-MeshTool.1.将智能网格划分器（SmartSizing）设定为“on”2.将滑动码设置为“8”(可选:如果你的机器速度很快，可将其设置为“7”或更小值来获得更密的网格)3.确认MeshTool的各项为:Volumes,Tet,Free4.MESH,3.8练习:轴承座(续),5.PickAll说明:如果在网格划分过程中出现任何信息，拾取“OK”或“Close”。划分网格时网格密度可由滑动码控制，滑动码的调节范围从0-10，当数值较大时网格稀疏，反之，网格加密。6.关闭MeshToolUtilityMenu:PlotCtrls-Style-SizeandShape7.选择2facets/elementedgeToolbar:SAVE_DB,3.8练习:轴承座(续),16.约束四个安装孔MainMenu:Solution-Loads-Apply-Structural-Displaceme