ANSYS有限元作业(完成版)

武 汉 工 程 大 学（硕、博士）研究生试卷本考试课程名称 有限元方法及应用 考 试 考 查 学 科 专 业 化工过程机械 学 号 姓 名 题目序号12345678910总计评卷老师各题分数1、 三维支架的特点分析本次研究的三维支架是使用于支撑空调的，在受力上属于相对对称的结构，空调的重量均匀分部在两侧对称支架上，因此只要对空调支架的一侧进行分析即可达到对整体空调支架的分析，同时也达到了简化空调支架分析的目的。本次作业将分三部分来完成：一，空调支架一侧的建模；二，利用ANSYS对建好的空调支架模型进行有限元分析；三，根据空调支架模型有限元分析的结果对支架进行强度校核以及结构优化。2、 三维支架的建模空调支架的具体尺寸图如下图所示：考虑到空调支架模型结构简单，故在此没有利用三维软件建模而是直接在ANSYS软件中进行建模。建立模型包括设定分析作业名和标题，定义单元类型、定义材料属性、建立三维模型、划分有限元网格。2.1设定分析作业名和标题打开ANSYS软件进入ANSYS操作界面，首先从主菜单中选择【Preferences】命令，勾选Structural。然后从实用菜单中选择【Change Jobname】命令，将文件名修改为Ktiao2，从实用菜单中选择【Change Title】命令，将标题修改为Ktiao2。如下图所示：2.2定义单元类型在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型。本文中选用8节点六面体单元Solid185。如下图所示：2.3定义材料属性由于空调支架所用材料为45#钢，故可查得45#钢的弹性模量为210Gpa，泊松比为0.3。从主菜单中选择PreprocessorMaterial PropsMaterial Models命令，打开定义材料模型属性窗口，对材料弹性模量和泊松比进行设置。2.4建立空调支架的三维实体模型从主菜单中选择PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，创建四个关键点，坐标分别为（0.54，0），（0.54，0.16），（0，0.16），（0，0.11）。接着从主菜单中选择PreprocessorModelingCreateAreasArbitraryThrough KPs命令，分别拾取上一步创建的四个关键点生成平面。然后从主菜单中选择PreprocessorModelingOperateExtrude AreasAlong Normal命令，拾取上一步生成的面将其拉伸成一个实体。由于340mm长度区域才为空调重量的加载区间，因此对空调支架的加载面分三部分来创建。根据上述同样的方法创建关键点，生成面然后拉伸成实体。最后从主菜单中选择PreprocessorModelingOperate BooleansAddVolumes命令，将四个实体进行布尔加运算，至此空调支架的三维实体模型创建完毕。如下图所示：2.5实体模型网格划分从主菜单中选择PreprocessorMeshingMesh Tool命令，打开“Mesh Tool”（网格工具），勾选“Smart Size”滑标值默认设置为6，“Mesh”的对象选择“Volumes”，“Shape”选择“Tet”“Free”，然后单击【Mesh】，打开实体选择对话框，单击【Pick All】按钮对空调支架模型进行网格划分。如下图所示：3、 空调支架模型的有限元分析空调支架模型网格划分完之后，接下来将对其进行有限元分析，其内容包括定义载荷及边界条件、求解、查看结果等。3.1定义载荷及边界条件并求解由于在这只对空调支架的一侧进行分析，即一侧支架承受空调重量一半的载荷，因此就可以算出加载到长为340mm宽为50mm长方形面上的面载荷。即： 根据空调支架的特点，在这对支架的边界条件进行简化，将支架靠近墙壁一侧端面的自由度全部约束。下面为定义载荷及边界条件的具体操作：从主菜单中选择PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas弹出拾取对话框，拾取所需加载面，输入上文计算出的压力值。接着对支架靠近墙壁一侧的端面进行约束，从主菜单中选择PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructural DisplacementOn Areas弹出拾取对话框，拾取支架靠近墙壁一侧的端面对自由度全部约束。然后对其进行求解，从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS命令，打开一个确认对话框和状态表，查看列表中的信息确认无误后，单击【OK】按钮，开始求解。求解完成后打开求解结束对话框，单击【Close】按钮，关闭提示求解结束对话框。如下图所示：3.2查看结果1）查看总变形2）Y方向上的应力3）第一主应力4、 强度校核以及结构优化由于空调支架所用材料为45#钢，根据机械设计课程设计手册可查得其抗拉强度为600MPa。从上面的有限元分析结果可以看到支架在Y方向上的最大应力为1.58MPa，第一主应力最大值为为3.95MPa，两者均远小于其许可应力。因此空调支架满足支撑强度要求，无需对其进行结构优化。5、学习心得体会通过此次数字化设计与制造作业的练习，让我初步了解和掌握了有限元分析的基本理论原理，了解了ANSYA的基本使用方法，并能够利用其进行简单问题的计算和分析。但是这还是远远不够的，从具体试验中，我发现ANSYS的功能是十分强大的，目前也仅仅是了解了很有限的几个基本功能，计算分析的也是最为简单的问题，在三维建模、划分网格以及