ANSYS机械工程应用精华例第

1、1会计学ANSYS机械工程应用精华例第机械工程应用精华例第本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。其主要任务是：其主要任务是：1巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。2学习通用有限元软件学习通用有限元软件ANSYS的使用方法，了解有限元分析的使用方法，了解有限元分析的前后处理、求解过程的步骤、方法、特点和理论。的前后处理、求解过程的步骤、方法、特点和理论。3掌握用有限元法求解机械结构静力学、动力学问题的方法和掌握用有限元法求解机械结构静力学、动力学问题的方法和步骤。步骤。4. 培养学生运用

2、理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工培养学生运用理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工程意识。程意识。5. 帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际发展动态，开阔学生视野，培养学生探索新知识的兴趣，增强发展动态，开阔学生视野，培养学生探索新知识的兴趣，增强学生进行国际学术交流的能力。学生进行国际学术交流的能力。 第第1章章 ANSYS简介简介第第2章章 ANSYS的建模的建模第第3章章 结构静力学分析结构静力学分析第第4章章 结构动力学分析结构动力学分析第第5章章 ANSYS Workbench简介简介第第6章章 非线性分析

3、非线性分析第第7章章 其它应用其它应用本章提示本章提示1.1 ANSYS的基础知识的基础知识1.2 ANSYS的用户界面的用户界面1.3 ANSYS的使用方法的使用方法1.4 ANSYS应用实例应用实例-平面桁架平面桁架第第1 1章章 ANSYSANSYS简介简介1.掌握掌握ANSYS界面的组成、特点及使用方法。界面的组成、特点及使用方法。2.掌握掌握ANSYS软件的基础知识。软件的基础知识。一、一、ANSYS的功能的功能(一一)结构分析结构分析1. 静力分析静力分析：机械结构机械结构建筑结构建筑结构用于分析用于分析在力载荷作用下在力载荷作用下结构的结构的变形、应力和应变和反力变形、应力和应变

4、和反力。载荷不随时间变化载荷不随时间变化时。时。是最常用、最基本的一种分析类型。是最常用、最基本的一种分析类型。2. 动力学分析动力学分析：模态分析模态分析用于分析结构的固有频率和振型。用于分析结构的固有频率和振型。谐响应分析谐响应分析用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。瞬态动力学分析瞬态动力学分析用于分析结构在随时间呈任意规律变化用于分析结构在随时间呈任意规律变化载荷作用下的响应。载荷作用下的响应。谱谱分析分析用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（如地用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（如地震载荷）的动力响应。震载荷）的动力响应。(一一)结构分析结构分析

5、3. 其它结构分析功能其它结构分析功能：随机振动分析、随机振动分析、结构结构屈曲分屈曲分析、析、 用用ANSYS/LS-DYNA进进行行结构结构显式动力学分析显式动力学分析。屈曲分析屈曲分析(二二)热分析热分析(三三)电磁场分析电磁场分析用于计算系统随时间变化用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。的温度场和其他热参数。(四四)流体动力学分析流体动力学分析热分析热分析二、二、ANSYS的特点的特点1.具有强大的建模能力具有强大的建模能力 ，仅靠，仅靠ANSYS本身即能创建出各本身即能创建出各种复杂的几何模型。种复杂的几何模型。2.具有强大的求解能力具有强大的求解能力 。3.具有强大的非线性

6、分析功能。具有强大的非线性分析功能。几何非线性几何非线性材料非线性材料非线性状态非线性状态非线性4.可以进行单独物理场分析，也可以耦合场分析。可以进行单独物理场分析，也可以耦合场分析。t1t2耦合场耦合场-热应力热应力5.具有强大的网格划分功能。具有强大的网格划分功能。6.具有强大的后处理功能。具有强大的后处理功能。7.具有强大的二次开发功能。具有强大的二次开发功能。8.提供了常用提供了常用CAD软件的数据接口。软件的数据接口。9.可以在有限元分析的基础上，进行优化设计。可以在有限元分析的基础上，进行优化设计。10.集前后处理、求解功能于一体，使用统一的数据库。集前后处理、求解功能于一体，使用

7、统一的数据库。三、三、ANSYS的结构的结构1.处理器（即程序模块，共处理器（即程序模块，共9个）个）预处理器（预处理器（PREP7）：）：求解器（求解器（SOLUTION）：）：创建有限元模型。创建有限元模型。普通后处理器（普通后处理器（POST1）：）：施加约束、载荷，求解。施加约束、载荷，求解。时间历程后处理器（时间历程后处理器（POST26）：）： 显示在指定时间点上选定模显示在指定时间点上选定模型的计算结果。型的计算结果。优化处理器（优化处理器（OPT）：）： 显示模型上指定点在显示模型上指定点在整个时间历程上的结果。整个时间历程上的结果。优化设计。优化设计。2.ANSYS文件文件A

8、NSYS执行一个分析任务时，要使用大量的文件。这些文件以工作名（执行一个分析任务时，要使用大量的文件。这些文件以工作名（JOBNAME）为基础。为基础。文文 件件 类类 型型扩扩 展展 名名存存 储储文文 件件 格格 式式数据库文件数据库文件.DB 模型模型、载荷、约束、输、载荷、约束、输入输出数据入输出数据二进制二进制记录文件记录文件.LOG 运行运行过程中的每一个命过程中的每一个命令令ASC错误与警告文件错误与警告文件.ERR 运行运行过程中的所有错误过程中的所有错误和警告信息和警告信息ASC结果文件：结果文件：结构和耦合场分析结构和耦合场分析热分析热分析磁场分析磁场分析流体力学分析流体力

9、学分析.RST.RTH.RMG.RFL 运算运算过程中所有结果数过程中所有结果数据据二进制二进制四、四、ANSYS主要产品主要产品1. 经典版经典版ANSYS（Mechanical APDL）ANSYS Multiphysics包括工程学科的所有功能。包括工程学科的所有功能。ANSYS Mechanical用于结构及热分析用于结构及热分析；ANSYS Emag用于电磁场分析用于电磁场分析；ANSYS FLOTRAN用于计算流体动力学分析。用于计算流体动力学分析。2. ANSYS Workbench继承了经典版继承了经典版ANSYS的绝大多数功能，具有强大的的绝大多数功能，具有强大的模模型创建型

10、创建、网格划分能力，使用和学习十分方便。、网格划分能力，使用和学习十分方便。3. ANSYS LS-DYNA为显式动力学分析软件，为显式动力学分析软件，用于求解高度非线性问题用于求解高度非线性问题。 用于向用户显示提示信息，用于向用户显示提示信息，显示当前单元属性设置和当前激活坐标系等。显示当前单元属性设置和当前激活坐标系等。 用于快速执行命令，常用的有用于快速执行命令，常用的有Text Toolbar、Standard Toolbar、Display Toolbar。 用于显示软件运行过程的文本输出。用于显示软件运行过程的文本输出。 用于输入用于输入ANSYS命令。命令。 用于显示用于显示A

11、NSYS的模型以及分析得到的模型以及分析得到的图形结果等。的图形结果等。 该菜单为该菜单为下拉菜单结构。下拉菜单结构。 为树状弹为树状弹出式菜单结构。出式菜单结构。Main Menu：包含了各个处理器下的基本命令。包含了各个处理器下的基本命令。Utility Menu：包含了包含了ANSYS的全部公共命令。的全部公共命令。Graphics Window：Command Input Area：Output Window：Toolbar：Status and Prompt Area：一、解题步骤一、解题步骤1.前处理前处理2.求解求解先指定任务名和分析标题，然后在先指定任务名和分析标题，然后在PR

12、EP7预处理器下选预处理器下选择单元类型、定义单元实常数和材料特性、创建有限元模择单元类型、定义单元实常数和材料特性、创建有限元模型等。型等。3.后处理后处理在在SOLUTION求解器下选择分析类型，指定分析选项；求解器下选择分析类型，指定分析选项；然后施加载荷和约束，指定载荷步长并对有限元求解进行然后施加载荷和约束，指定载荷步长并对有限元求解进行初始化并求解。初始化并求解。使用使用POST1普通后处理器或普通后处理器或POST26时间历程后处理器时间历程后处理器对结果进行查看。对结果进行查看。 该方法方便易用，适合该方法方便易用，适合初学者，但效率低，操作步骤较多时容易出错且不便改正。初学者

13、，但效率低，操作步骤较多时容易出错且不便改正。二、命令输入方法二、命令输入方法 1.菜单法（菜单法（GUI法）法）2.命令流法命令流法 通过拾取菜单或按钮执行命令。通过拾取菜单或按钮执行命令。 该方法可以克服该方法可以克服菜单法的缺点，适合对菜单法的缺点，适合对ANSYS较熟悉者解决复杂问题时使用。较熟悉者解决复杂问题时使用。通过在命令窗口输入命令流执行命令。通过在命令窗口输入命令流执行命令。实例：实例：用用ANSYS软件求解平面桁架问题。已知长度软件求解平面桁架问题。已知长度L=0.1 m，各杆横截面面积均为，各杆横截面面积均为A=110-4 m2，力力P=2000 N。试计算各杆的轴向力。

14、试计算各杆的轴向力Fa、轴向应力、轴向应力a。求解步骤：求解步骤：1.过滤界面。过滤界面。2.选择单元类型选择单元类型LINK180(3D finit str 180)。3.定义实常数，指定横截面面积定义实常数，指定横截面面积1E-4 。4.定义材料模型。定义材料模型。5.创建节点创建节点1(0,0,0)、2(0.1,0,0)、3(0.2,0,0)、4(0.1,0.1,0)。6.显示节点号、单元号。显示节点号、单元号。7.创建单元。创建单元。习题：习题：杆杆AD、CD为钢制，横截面面积为为钢制，横截面面积为2.5cm2，E=2.021011 Pa，=0.3。杆。杆BD为铜制，为铜制，E=110

15、11 Pa，=0.3，横截面面，横截面面积为积为3cm2，力，力F=-2000N。试计算各杆的。试计算各杆的轴向力、轴向应力。轴向力、轴向应力。8.施加约束；在节点施加约束；在节点1UX、UY=0，在节点，在节点3UY=0 。9.在节点施加载荷，在节点施加载荷，FY=-2000。10. 求解。求解。11. 定义单元表定义单元表FA(SMISC,1)、SA(LS,1)。12. 列表单元表数据列表单元表数据。本章提示本章提示2.1 概述概述2.2 关键点的创建关键点的创建2.3 线的创建线的创建2.4 面的创建面的创建2.5 工作平面工作平面2.6 体的创建体的创建2.7 对话框及元素对话框及元素

16、2.8 复杂实体的创建方法复杂实体的创建方法2.9 单元的划分单元的划分1.掌握掌握ANSYS软件前处理时创建简单实体的方法、特点软件前处理时创建简单实体的方法、特点和适用范围。和适用范围。2.掌握由简单实体形成复杂实体的方法、过程、特点及适掌握由简单实体形成复杂实体的方法、过程、特点及适用范围。用范围。3.了解如何将实际中的物体转化为了解如何将实际中的物体转化为ANSYS中用于模拟的中用于模拟的实体模型。实体模型。4.了解了解ANSYS软件几何模型以及有限元模型的使用、创软件几何模型以及有限元模型的使用、创建。建。一、创建有限元模型的方法一、创建有限元模型的方法1.直接生成法直接生成法2.实

17、体建模法实体建模法人工定义节点和单元，人工定义节点和单元， 适合创适合创建简单模型。建简单模型。二、几何实体的等级二、几何实体的等级先人工创建几何体，再划分单元，形成有限元模型。先人工创建几何体，再划分单元，形成有限元模型。 适合适合创建大型模型。创建大型模型。关键点关键点线线 面面 体体由关键点、线、面到体，等级由关键点、线、面到体，等级依次提高。依次提高。关键点与节点是不同性质的点。关键点与节点是不同性质的点。不能单独删除依附于高级实体上的低级实体。不能单独删除依附于高级实体上的低级实体。三、实体建模法三、实体建模法1.自上而下法自上而下法2.自下而上法自下而上法用用ANSYS命令直接创建

18、高级实体，而依附的低级实体自命令直接创建高级实体，而依附的低级实体自然被创建。然被创建。先创建低级实体，再创建高级实体。先创建低级实体，再创建高级实体。1.在工作平面上在工作平面上2.在活跃坐标系上在活跃坐标系上创建的关键点在工作平面上。创建的关键点在工作平面上。3.在线上在线上关键点的坐标与活跃坐标系有关。关键点的坐标与活跃坐标系有关。4.填充关键点填充关键点填充关键点的方向与活填充关键点的方向与活跃坐标系有关。跃坐标系有关。（CreateKeypoints On Working Plane ）（ CreateKeypoints In Active CS）（ CreateKeypoints

19、On Line w/Ratio）（CreateKeypoints Fill between KPs）如何作三角形如何作三角形的中线的中线AE？一、线的类型一、线的类型二、创建方法二、创建方法直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。1.创建直线创建直线2.在活跃坐标系上在活跃坐标系上在任意情况下，均创建直线。在任意情况下，均创建直线。3.垂线垂线创建线的类型与活跃坐标系有关。创建线的类型与活跃坐标系有关。（ CreateLines Lines Straight Line）（ CreateLines Lines In Active Coord ）4.角度线角度线（ Crea

20、teLines Lines Normal to Lines）5.三点圆弧三点圆弧（ CreateLines Lines At angle to line）（ CreateLines Arcs Through 3KPs）拾取拾取3个关键点创建圆弧。个关键点创建圆弧。 第第1、2个关键点为圆弧的端点，个关键点为圆弧的端点，第第3个为中间点。个为中间点。 圆弧的圆心角必须小于圆弧的圆心角必须小于180。6.CR圆弧圆弧7.倒圆角倒圆角通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。（ CreateLines Arcs By Cent & Radius） 该圆弧在工

21、该圆弧在工作平面上。作平面上。（ CreateLines Line Fillet）要求两线有公共关键点。要求两线有公共关键点。三、实例三、实例-正弦曲线的创建正弦曲线的创建（一）创建原理（一）创建原理（二）创建步骤（二）创建步骤1.创建圆弧，创建圆弧，Center(0，0)、R=1、=90。2.2.打开关键点号、线号。打开关键点号、线号。3.3.显示多类型实体。显示多类型实体。4.创建圆弧的等分点。创建圆弧的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全球圆柱坐切换活跃坐标系为全球圆柱坐标系。标系。 (2)填充关键点，数量填充关键点，数量4个、起始个、起始编号编号3、编号增量、编号增量1。5.创建关键点，

22、创建关键点，x=1+/2、y=0、z=0。6.创建直线的等分点。创建直线的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全球直角坐切换活跃坐标系为全球直角坐标系。标系。 (2)填充关键点，数量填充关键点，数量4个、起始编个、起始编号号8、编号增量、编号增量1。7.7.创建铅垂线。创建铅垂线。 (1)复制关键点，复制关键点，x=0、 y=1、 z=0。 (2)创建直线。创建直线。8.创建投影线。创建投影线。9.创建样条曲线并删除其余线。创建样条曲线并删除其余线。 (1)偏移工作平面到关键点。偏移工作平面到关键点。 (2)切换活跃坐标系为工作平面坐标系切换活跃坐标系为工作平面坐标系。 (3)镜像样条曲线，镜面为

23、镜像样条曲线，镜面为Y-Z plane。11.对样条曲线求和。对样条曲线求和。 (1)合并关键点。合并关键点。 (2)布尔布尔add运算。运算。10.镜像样条曲线。镜像样条曲线。如何创建其余如何创建其余部分正弦曲线？部分正弦曲线？ 各个边分别与各个边分别与wx和和wy轴平行。轴平行。一、任意形状的面一、任意形状的面1.通过关键点创建通过关键点创建（CreateAreasArbitraryThrough KPs） 所创建面可能是平面或曲面，与关键点的位置有关。所创建面可能是平面或曲面，与关键点的位置有关。2.通过线创建通过线创建（ CreateAreasArbitraryBy Lines ）二、

24、矩形面二、矩形面1.通过两个角点通过两个角点（CreateAreasRectangleBy 2 Corners） 创建的矩形面为平面，且在工作平面上，创建的矩形面为平面，且在工作平面上，2.通过中心、角点通过中心、角点（CreateAreasRectangleBy Centr & Cornr）3.通过尺寸通过尺寸（CreateAreasRectangleBy Dimensions） X1、X2、Y1、Y2分别确定分别确定4条边的位置。条边的位置。三、圆形面三、圆形面1.实心的圆形面实心的圆形面（CreateAreasCircleSolid Circle）2.空心的空心的圆形面圆形面（C

25、reateAreasCircleAnnulus）3.局部局部空心的空心的圆形面圆形面（CreateAreasCirclePartial Annulus）4.通过尺寸通过尺寸（CreateAreasCircle By Dimensions ） 输入圆形面的内外半径和起始、中止角度，圆心被缺省指定在工作平输入圆形面的内外半径和起始、中止角度，圆心被缺省指定在工作平面的原点上。面的原点上。 输入圆形面的圆心和半径。输入圆形面的圆心和半径。 输入圆形面的圆心和内外半径。输入圆形面的圆心和内外半径。 输入圆形面的圆心、内外半径和起始、中止角度。输入圆形面的圆心、内外半径和起始、中止角度。工作平面上二维坐

26、标系类型有笛卡尔坐标系（工作平面上二维坐标系类型有笛卡尔坐标系（Cartesian，直角坐标系）和极，直角坐标系）和极坐标系（坐标系（Polar）两种，）两种，一、工作平面的作用一、工作平面的作用二、工作平面的设置二、工作平面的设置1.创建实体时定位和定向；创建实体时定位和定向；2.作为工具平面使用；作为工具平面使用；3.作为坐标系使用。作为坐标系使用。三、工作平面的操作三、工作平面的操作（Utility MenuWorkPlaneWP Settings） 相对应三维的工作平面坐标系为直相对应三维的工作平面坐标系为直角坐标系和圆柱坐标系。角坐标系和圆柱坐标系。Snap被被ANSYS作为长度单位

27、使用，缺省值为作为长度单位使用，缺省值为0.05。偏移偏移工作平面原点到新位置。工作平面原点到新位置。 令工作平面坐标系的某坐标平面绕垂直坐标令工作平面坐标系的某坐标平面绕垂直坐标轴轴旋转旋转。1.通过增量偏移、旋转工作平面通过增量偏移、旋转工作平面（Offset WP by Increment）2.偏移原点到关键点（节点偏移原点到关键点（节点/原点）原点）（Offset WP to Keypoints）3.对齐工作平面到关键点对齐工作平面到关键点（Align WP with Keypoints ）操作中指定操作中指定3个关键点时，第一个关键点被作为工作平面的原点，第二个关键个关键点时，第一个

28、关键点被作为工作平面的原点，第二个关键点在点在+wx轴上，第三个关键点定义工作平面和轴上，第三个关键点定义工作平面和+wy轴。轴。4.对齐工作平面到全球直角坐标系对齐工作平面到全球直角坐标系（ Align WP with Global Cartesian）工作平面恢复到回初始位置和方向。工作平面恢复到回初始位置和方向。一、常见体的创建一、常见体的创建1.块块（CreateVolumesBlockBy Dimension）块的方向和位置由工作平面决定。块的方向和位置由工作平面决定。2.圆柱体圆柱体（CreateVolumesCylinderBy Dimension）圆柱体的轴线在圆柱体的轴线在w

29、z轴上，底面与工作平面平行。轴上，底面与工作平面平行。二、工作平面及体的创建应用实例二、工作平面及体的创建应用实例-相交圆柱体相交圆柱体1.创建两个圆柱体，半径分别为创建两个圆柱体，半径分别为0.03和和0.015，长度，长度0.08。2.改变视点。改变视点。3.显示体号。显示体号。4.偏移工作平面偏移工作平面 y=0.05、 z=0.03 ，wywz面绕面绕wx轴旋转轴旋转60。5.创建两个圆柱体，半径分别为创建两个圆柱体，半径分别为0.012和和0.006，长度，长度0.045。6.做布尔减运算，形成内孔。做布尔减运算，形成内孔。7.重画图形。重画图形。8.创建块，创建块，x1,x2=-0

30、.002,0.002， y1,y2=-0.013, -0.009 ， z1,z2=-0,0.008 。9.改变工作平面的坐标系为极坐标系。改变工作平面的坐标系为极坐标系。10.激活工作平面坐标系。激活工作平面坐标系。11.环形环形复制块。复制块。12.做布尔减运算，形成矩形槽。做布尔减运算，形成矩形槽。13.重画图形。重画图形。14. wzwx面绕面绕wy轴旋转轴旋转90 。15.从对称面划分模型。从对称面划分模型。16.重画图形。重画图形。17.删除实体。删除实体。18.做布尔加运算。做布尔加运算。19.观察模型。观察模型。 有直接拾取和输有直接拾取和输入实体编号两种方法。入实体编号两种方法

31、。一、拾取窗口一、拾取窗口1.坐标定位拾取窗口坐标定位拾取窗口用于在工作平面定位点，用于在工作平面定位点， 有直接拾取和输有直接拾取和输入坐标两种方法。入坐标两种方法。2.实体拾取窗口实体拾取窗口用于选择命令操作对象，用于选择命令操作对象，二、作用按钮二、作用按钮“OK”:应用对话框内的改变，并关闭对话框。应用对话框内的改变，并关闭对话框。“ APPLY”： 应用对话框内的改变，但不关闭对话框。应用对话框内的改变，但不关闭对话框。“RESET” ： 重置对话框，恢复其默认值，不关闭对话框。重置对话框，恢复其默认值，不关闭对话框。“CANCEL”： 取消在对话框中的操作，并关闭对话框。取消在对话

32、框中的操作，并关闭对话框。 不保留各实体内部边界。不保留各实体内部边界。一、布尔运算一、布尔运算1.交交 （ModelingOperateBooleansIntersect）计算结果为所选择实体的公共部分，计算结果为所选择实体的公共部分， 有公共交集（有公共交集（Common）和两两交集（）和两两交集（Pairwise）两种。）两种。2.和和（ModelingOperateBooleansAdd）计算结果为所选择实体的和，计算结果为所选择实体的和，3.差差 （ModelingOperateBooleansSubtract）减和被减实体的交集被从被减实体中减掉。减和被减实体的交集被从被减实体中减

33、掉。AB交交A+BA-B一、布尔运算一、布尔运算4.划分划分 （Divide）5.粘接粘接 （Glue）所操作实体在所操作实体在边界上相交。边界上相交。粘接粘接 单元单元 6.搭接搭接 （Overlap）所操作实体在内部相交。所操作实体在内部相交。搭接搭接 单元单元 二、挤出二、挤出三、复制三、复制（ModelingOperateExtrude）关键点挤出得到线，线挤出得到面，面挤出得到体。关键点挤出得到线，线挤出得到面，面挤出得到体。包括沿法线、通过偏移、关于轴、关于线等挤出方法。包括沿法线、通过偏移、关于轴、关于线等挤出方法。四、镜像四、镜像复制数目包括源实体，复制增量与活跃坐标系有关。复

34、制数目包括源实体，复制增量与活跃坐标系有关。（ModelingCopy）五、删除五、删除 （ModelingReflect）镜像平面是当前活跃坐标系的坐标平面，镜像平面是当前活跃坐标系的坐标平面， 且当前活跃坐标系是直角坐标系。且当前活跃坐标系是直角坐标系。（ModelingDelete）删除命令包括只删除实体本身、删除实体及所属低级实体两类。删除命令包括只删除实体本身、删除实体及所属低级实体两类。六、实例六、实例-螺栓的创建螺栓的创建1.创建原理创建原理-交交2.创建步骤创建步骤(1)激活全球圆柱坐标系。激活全球圆柱坐标系。(2)创建关键点创建关键点1(0.008,0,0)、2(0.008,

35、90,0.0005)、3(0.008,180,0.001)、4(0.008,270,0.0015)、5(0.008,0,0.002)。(3)改变视点。改变视点。(4)创建创建1个螺距的螺旋线。个螺距的螺旋线。(5)复制复制5个螺距的螺旋线。个螺距的螺旋线。(6)合并关键点。合并关键点。(7)作布尔加运算。作布尔加运算。(8)激活全球直角坐标系。激活全球直角坐标系。(9)创建关键点创建关键点90(0.008,0 , 0.00175)、91(0.006918,0,0) 、92(0.006918,0,0.002)。2.创建步骤创建步骤(10)显示关键点、线号。显示关键点、线号。(11)同时显示点和线

36、。同时显示点和线。(12)创建直线。创建直线。(13)创建创建60角度线。角度线。(14)由线创建面。由线创建面。(15)由面挤出螺旋体。由面挤出螺旋体。(16)打开体号，关闭关键点、线号。打开体号，关闭关键点、线号。(17)创建圆柱体。半径分别为创建圆柱体。半径分别为0.008，长度，长度0.04。(18)作布尔减运算。作布尔减运算。(19)重画图形。重画图形。2.创建步骤创建步骤(20)创建关键点创建关键点93(0.0065,0,0)、94(0.0095,0,0.003)、95(0,0,0)、96(0,0,0.03)。(21)创建直线。创建直线。(22)由线挤出形成圆锥面。由线挤出形成圆锥

37、面。(23)用面划分体。用面划分体。(24)删除体。删除体。(25)创建棱柱体（创建棱柱体（PrismBy Circumscr Rad），），Z1,Z2为为0.04,0.05，边数为，边数为6，半径为，半径为0.0131。(26)创建圆锥体（创建圆锥体（ConeBy Dimension），底半径为），底半径为0.03477，顶半径为，顶半径为0.00549，Z1,Z2为为0.03,0.055。(27)对棱锥体和圆锥体进行交运算，形成倒角。对棱锥体和圆锥体进行交运算，形成倒角。2.创建步骤创建步骤(28)观察模型。观察模型。如何创建斜齿如何创建斜齿圆柱齿轮？圆柱齿轮？一、划分步骤一、划分步骤1.

38、选择单元类型，指定选项。选择单元类型，指定选项。2.定义实常数、梁的横截面。定义实常数、梁的横截面。3.定义材料模型。定义材料模型。4.指定单元属性。指定单元属性。5.指定单元尺寸控制。指定单元尺寸控制。6.选择单元形状。选择单元形状。7.选择划分方法。选择划分方法。8.划分。划分。9.重定义。重定义。二、实例二、实例-相交矩形面相交矩形面 本章提示本章提示3.1 杆系结构实例杆系结构实例悬臂梁悬臂梁3.2 平面问题实例平面问题实例厚壁圆筒问题厚壁圆筒问题3.3 空间问题实例空间问题实例扳手的受力分析扳手的受力分析3.4 结构静力学分析的特点结构静力学分析的特点3.5 选择操作选择操作3.6

39、命令流命令流3.7 坐标系坐标系1.掌握利用有限元软件求解结构静力学问题时在前处理、掌握利用有限元软件求解结构静力学问题时在前处理、求解、后处理三个阶段的特点、处理方法。求解、后处理三个阶段的特点、处理方法。2.利用利用ANSYS软件进行有限元分析的过程。软件进行有限元分析的过程。3.掌握将空间结构简化为桁架结构、平面问题应满足的条掌握将空间结构简化为桁架结构、平面问题应满足的条件、方法，以及件、方法，以及ANSYS创建简化结构有限元模型的方法、创建简化结构有限元模型的方法、特点。特点。一、杆系结构一、杆系结构指的是由长度远远大于其他方向尺寸（指的是由长度远远大于其他方向尺寸（10:1）的构件

40、组成的结构，如连续梁）的构件组成的结构，如连续梁、桁架、刚架等。、桁架、刚架等。二、静力学分析二、静力学分析当结构承受不随时间变化的载荷作用时，分析其位移、应变、应力和支反力当结构承受不随时间变化的载荷作用时，分析其位移、应变、应力和支反力，需要进行静力学分析。，需要进行静力学分析。三、悬臂梁问题及求解三、悬臂梁问题及求解分析钢制工字悬臂梁在集中力分析钢制工字悬臂梁在集中力P作用下自由端的变形。已知梁横截面面积作用下自由端的变形。已知梁横截面面积A=14.345 cm2，截面高度，截面高度H=100 mm，惯性矩，惯性矩Ixx=245 cm4。梁长度。梁长度L=1 m，集中力集中力P=1000

41、0 N。（一）问题描述（一）问题描述4.定义定义I字梁的横截面，输入字梁的横截面，输入W1、W2、W3、t1、t2、t3分别为分别为0.035、0.035、0.05、0.0035、0.0035、0.003。（二）求解步骤（二）求解步骤1.改变任务名为改变任务名为E7。2.过滤界面。过滤界面。3.选择单元类型为选择单元类型为BEAM188。5.定义材料模型，定义材料模型，EX=2e11、PRXY=0.3。6.创建关键点创建关键点1(0,0,0)、2(1,0,0) 。7.显示关键点号。显示关键点号。8.在关键点在关键点1和和2间创建直线。间创建直线。9.划分单元，指定直线被划分为划分单元，指定直线

42、被划分为50段。段。10.在关键点在关键点1处施加全约束。处施加全约束。（二）求解步骤（二）求解步骤11.在关键点在关键点2处施加集中力载荷，处施加集中力载荷，FY=-1000N。12.求解。求解。13.查看结果，显示变形。查看结果，显示变形。（三）思考题（三）思考题悬臂梁用杆悬臂梁用杆CD支撑，分析在集中力支撑，分析在集中力P作用下作用下自由端的变形。已知梁横截面面积自由端的变形。已知梁横截面面积A=14.345 cm2，截面高度，截面高度H=100 mm，惯性矩，惯性矩Ixx=245 cm4。杆。杆CD的横截面面积的横截面面积A=8cm2，梁长度，梁长度L=1 m，集中，集中力力P=100

43、00 N。设有无限长的柱状体，设有无限长的柱状体， 在柱状体在柱状体上作用的面力和体力的方向与横截面平上作用的面力和体力的方向与横截面平行，而且不沿长度而发生变化。行，而且不沿长度而发生变化。 作用在板上作用在板上的所有面力和体力的方向均平行于板面的所有面力和体力的方向均平行于板面，而且不沿厚度方向发生变化，而且不沿厚度方向发生变化。一、平面问题一、平面问题1.平面应力问题平面应力问题当结构为均匀薄板，当结构为均匀薄板，2.平面应变问题平面应变问题分析取板面进行。分析取板面进行。分析取横截面进行。分析取横截面进行。二、对称性二、对称性当结构具有对称面而载荷也对称于该对称面时，则结构的位移、应力

44、和应变当结构具有对称面而载荷也对称于该对称面时，则结构的位移、应力和应变也对称于该对称面。此时，可取结构的一半进行分析，并且约束掉对称面上垂直也对称于该对称面。此时，可取结构的一半进行分析，并且约束掉对称面上垂直方向的位移。方向的位移。三、问题描述三、问题描述图示厚壁圆筒的内半径图示厚壁圆筒的内半径r1=50mm，外半径，外半径r2=100mm，作用在内孔上的压力，作用在内孔上的压力p=10MPa，无轴，无轴向压力，轴向长度很大可视为无穷。向压力，轴向长度很大可视为无穷。试计算厚壁圆筒的径向应力试计算厚壁圆筒的径向应力 r和切向应力和切向应力 t沿沿半径半径r方向的分布。方向的分布。四、求解步

45、骤四、求解步骤1.改变任务名为改变任务名为E8。2.过滤界面。过滤界面。3.选择单元类型为选择单元类型为PLANE183，单元选项，单元选项K3为平面应变。为平面应变。4.定义材料模型。定义材料模型。5.创建圆形面，内外半径及角度分别为创建圆形面，内外半径及角度分别为0.1、0.05和和90。6.划分单元。指定各边划分段数为划分单元。指定各边划分段数为6和和8，形状为四边形，映射网格。，形状为四边形，映射网格。7.在直线边上施加垂直方向约束。在直线边上施加垂直方向约束。8.在内孔施加压力载荷。在内孔施加压力载荷。9.求解。求解。10.显示节点。显示节点。四、求解步骤四、求解步骤11.在水平直线

46、边上定义路径在水平直线边上定义路径p1。12.将数据映射到路径上。将数据映射到路径上。13.作路径图。作路径图。五五 、思考题、思考题一均匀薄板的尺寸和所承受的一均匀薄板的尺寸和所承受的载荷如图所示，载荷如图所示，P=3000N，所使用，所使用材料为材料为45钢。求作钢。求作a-a截面的路径图截面的路径图，显示其拉应力。，显示其拉应力。一、问题描述一、问题描述已知内六角螺栓扳手轴线形状和尺寸，横已知内六角螺栓扳手轴线形状和尺寸，横截面为一外接圆半径为截面为一外接圆半径为10mm的正六边形，拧的正六边形，拧紧力紧力F为为600N，计算扳手拧紧时的应力分布。，计算扳手拧紧时的应力分布。F二、求解步

47、骤二、求解步骤1. 改变任务名为改变任务名为E9。2. 过滤界面。过滤界面。3. 选择单元类型选择单元类型PLANE182和和SOLID185。4. 定义材料模型。定义材料模型。5. 创建正六边形面，圆心在原点，半径为创建正六边形面，圆心在原点，半径为0.01。二、求解步骤二、求解步骤6. 改变视点。改变视点。7. 显示关键点、线号。显示关键点、线号。8. 创建关键点创建关键点7(0, 0, 0)、8(0, 0, 0.05)、9(0, 0.1, 0.05)。9. 创建直线。创建直线。10.创建圆角，半径为创建圆角，半径为0.015。11.创建直线。创建直线。12.用直线将六边形面划分成两部分。

48、用直线将六边形面划分成两部分。F13.为面划分单元。指定面各边划分为为面划分单元。指定面各边划分为3段，段，形状为四边形，映射网格。形状为四边形，映射网格。指定轴指定轴线上单元边长度为线上单元边长度为0.01。二、求解步骤二、求解步骤14.显示直线。显示直线。15.由面沿直线挤出体，由由面沿直线挤出体，由2D单元生成单元生成3D单元。单元。16.清除面单元。清除面单元。17.显示单元。显示单元。18.在短臂端面施加全约束。在短臂端面施加全约束。F19.在在长臂端面顶点上长臂端面顶点上施加力载荷，大小为施加力载荷，大小为100N。20.求解。求解。21.查看结果，显示变形。查看结果，显示变形。2

49、2.用应力云图显示用应力云图显示Von Mises应力。应力。二、求解步骤二、求解步骤23.偏移工作平面到节点偏移工作平面到节点159。24.选择图形类型选择图形类型Section，作切片图。，作切片图。普通后处理器普通后处理器POST1。应力云图、变形云图、列表、单元表、路径图、切片。应力云图、变形云图、列表、单元表、路径图、切片。 弹性模量弹性模量EX、泊松比、泊松比PRXY。一、前处理一、前处理单元类型：单元类型：结构（结构（Structural）单元。）单元。材料模型：材料模型：实常数：实常数： 根据单元类型。根据单元类型。二、求解二、求解载荷类型：载荷类型：集中力、压力、加速度、角速

50、度、转矩、温度集中力、压力、加速度、角速度、转矩、温度 。约束：约束：位移（线性位移和角位移）。位移（线性位移和角位移）。三、后处理三、后处理当施加有角速度、加速度载荷时，还需要定义密度（当施加有角速度、加速度载荷时，还需要定义密度（DENS）。）。 当施加温度载荷时，还需要定当施加温度载荷时，还需要定义线膨胀系数（义线膨胀系数（ALPX）。）。横截面：横截面： 梁单元类型需要。梁单元类型需要。一、选择操作一、选择操作用于构造实体选择集。用于构造实体选择集。二二 、选择实体命令、选择实体命令（Utility MenuSelectEntities）1.选择实体类型选择实体类型2.选择方式选择方式

51、By Num/Pick：通过输入实体编号通过输入实体编号或在图形窗口直接拾取选择。或在图形窗口直接拾取选择。Attached to：通过与其他类型的实体相关联通过与其他类型的实体相关联进行选择。进行选择。By Location：通过由定位设置定义的选择区域进行选择。通过由定位设置定义的选择区域进行选择。By Attribute：通过单元类型、实常数号、材料号等属性进通过单元类型、实常数号、材料号等属性进行选择。行选择。Exterior：选择实体的边界。选择实体的边界。3.定位设置定位设置4.选择功能设置选择功能设置From Full：从全部模型中构造一个新的实从全部模型中构造一个新的实体选择集

52、。体选择集。Reselect：从当前实体选择集中再次选择。从当前实体选择集中再次选择。Also Select：把新选择的实体添加到当前实体选择集中。把新选择的实体添加到当前实体选择集中。Unselect：把新选择的实体从当前实体选择集中去掉。把新选择的实体从当前实体选择集中去掉。From FullReselectAlso SelectUnselect5.动作按钮动作按钮Sele All：全部选择该类型的实体。全部选择该类型的实体。Invert：反向选择，全部模型中除当前实反向选择，全部模型中除当前实体选择集以外的实体被选择。体选择集以外的实体被选择。Sele Belo：选择已选择实体以下的实体

53、。选择已选择实体以下的实体。Sele None：撤消对该类型所有实体的选择。撤消对该类型所有实体的选择。Invert三、实体选择实例三、实体选择实例-扳手的受力分析扳手的受力分析(1)选择扳手表面上选择扳手表面上z=0.010.02的所有节点。的所有节点。(2)选择两个端面上的所有节点。选择两个端面上的所有节点。一、命令格式一、命令格式K，100，1，2，3 效率高，容易发效率高，容易发现和改正错误，适合对现和改正错误，适合对ANSYS较熟悉者解决复杂问题时使用。较熟悉者解决复杂问题时使用。通过在命令窗口输入命令流执行命令通过在命令窗口输入命令流执行命令,二、命令流法执行命令的特点二、命令流法

54、执行命令的特点三、命令流文件的形成三、命令流文件的形成1.使用使用ANSYS的记录文件。的记录文件。2. 使用命令对话框的使用命令对话框的HELP按钮。按钮。四、命令流文件实例四、命令流文件实例正弦曲线的创建正弦曲线的创建3.6 3.6 命令流命令流/PREP7K,100,0,0,0CIRCLE,100,1,90 CSYS,1KFILL,2,1,4,3,1K,7,1+3.1415926/2,0,0CSYS,0KFILL,7,1,4,8,1KGEN,2,7,11,1,1LSTR,8,13LSTR,9,14LSTR,10,15 !进入前处理器进入前处理器!创建关键点创建关键点!创建圆弧创建圆弧!切

55、换活跃坐标系切换活跃坐标系!填充关键点填充关键点!复制关键点复制关键点!创建直线创建直线LSTR,11,16LANG,5,6,90,0 LANG,4,5,90,0LANG,3,4,90,0LANG,2,3,90,0BSPLIN,1,17,18,19,20,12LSEL,U,14LDELE,ALLLSEL,ALLKWPAVE,12CSYS,4LSYMM,X,14NUMMRG,KP,LOWLCOMB,ALL,0 !创建投影线创建投影线!创建样条曲线创建样条曲线!不选择线不选择线14!删除线选择集中所有线删除线选择集中所有线!选择所有线选择所有线!偏移工作平面到关键点偏移工作平面到关键点12!镜像线

56、镜像线!合并关键点合并关键点!布尔和运算布尔和运算3.6 3.6 命令流命令流一、全球坐标系一、全球坐标系Global CartesianCSYS=0 全球全球坐标系是一个绝对的参考系，坐标系是一个绝对的参考系，主要主要用于用于定位几何实体定位几何实体的位置。的位置。 全球全球坐标系坐标系有有三种：三种：全球直角全球直角坐标系、坐标系、全球全球圆柱坐标系、圆柱坐标系、全球全球球坐标系。球坐标系。Global Cylindrical(Y)CSYS=1或或5 Global SphericalCSYS=2 三种坐标系都是右手系，它们有共同的原点三种坐标系都是右手系，它们有共同的原点全全球球原点。原点

57、。（Global Coordinate System） 用户可以根据需要，建立自己的坐标系，称为局部坐标系。也用户可以根据需要，建立自己的坐标系，称为局部坐标系。也用用于于定位几何定位几何实体实体。 局部坐标系的种类有直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系和环坐标系局部坐标系的种类有直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系和环坐标系。 局部坐标系的坐标系号大于局部坐标系的坐标系号大于10，一旦某个局部坐标系被定义，它立即成为活，一旦某个局部坐标系被定义，它立即成为活跃坐标系。跃坐标系。 尽管定义了多种坐标系，但任一时刻只能有一个是活跃的。把某一个坐标系尽管定义了多种坐标系，但任一时刻只能有一个是活跃的。把某

58、一个坐标系激活为活跃坐标系，可使用激活为活跃坐标系，可使用Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to命令。命令。二、局部坐标系二、局部坐标系三、活跃坐标系三、活跃坐标系 Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate System Create Local CS。（Local Coordinate System） ANSYS列表显示节点和关键点坐标时，使用的坐标系列表显示节点和关键点坐标时，使用的坐标系。 用于定义每个节点的自由度和节用于定义每个节点的自由度和节点载荷的方向。点载荷的方向。四、显示坐标系四、显示坐标系（Displ

59、ay Coordinate System）显示坐标系为显示坐标系为Global Cartesian 显示坐标系为显示坐标系为Global Cylindrical 五、节点坐标系五、节点坐标系 默认时，节点坐标系与默认时，节点坐标系与Global Cartesian方向一致。方向一致。（Nodal Coordinate System） 单元坐标系用于定义各向异性材料的特性的方向、施加表面载荷的方向、单单元坐标系用于定义各向异性材料的特性的方向、施加表面载荷的方向、单元结果的输出方向等。元结果的输出方向等。六、单元坐标系六、单元坐标系（Element Coordinate System） 结果数据

60、总是旋转到结果坐标系上显示，默认的结果坐标系为全球直角坐标结果数据总是旋转到结果坐标系上显示，默认的结果坐标系为全球直角坐标系。系。七、结果坐标系七、结果坐标系（Result Coordinate System）结 果 坐 标 系 为结 果 坐 标 系 为Global Cartesian时时，x为为x方向应力。方向应力。 结果坐标系为结果坐标系为Global Cylindrical时，时，x为为径向应力。径向应力。 八、坐标系的应用实例八、坐标系的应用实例圆轴扭转分析圆轴扭转分析1.问题描述问题描述设等直圆轴的圆截面直径设等直圆轴的圆截面直径D=50mm，长度，长度L=120mm，作用在圆轴两端上的，作用在圆