有限元分析及应用(修改)

有限元分析及应用

1

平面问题：带孔平板的有限元分析1.1问题描述

计算分析模型如图1.1所示，下面对该平面结构进行整体建模和分析。

1.2

基于图形界面交互的

GUI

求解步骤（

1）准备工作

a.在硬盘中设置用于该工程分析的文件夹；

b.使用Windows开始菜单中ANSYS子菜单中的Interactive命令，启动ANSYS。在启动进入ANSYS时，选择分析所在文件夹和分析文件名。

c.进入ANSYS后，为分析文件设定标题。单击应用菜单中的命令File|ChangeTitle，弹出设置分析标题的对话框，如图1.2所示。

d.在对话框中输入标题，例如输入"plate"，回车完成分析标题设置。在图形显示区的左下方可以看到更改后的标题。设置计算类型a.选择主菜单中的Preferences命令，弹出设置计算类型的对话框，如图1.3所示。

b.选择结构分析Structural类型，单击OK按钮关闭对话框，如图1.3。选择单元类型a.ANSYSMainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete

Add

selectSolidQuad4node42OK，如图1.4所示。

c.关闭ElementTypes对话框b.ElementTypes对话框

Options

selectK3:PlaneStrsw/thk(带厚度的平面应力问题)OK，如图1.5所示。定义材料参数a.ANSYSMainMenu:PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropicinputEX:2.1e5(弹模)PRXY:0.3(泊松比)OK，如图1.6所示。

b.关闭DefineMaterialModelBehavior对话框定义实常数

a.ANSYSMainMenu:PreprocessorRealConstantsAdd/Edit/DeleteAdd

selectType1OKinputRealConstantSetNo:1(第1号实常数),THK:1(平板的厚度)OK，如图1.7所示。

b.关闭RealConstants对话框

生成几何模型a.生成平面方板ANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy2Corners

inputWPX:0、WPY:0、Width:100、Height:100OK，如图1.8所示。

b.生成圆孔平面ANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleSolidCircle

input:WPX:50、WPY:50、Radius:5OK，如图1.9所示。

c.生成带孔方板(用布尔运算)ANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-Operate-Booleans-SubtractAreas

pickarea1(方板)（如图1.10）

OKOKpickarea2(圆孔)(Next)（如图1.11）OKOK，生成带孔平板几何模型如图1.12。

网格划分ANSYSMainMenu:PreprocessorMeshingMeshTool

(SizeControls)Globl:Set

inputNDIV:4（如图1.13）

OK(backtoMeshToolwindow)Mesh

PickAll(inPickingMenu)（如图1.14）

(closetheyellowwarningwindow)Close(theMeshToolwindow)（如图1.15）

模型施加约束a.左边加

X

方向的约束ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnNodes

pickthenodesontheleftedge(可用box拉出一个矩形框来框住左边线上的节点，也可用single来一个一个地点选)(如图1.16)OK

selectLab2:UX(**注意:VALUE不填时缺省值为0)（如图1.17）

OKb.左下角节点加

X-Y

两方向的约束ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnNodes

pickthenodeat(0,0)（如图1.18）

OK

selectLab2:UX,UY（如图1.19）

OK

c.右边加

X

方向的载荷约束ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLines

picktherightedgeoftheplate（如图1.20）

OK

inputVALUE:－100（如图1.21）OK(closetheyellowwarningwindow)（如图1.22）

分析计算

ANSYSMainMenu:Solution-Solve-CurrentLS

OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)（如图1.23）ShouldTheSolveCommandbeExecuted?YSolutionisdone!Close（如图1.24）

结果显示ANSYSMainMenu:GeneralPostprocPlotResultsDeformedShape

selectDef+Undeformed（如图1.25）OK(backtoPlotResultswindow)-ContourPlot-NodalSolu

selectStress,VonMises,Def+Undeformed(如图1.26)OK，变形结果和等效应力分布分别如图1.27和1.28。

退出系统ANSYSUtilityMenu:FileExitSaveEverything（如图1.29）OK2空间问题：带法兰油缸的有限元分析

2.1

问题描述计算分析模型如图2.1所示,下面对该空间油缸的1/4结构进行建模和分析。

2.2

基于图形界面交互的

GUI

求解步骤（

1）准备工作在硬盘中设置用于该工程分析的文件夹；b.使用Windows开始菜单中ANSYS子菜单中的Interactive命令，启动ANSYS。在启动进入ANSYS时，选择分析所在文件夹和分析文件名。

c.进入ANSYS后，为分析文件设定标题。单击应用菜单中的命令File|ChangeTitle，弹出设置分析标题的对话框，如图2.2所示。

d.在对话框中输入标题，本例输入"cylinder"，回车完成分析标题设置。在图形显示区的左下方可以看到更改后的标题。

（

2）设置计算类型a.选择主菜单中的Preferences命令，弹出设置计算类型的对话框，如图2.3所示。

b.选择结构分析Structural类型，单击OK按钮关闭对话框，如图2.3。

（

3）选择单元类型a.ANSYSMainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete

Add

selectSolidQuad4node42Apply，如图2.4所示。

b.SolidBrick8node45OK，如图2.5所示。

c.关闭ElementTypes对话框（

4）定义材料参数a.ANSYSMainMenu:PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropicinputEX:2.1e5(弹模)PRXY:0.3(泊松比)OK，如图2.6所示。

b.关闭DefineMaterialModelBehavior对话框（

5）构造筒体模型a.生成模型截平面ANSYSMainMenu:PreprocessorModelingCreateKeypointsInActiveCS

按次序输入横截平面的10个特征点和旋转对称轴上两点坐标（10个特征点：(300,0,0),(480,0,0),(480,100,0),(400,100,0),(400,700,0),(480,700,0),(480,800,0),(300,800,0),(300,650,0),(300,150,0)，对称轴上两点：(0,0,0),(0,800,0)）（每次输入完毕，用Apply结束，各点编号及0可以不输入）（图2.7为输入第1点坐标的示意）Cancel(backtoCreatewindow)（如图2.8）

-Areas-ArbitraryThroughKps

依次连接截面边线上的10个特征(注意在选完第10点后结束，不要再选第1点)（如图2.9）

OK（生成截平面如图2.10））b.对平面进行网格划分ANSYSMainMenu:PreprocessorMeshingMeshTool

(SizeControls)Globl:Set

inputSIZE:50（如图2.11）

OK(backtoMeshToolwindow)Mesh

PickAll(inPickingMenu)Close(theMeshToolwindow)（如图2.12）

c.用旋转法生成筒体模型ANSYSMainMenu:PreprocessorModelingOperateExtrudeElemExtOptsselectTYPE:SOLID45ElementsizingoptionsforextrusionNo.Elemdivs:1（如图2.13）

OK(backtoExtrudewindow)AreasAboutAxisPickAll(inPickingMenu)OKPickthetwokeypoints(11,12)oftheSymmetricalAxis（如图2.14）

OKinputARC:90;NSEG:3（如图2.15）

OK，生成筒体模型经旋转变换后如图2.16所示，图中对话框起设置观察角度和方位的作用，可通过ANSYSMainMenu:PlotCtrlsPanZoomRotate

操作弹出）

（

6）模型加位移约束ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacement两截面分别加

Z,X

方向的约束ANSYSUtilityMenu:SelectEntities

NodesByLocationselectXcoordinatesinput0(如图2.17)OK(backtoDisplacementwindow)OnNodes（如图2.18）

PickAll(inPickingMenu)

selectLab2:UX（如图2.19）OKANSYSUtilityMenu:SelectEverythingANSYSUtilityMenu:SelectEntities

NodesByLocationselectZcoordinatesinput0OK(backtoDisplacementwindow)OnNodes

PickAll(inPickingMenu)

selectLab2:UZOKANSYSUtilityMenu:SelectEverything底面加

Y

方向的约束ANSYSUtilityMenu:SelectEntities

NodesByLocationselectYcoordinatesinput0OK(backtoDisplacementwindow)OnNodes

PickAll(inPickingMenu)

selectLab2:UYOKANSYSUtilityMenu:SelectEverything各位移约束加完后如图2.20所示（

7）模型加载荷

ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnAreas

picktheInternalLoadSurfaceofmodel(3areas)（如图2.21）

OK

inputVALUE:200（如图2.22）

Apply(忽略警告信息)picktheExternalLoadSurfaceofmodel(3areas)（如图2.23）

OK

inputVALUE:100（如图2.24）

OK，加载后模型如图2.25所示。

（

8）分析计算

ANSYSMainMenu:Solution-Solve-CurrentLS

OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)（如图2.26）

Solutionisdone!Close（如图2.27）

（

9）结果显示

ANSYSMainMenu:GeneralPostprocPlotResultsDeformedShape

selectDef+Undeformed（如图2.28）OK(backtoPlotResultswindow)-ContourPlot-NodalSolu

selectStress,VonMises,Def+Undeformed(如图2.29)OK，变形结果和等效应力分布分别如图2.30和2.31。

3模态分析：斜拉桥的有限元建模与振动分析

3.1

问题描述

设有一座斜拉桥，其计算分析模型如图3.1所示，桥梁结构的有关参数见表3.1；在ANSYS中所使用的文件名：bridge。

建模要求(1)右端完整建模,然后用映射方法(Reflect)生成对称结构；(2)单元建模:2D模型,主桥身与主塔:Beam(2D);斜拉索:Link单元(tensiononly：不承受压载荷)。

3.2

基于图形界面交互的

GUI

求解步骤（

1）准备工作在硬盘中设置用于该工程分析的文件夹；

b.使用Windows开始菜单中ANSYS子菜单中的Interactive命令，启动ANSYS。在启动进入ANSYS时，选择分析所在文件夹和分析文件名。c.进入ANSYS后，为分析文件设定标题。单击应用菜单中的命令File|ChangeTitle，弹出设置分析标题的对话框，如图3.2所示。

d.在对话框中输入标题，本例输入"bridge"，回车完成分析标题设置。在图形显示区的左下方可以看到更改后的标题。

设置计算类型a.选择主菜单中的Preferences命令，弹出设置计算类型的对话框，如图3.3所示。

b.选择结构分析Structural类型，单击OK按钮关闭对话框，如图3.3。

选择单元类型a.ANSYSMainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete

Add

selectBeam,2delastic3Apply，如图3.4所示。

定义实常数

ANSYSMainMenu:PreprocessorRealConstantsAdd/Edit/DeleteAddselectType1Beam3OKinputRealConstantsSetNo.:1,AREA:15，Izz:12.26（如图3.6）

ApplyinputRealConstantsSetNo.:2,AREA:28，Izz:129.98（如图3.7）

OK(backtoRealConstantswindow)AddselectType2Link10OK

inputRealConstantsSetNo.:3,AREA:0.02545（如图3.8）

OKClose(theRealConstantswindow)定义材料参数a.ANSYSMainMenu:PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropicinputEX:2.1e11(弹模)PRXY:0.3(泊松比)OK，如图3.9所示。

构造斜拉桥模型

a.生成桥体模型ANSYSMainMenu:Preprocessor-Modeling-CreateKeypointsInActiveCS

按次序输入截平面的18个特征点坐标（最左端为0,0点）（图3.11例示输入主塔最高点坐标）OK(backtoCreatewindow)-Lines-LinesStraightLine

依次分别连接特征点（如图3.12）(**注意:塔<Tower>的连线与主桥板<Bridgebody>的连线不相交点)OK

b.网格划分ANSYSMainMenu:PreprocessorMeshing-MeshAttributesPickedLinespickbridgebody(如图3.13)OKselectREAL:1,TYPE:1（如图3.14）

Apply

pickTowerbody（如图3.15）OKselectREAL:2,TYPE:1（如图3.16）

Apply

pickLinks（如图3.17）OK

selectREAL:3,TYPE:2（如图3.18）

OK；MeshingMeshLinesPickall(inpickingmenu)（如图3.19）；划分结果如图3.20所示。

用映射法生成桥体模型

ANSYSMainMenu:PreprocessorModelingReflectLines

在"Reflectlines"窗口用Box选取除最左端单元外的所有桥单元（如图3.21）

OK（弹出对话框如图3.22所示）

OK(inReflectLineswindow)（如图3.23）将反射生成的桥的最右端与反射面上的原桥的左端点连线并定义生成一个新单元(属性与原桥单元一致)（如图3.24、3.25、3.26、3.27所示）

OK，完整桥体模型如图3.28所示。

模型加约束ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApply-StructuralDisplacementOnNodes

选取桥身两端及两主塔的底端4