通用有限元程序ANSYS及应用第三讲

硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序ANSYS及应用(三)

二OO六年三月十日10March20061通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）第三讲内容提要4.实体建模的基本过程示例4.1问题概述4.2定义材料、几何参数和单元类型4.3创建几何模型4.4划分网格4.5加载与求解4.6查看结果4.7命令流输入10March20062通用有限元程序ANSYS及应用4.1问题概述三层框架结构，层高4米，结构平面图如下：三层框架结构平面示意图

10March20063通用有限元程序ANSYS及应用4.1问题概述（续）主要承重构件的截面尺寸及材料力学性能参数框架柱：500mm500mm混凝土柱外环梁：300mm500mm混凝土梁楼面梁：10500工字钢，高H＝500mm，宽B＝200mm，翼缘t1＝16mm，腹板t2＝10mm楼面板：100mm混凝土楼面板材料特性：混凝土C30，弹模E＝3.01010N/m2，泊松比＝0.2，密度＝2500Kg/m3型钢钢材：弹模E＝2.11011N/m2，泊松比＝0.3，密度＝7800Kg/m3

10March20064通用有限元程序ANSYS及应用4.2定义材料、几何参数和单元类型■启动ANSYS设置相关工作目录和工作文件名，注意：工作目录不能用中文■定义分析类型

选择MainMenu>Preferences

命令，弹出如下优选对话框10March20065通用有限元程序ANSYS及应用4.2定义材料、几何参数和单元类型■定义分析标题

选择

UtilityMenu>File>ChangeTitle

命令，弹出如下对话框输入分析标题：FrameStructureAnalysis

10March20066通用有限元程序ANSYS及应用4.2定义材料、几何参数和单元类型■定义单元类型选择MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete

命令，弹出ElementType

对话框，单击Add

按钮，在新弹出的LibraryofElementTypes对话框中选择Beam4

用于模拟框架柱，单击Apply按钮按上述步骤继续选择Beam4

为ElementType2

用于模拟外环梁；选择Beam4

为ElementType3

用于模拟楼面梁；选择Shell63

为

ElementType4

用于模拟楼面板。全部完成后单击Close

按钮，关闭对话框。10March20067通用有限元程序ANSYS及应用4.2定义材料、几何参数和单元类型■定义实常数选择MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete

命令，弹出RealConstants

对话框，选择

Add，显示ChooseElementType

对话框，选中

Type1Beam4

后，单击OK

按钮，在弹出的RealConstantSetNumber1，forBeam4

对话框中如图输入框架柱各参数：

Cross-sectionalAREA＝0.25AreamomentofinertiaIZZ=1/192AreamomentofinertiaIYY=1/192ThicknessalongZaxisTKZ=0.25ThicknessalongYaxisTKY=0.25TorsionalmomentofinertiaIXX=2/192类似地，重复上述步骤完成ElementType2和3，forBeam4

10March20068通用有限元程序ANSYS及应用4.2定义材料、几何参数和单元类型■定义实常数（续）选择ElementType4Shell63后，在新弹出的RealConstantSetNumber4，forShell63

对话框中如图输入楼面板参数：

全部完成后单击Close按钮，关闭对话框。

注意：不同的单元类型，其对应的实常数对话框格式和内容均会有所不同，输入数据时一定要仔细核对。10March20069通用有限元程序ANSYS及应用4.2定义材料、几何参数和单元类型■定义材料属性选择MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令，将弹出如下图所示的DefineMaterialModelBehaviour

对话框：

10March200610通用有限元程序ANSYS及应用4.2定义材料料、几何参数和单单元类型■定义材料属性（续续）选择MaterialModelsAvailable>Structural>Linear>Elastic>Isotropic，弹出左图所示的LinearIsotropicMaterialPropertiesforMaterialNumber1对话框，输入参数数EX＝3.0e10，PRXY＝0.2，分别定义混凝土材材料弹性模量和泊泊松比：选择MaterialModelsAvailable>Structural>Density，弹出如右图所示的的DensityforMaterialNumber1对话框，输入参数数DENS＝2500，定义混凝土材料密密度。按上述步骤继续完完成MaterialNumber2型钢材料属性的定定义，最后用材料料属性对话框中的的Material下拉菜单选项Exit，完成材料属性定义义，关闭对话框。。10March200611通用有限元程序ANSYS及应用用4.3创建几何何模型■生成关键点（Keypoint）选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoint>InActiveCS命令，弹出如图所所示的CreateKeypointsinActiveCoordinateSystem对话框，在对话框框的Keypointnumber栏中输入1，在X、Y、Z坐标栏中输入（0，0，0），单击Apply生成框架柱Z1的下端点Keypoint1；同样地输入（0，0，4）生成框架柱Z1的上端点Keypoint2。10March200612通用有限元程序ANSYS及应用用4.3创建几何何模型■生成框架柱Z1线元（Line）选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StraightLine命令，弹出左下图图所示选取对话框框，顺序点击Keypoint1和Keypoint2，即在两点之间生成成一条直线。重复执行前述操作作步骤，生成全部部框架柱和梁的线线元，得到如上图所示的框架结构构几何模型。10March200613通用有限元程序ANSYS及应用用4.3创建几何何模型■生成楼面板面元（Area）选择UtilityMenu>Selet>Entities命令，弹出左图所所示选取图元对话话框，在选取类型型表中选Lines，选取标准表中选ByLocation，参数设定窗中输入入Z坐标限定范围Min，Max为（4，4），单击OK按钮，即选中标高高4米处二层楼面内全部部线元。选择UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering命令，弹出右图所所示图元编号控制制对话框，选定LinenumbersON；10March200614通用有限元程序ANSYS及应用用4.3创建几何何模型选择UtilityMenu>Plot>Replot命令，执行后得到到如下图所示的线线元编号显示。10March200615通用有限元程序ANSYS及应用用4.3创建几何何模型选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>byLines命令，弹出左图所所示选取对话框，，顺序点击线元L13、L24、、L16和L22，即在此四条线段所所围区域内生成楼楼板面元。重复执执行上述操作，生生成二层楼面内全全部楼板面元；再次执行选择楼层层选取操作，选取取其余楼层；并继继续执行楼板面元生成操作，完成所有楼楼面面元的生成，，最终得到如右图图所示的框架结构构几何模型。10March200616通用有限元程序ANSYS及应用用4.4划分网格格■定义框架梁线元属属性选择UtilityMenu>Plot>Lines命令，图形窗口再再现全部框架梁、、柱线元；选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshAttributes>Pickedlines命令，弹出线元选选取对话框，在图图形窗口中选取全全部框架柱线元，，单击OK按钮，弹出线元属属性对话框（LineAttributes），如下图所示指定框框架柱线元的材料料类型号MAT＝1、实常数REAL＝1和单元类型号TYPE＝1，单击Apply按钮，完成框架柱柱线元属性定义。。重复执行上述操作作，完成外环梁及及楼面梁线元属性性定义。10March200617通用有限元程序ANSYS及应用用4.4划分网格格■定义楼面板面元属属性选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshAttributes>AllAreas命令，弹出面元属属性对话框（AreaAttributes），如图所示指定楼面面板面元属性的材材料类型号MAT＝1、实常数REAL＝4和单元类型号TYPE＝4，单击OK按钮，完成楼面板板面元属性定义。。10March200618通用有限元程序ANSYS及应用用4.4划分网格格■框架梁、柱单元划划分选择UtilityMenu>Selet>Entities命令，弹出选取图图元对话框，在选选取类型表中选Lines，选取标准表中选ByAttributes，参数设定窗中输入入Elemtypenum单元类型限定范围围Min，Max，，Inc为（1，1，1），单击OK按钮，即选中单元元类型为1的全部框架柱线元元。选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>Manualsize>Lines>AllLines命令，弹出下图所所示线元尺寸控制制对话框，指定每每条框架柱线元的的等分数目NDIV＝2，单击OK按钮，完成框架柱柱线元网格划分。。10March200619通用有限元程序ANSYS及应用用4.4划分网格格重复执行图元选择择操作，选中单元元类型为2和3的全部框架梁线元元。重复执行网格划分分操作，指定每条条框架梁线元的等等分数目NDIV＝1，完成框架梁线元网网格划分。选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines命令，弹出线元选选取对话框，单击击Pi