有限元法基础讲稿-第15讲新.ppt

1、ANSYS 入门结构线性静力分析示例,问题说明:为一个截面宽度为10mm的内六角扳手，在手柄的端部施加扭转力100N，然后在相同的部位施加垂直向下的力20N，分析在这两种载荷作用下扳手的应力分布。在问题中使用的尺寸参数如下所示。截面宽度为10 mm、截面形状为正六边形、手柄长度：20cm、杆长：7.5cm、倒角半径：1cm、弹性模量：2.071011Pa，泊松比为0.3。,图4-57 六方孔螺钉头用扳手简图,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuFileChange Jobname ：“wrench” ，选择【 New log and error files】复选框。

2、Utility MenuFileChange Title ：“Static Analysis of an Allen Wrench” 。 Utility MenuPlotReplot,1、定义工作文件名和工作标题,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,输入命令“/UNITS，SI”并回车。 Utility MenuParametersAngular Units，弹出设置角度单位的参数功能对话框。在下拉菜单中选择“Degrees DEG”，如图4-58所示。,2、设置系统单位制,图4-58 【设置系统单位制】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuParameter

3、sScalar Parameters,3、定义参数表,表4-2 参数名和参数值,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuPreprocessorElement Type Add/Edit/ Delete 在左侧的滚动框中选择“Structural Solid”。在右侧的滚动框中选择“Brick 8node 45”。 单击“Apply” 。建立单元类型1。在右侧的滚动对话框中选择“Quad 4node 42”。单击“OK” 。建立单元类型2。,4、定义单元类型及材料属性,Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 在【Ma

4、terial Models Available】窗口中双击下面的路径：StructuralLinearElasticIsotropic，打开另一对话框。在弹性模量EX一项中输入“EXX”，PRXY一项中输入0.3，关闭对话框。,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main menuPreprocessorModelingCreateAreas Polygon By Side Length 打开通过边长建立六变形的对话窗口如图4-61。在边的数目一栏中输入“6”。在边长一栏中输入“W_FLAT”。,5、建立正六边形作为横截面,图4-61 【建立六变形的对话】窗口,ANSYS 入门结构线性静力分

5、析示例,Main MenuPreprocessorModelingCreate Keypoints In Active CS 在关键点号码一栏中输入“7”，单击”Apply”，则默认关键点的“X,Y,Z”坐标值为“0,0,0”(图4-63 )。继续在关键点号码一栏中输入“8”，在“X,Y,Z”坐标值一栏相应地输入“0，0，-L_SHANK”， 单击”Apply”。继续在关键点号码一栏中输入“9”，在“X,Y,Z”坐标值一栏相应地输入“0，L_HANDLE,-L_SHANK”，并单击”OK”关闭对话窗口。,6、创建关键点,图4-63 【Create Keypoints in Active Coo

6、rdinate System】窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility enuPlotCtrls Window Controls Window Options，打开窗口如图4-64所示。在图形显示下拉菜单中选择“At top left”。 单击”OK”。,7、创建直线,图4-64 【Window option】窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuPlotCtrlsPan/Zoom/Rotate，打开【Pan-Zoom-Rotate】工具栏。单击”ISO”，选择视图角度，并关闭此工具条。 选择菜单路径Utility MenuPlotCtrls V

7、iew Settings Angle of Rotation，打开【Angle of Rotation】对话框如图4-65所示，进行角度旋转设置。在“angle in degrees”一栏中输入“90”。在“Axis of rotation”下拉菜单中选择“Global Cartes X”。单击”OK” 。,7、创建直线,图4-65 【Angle of Rotation】对话窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuPlotCtrlsNumbering，进入图形编号对话框。选中关键点复选框使其处于“On”状态。同样，选中直线复选框使其处于“On”状态。单击”OK”。

8、Main MenuPreprocessorModeling Create Lines LinesStraight Line，打开【Create Straight Line】对话窗口。在绘图区域使用鼠标选中关键点4和1，可在两关键点之间建立一条直线。同样，选中关键点7和8，可在关键点7和8之间建立一条直线。选中关键点8和9建立一条直线。,7、创建直线,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuPreprocessorModelingCreateLines Line Fillet，弹出图4-66的【Line Fillet】拾取对话窗口。在绘图区域选取线8和9。单击”OK”，弹出创建倒

9、角圆对话框。在“Fillet radius”一栏中输入“BENDRAD”，单击”OK”关闭窗口。,8、创建倒角圆曲线,图4-66 【Line Fillet】拾取对话窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuPlotCtrlsNumbering，将关键点的复选框设置为Off。 Utility MenuPlotAreas。 Main Menu PreprocessorModelingOperate Booleans DivideWith OptionsArea by Line。在绘图区域选择截面并单击；选择标号为7的直线，单击”OK”，则出现图4-67所示对话框，在“Su

10、btracted lines will be”下拉菜单中，选择“Kept”，确定后关闭窗口。,9、创建扳手断面,图4-67 【Divide Area by Line】拾取对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuSelectComp/AssemblyCreate Component，打开创建构件的对话窗口如图4-68。在构件名一栏中输入“BOTAREA”。在“Component is made of”下拉菜单中选择“Areas”选项。单击”OK”。,9、创建扳手断面,图4-68 【Create Component】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Men

11、uPreprocessorMeshingSize Cntrls ManualSize Lines Picked Lines.依次选取编号为1,2,6的线，然后单击”OK”。弹出【Element Sizes On Picked Lines】窗口如图4-69。在单元的分段数“No. of element divisions”一栏中输入“NO_D_HEX”，然后单击“OK”。,10、设置网格密度,图4-69 【Element Sizes On Picked Lines】窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuPreprocessorModelingCreate Elements

12、 Elem Attributes，打开单元属性窗口4-70。在单元类型号的下拉菜单中，选择“2PLANE42”并单击”OK”。,11、设置网格密度,图4-70 单元属性窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,MenuPreprocessorMeshingSize Cntrls ManualSize Lines Picked Lines.依次选取编号为1,2,6的线，然后单击“ OK”。弹出【Element Sizes On Picked Lines】窗口如图4-69。在单元的分段数“No. of element divisions”一栏中输入“NO_D_HEX”，然后单击“OK”。,11、

13、设置网格密度,图4-69 【Element Sizes On Picked Lines】窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuPreprocessorMeshingMesher Opts，打开【Mesher Options】 对话窗口如图4-71所示。,11、设置网格密度,图4-71 【Mesher Options】 对话窗口,在Mesher Type区域，选择“Mapped”选项并单击，弹出图4-72所示的【Set Element Shape】对话框。选择程序的默认设置，并单击,。,图4-72 【Set Element Shape】对话框,ANSYS 入门结构线性静力

14、分析示例,Main MenuPreprocessorMeshingMeshAreas Mapped3 or 4 sided，弹出【Mesh Areas】拾取对话框,单击“Pick All”选择所有面进行网格划分。选择菜单路径Utility MenuPlotElements进行显示，如图4-74所示。,12、进行网格划分,图4-74 生成的二维网格,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuPreprocessorModelingCreate Elements Elem Attributes，设置单元属性为“1 SOLID45” 。 Main MenuPreprocessorMes

15、hingSize CntrlsManualSize GlobalSize，弹出【Global Element Sizes】对话框图4-75。在“element edge length”一栏中输入“L_ELEM” 。,13、将二维网格拓展成三维单元,图4-75 【Global Element Sizes】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuPlotCtrlsNumbering。打开线编号功能开关为on。 Utility MenuPlotLines重新绘制图形。 Main MenuPreprocessorModelingOperateExtrudeAreasAlo

16、ng Lines， 弹出【Sweep Areas along Lines】拾取对话框。单击”Pick all”，弹出第二个对话框。按顺序依次选择线8，10和9。单击”OK”，则在ANSYS的绘图窗口出现了一个三维模型。选择 Utility MenuPlotElements对图形进行重新绘制。,13、将二维网格拓展成三维单元,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuSelectComp/AssemblySelect Comp/Assembly，进入构件选取对话框如图4-78，选取默认的“BOTAREA”构件，单击”OK”。 Main MenuPreprocessorMesh

17、ingClearAreas，弹出清除面上网格窗口，单击”Pick All”。 Utility MenuSelectEverything。 Utility MenuPlotElements。,14、选择所创构件并删除二维单元,图4-78 【Select Component or Assembly】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuSelectComp/AssemblySelect Comp/Assembly，进入构件选取对话框，选取默认的“BOTAREA”构件，单击”OK”。 Utility MenuSelectEntities，进入实体选择对话框。在上部下拉

18、菜单中选择“Lines”。在第二个下拉菜单中选择“Exterior”。单击”Apply”。 继续在第一个菜单中选择“Nodes”。在第二个菜单中选择“Attached to”。确定单选按钮“Lines，all”被选中后关闭窗口。单击”OK”。,15、施加位移边界条件,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,MenuSolutionDefine LoadsApplyStructural DisplacementOn Nodes，弹出节点选取对话窗口。单击”Pick All”，弹出对话框如图4-80所示。在自由约束的滚动列表中选择“ALL DOF”。单击“OK”。 Utility MenuSelec

19、tEntities。在顶部下拉菜单中选择“Lines”。选中“Sele All”单选按钮，并单击退出。,15、施加位移边界条件,图4-80 【Apply U，ROT on Nodes】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuPlotCtrlsSymbols，进入图4-81。在边界条件符号选项中选中“All Applied BCs”按钮。在”Surface Load Symbols”下拉菜单中选择“Pressures”。在“Show pres and convect”中选择“Arrows”。单击“OK”。,16、显示边界条件,图4-81 【 Symbols】控制窗口

20、,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuSelectEntities。在顶部菜单中选择“Areas”。在第二个下拉菜单中选择“By Location”。在中间的单选按钮中选择“Y coordinates”。在最大最小值选项输入“BENDRAD，L_HANDLE”，单击“Apply”。 继续在中间的单选按钮中选择“X coordinates”。选择“Reselect”。在最大最小值选项输入“W_FLAT/2，W_FLAT”，单击“ Apply” 。 在顶部菜单中选择“Nodes”。 在第二个菜单中选择“Attached to”。在单选按钮中选择“Areas，all”。选择

21、“From Full”按钮。单击“Apply” 。 在第二个菜单中选择“By Location”。在单选按钮中选择“Y coordinates”。选择“Reselect”按钮。在最大最小值选项输入“L_HANDLE+TOL，L_HANDLE-(3.0*L_ELEM)-TOL”。单击“OK”。,17、施加表面压力,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,选择菜单Utility MenuParametersGet Scalar Data，进入标量数据表对话框如图4-82，在左部的滚动框中选择“Model Data”，在右部的滚动框中选择“For selected set”。单击“OK”，弹出【Get

22、 Data for Selected Entity Set】对话框如图4-83。,17、施加表面压力,图4-82 【Get Scalar Data】对话框,图4-83 【Get Data for Selected Entity Set】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,在定义参数名一栏中输入“minyval”，在左边的滚动框中选择“Current node set”，在右边的滚动框中选择“MinY coordinate”，单击“Apply”。选择默认设置后单击，弹出选择实体设置数据表。在定义参数名一栏中输入“maxyval”，在左边的滚动框中选择“Current node set”

23、，在右边的滚动框中选择“Max Y coordinate”，单击“OK”。,17、施加表面压力,图4-83 【Get Data for Selected Entity Set】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,选择菜单Utility MenuParametersScalar Parameters，进入变量参数定义窗口。键入“PTORQ=100/(W_HEX*(MAXYVAL-MINYVAL)”，点击 “ Accept”按钮，单击“OK”关闭窗口。,17、施加表面压力,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuSolutionDefine LoadsApply Stru

24、ctural Pressure On Nodes，打开在节点上施加压力的工具窗口，单击“Pick All”，弹出【Apply PRES on nodes】对话框如图4-84，在压力值选项中输入“PTORQ”，并单击”OK”。 Utility MenuSelectEverything。 Utility MenuPlotNodes。,17、施加表面压力,图4-84 【Apply PRES on nodes】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuSolutionLoad Step OptsWrite LS File，进入编辑加载步文件窗口，即图4-85 【Write Loa

25、d Step File】对话框，在加载步文件号中输入“1”，单击“OK”。,18、写入第一个加载步,图4-85 【Write Load Step File】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuParametersScalar Parameters，进入变量参数定义窗口，输入“PDOWN=20/(W_FLAT*(MAXYVAL-MINYVAL)”并回车，点击“Accept”按钮，单击“OK”。 Utility MenuSelectEntities，进入实体选择窗口，在顶部下拉菜单中选择“Areas”，在第二个菜单中选择“By Location”，在中间的单选按钮

26、中选择“Z coordinates”，选择“From Full”，在最大最小值选项中输入“-(L_SHANK+(W_HEX/2)”，单击“Apply”。 继续在顶部菜单中选择“Nodes”，在第二个菜单中选择“Attached to”，在单选按钮中选择“Areas,a1l”，单击“Apply” 。,19、定义垂直向下的压力,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,在第二个菜单中选择“By Location”，在单选按钮中选择“Y coordinates”，选择Reselect按钮。在最大最小值选项输入“L_HANDLE+TOL，L_HANDLE-(3.0*L_ELEM)-TOL”。单击“OK”。

27、 Main MenuSolutionLoadsApplyStructural PressureOn Nodes，弹出选取节点对话框，单击“Pick All”，进入施加压力设置窗口。在压力大小一栏中输入“PDOWN”，单击“OK”。 Utility MenuSelectEverything。 Utility MenuPlotNodes。,19、定义垂直向下的压力,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,选择菜单路径Main MenuSolutionLoad Step OptsWrite LS File，进入编辑加载步文件窗口，加载步文件号中输入“2”，单击”OK”。,20、写入第二个载荷步,ANS

28、YS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuSolutionSolveFrom LS File，进入求解载荷步文件窗口如图4-86。在开始求解文件号中输入“1”，在最终求解文件号中输入“2”，单击“OK”。 在求解结束后单击“Close”。,21、从载荷步文件中进行求解,图4-86 【求解载荷步文件】窗口,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuGeneral PostprocRead ResultsFirst Set。选择菜单Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu，进入作用结果列表窗口如图4-87。使用程序的

29、默认设置并单击“OK”关闭窗口。在程序的状态窗口中观察计算结果信息，然后关闭窗口。,22、从第一个载荷步中读出数据并观察计算结果,图4-87 作用结果列表,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Utility MenuPlotCtrlsSymbols进行符号控制，将边界条件符号显示选项设置为“None”，然后单击“OK”。 Utility MenuPlotCtrlsStyleEdge Options弹出【Edge Options】对话框如图4-88，进行边界选项控制。在单元轮廓绘制选项中选择“Edge only/All”。单击“OK”。,22、从第一个载荷步中读出数据并观察计算结果,图4-88

30、 【Edge Option】对话框,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，打开绘制变形形状窗口。选择“Def+undeformed”并单击“ OK” 。 Utility MenuPlotCtrlsSave Plot Ctrls，打开保存绘图控制窗口。在选择框中选择“pldisp.gsa”并单击“ OK” 。 Utility MenuPlotCtrlsView SettingsAngle of Rotation进行旋转角度设置，在角度一栏中输入“120”，在“Relative/absolute

31、”下拉菜单中，选择“Relative angle”，在“Axis of rotation”下拉菜单中，选择“Global Cartes Y”，单击“ OK”。,22、从第一个载荷步中读出数据并观察计算结果,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，弹出【Contour Nodal Solution】窗口如图4-89。 在左侧的滚动菜单中，选择“Stress”，在右侧的滚动菜单中选择“Stress intensity”。单击“OK”。,22、从第一个载荷步中读出数据并观察计算结果,图4-89 【Contour Nodal Solution】窗口,选择菜单Utility MenuPlotCtrlsSave PlotCtrls，在选择框 中选择“plns01.gsa”并单击“ OK”。,ANSYS 入门结构线性静力分析示例,Main MenuGeneral PostprocRead