第六章ansys的应用.ppt

1、第6章 杆梁单元及平面问题的实例,本章的主要内容,1 ANSYS 入门 2 杆梁单元在ANSYS中的应用 3 平面问题在ANSYS中的求解 4 WORKBENCH 简介,第一部分 ANSYS入门,A.启动ANSYS B.产品发射台 C.布局 D.基本交互操作 E.数据库与文件 F.输入、退出ANSYS G.在线帮助 H. 图形拾取,进入ANSYS有两种方式: 交互式和批处理 交互式方式可以灵活地使用ANSYS,检验每一步操作。 分析中常用的三个阶段 （模块） 前处理，求解，后处理 前处理和后处理最适合于交互式方式。 批处理 方式允许提交批处理文件, ANSYS 在后台运行. 主要讨论交互式方式

2、.,ANSYS入门 A.启动ANSYS,产品发射台 允许选择和启动ANSYS产品和服务. 在 Windows操作系统下, 使用: Start Programs ANSYS 12.0 Mechanical APDL Product Launcher,命令启动 在系统平台上通过键入一个命令来启动ANSYS. 例如：ANSYS12.0-b i inputname o outputname 这里不作讨论,具体可参看操作指南.,ANSYS入门 启动ANSYS,File Management标签用于指定工作目录(用户文件存放的地方)和用户选择的作业名.,ANSYS入门 产品发射台,Customizatio

3、n标签允许设置内存选项. 另外, 更多的高级选项，如Distributed Processing也在这里选择.,ANSYS入门 产品发射台,ANSYS入门 C.布局,主菜单,显示/隐藏图标,命令窗口图标,模型控制工具条,Contact Manager Icon,移动顶线可以改变工具条的尺寸,移动左边线可以改变主菜单区域的尺寸,点击并拖拉顶、底、左、右边线可以改变图形区域大小,通过Utility Menu MenuCtrls Save Menu Layout可以保存用户对界面布局的设置,用户可以设置界面布局：,ANSYS入门 布局,ANSYS入门 布局-小练习,修改图形用户界面布局并保存： 重新

4、设置图形窗口的尺寸 (确保能看到输出窗口) 重新设置主菜单的尺寸 Utility Menu MenuCtrls Save Menu Layout,显示实体模型位置，后处理轮廓和后处理图形,ANSYS入门 D.基本交互操作-图形窗口,ANSYS入门 基本交互操作-主菜单,主菜单 树形结构。 包含分析所需的主要功能。 使用滚动条可以浏览长树形结构。,滚动条,ANSYS入门 基本交互操作-主菜单,在主菜单上右键，然后选择 Preferences。,可以改变主菜单中各级颜色，过滤以及展开选项。,ANSYS入门 基本交互操作-主菜单,将鼠标停留在主菜单分指处,然后按鼠标右键,显示展开分支的所有选项,选择

5、 “Expand All”项展开所有分支内容,展开所有选项,主菜单的展开和过滤： 在主菜单上点击右键，选择Preferences ，使用右图显示的设置: (选Collapse siblings，不选Expand heading) 尝试下面的菜单路径 Main Menu Preprocessor Modeling Create Main Menu Preprocessor Modeling Delete 注意: 如何关闭和打开菜单树,ANSYS入门 基本交互操作,ANSYS入门 基本交互操作-缩写工具条菜单,缩写 -使用常用命令和功能的捷径。 只有少许预先定义好的缩写可直接使用，但用户可在缩写工

6、具条内添加自己的缩写。这需要用户了解ANSYS命令。 允许用户建立自己的“按钮菜单”体系！,平移-缩放-旋转,新分析,包含常用的工具图标。 用户可以设置工具图标内容 (如： 添加项目, 辅助工具条),打开ANSYS 文件,保存分析,ANSYS 帮助,捕捉图形,生成报告,ANSYS入门 基本交互操作-工具栏菜单图标,当使用打开ANSYS 文件图标时，工作名会被重定义: ANSYS工作名将被改为恢复的数据文件的文件名（数据文件的前缀）。,打开 ANSYS 文件,打开“blades.db” 数据文件 (使用打开 ANSYS文件图标)时，工作名将被改为“blades”.,打开ANSYS文件图标也可用于

7、打开ANSYS数据库或ANSYS命令文件类型,ANSYS入门 基本交互操作-工具栏菜单图标,关闭和展开主菜单以及缩写工具条。,用这些按钮关闭/展开菜单!,ANSYS入门 基本交互操作-小练习,隐藏的Pan/Zoom/Rotate,显现/隐藏图标可用来把任何隐藏在其它窗口之后的ANSYS建立的窗口（输出窗口除外）显现到最前面。,ANSYS入门 基本交互操作-显示/隐藏图标,允许用户输入命令。 (大多数 GUI功能 都能通过输入命令来实现. 如果用户知道这些命令,可以通过输入窗口键入。) 命令格式动态显示,单击X，命令窗口将回到输入工具条上.,单击命令窗口按钮，输入窗口将被分离出来，并且可以在屏幕

8、上移动。,ANSYS入门 基本交互操作-输入窗口,键盘上下箭头可选择不同的列表命令,重形执行命令：,ANSYS入门 基本交互操作-输入窗口,包含ANSYS运行过程中通常使用的功能，如：图形,在线帮助,选择, 文件管理等. 使用公共菜单的约定: - “”表示产生一个对话框 - “ +”表示图形拾取 -“ ”表示将产生下一个子菜单 -“ ” (空缺)表示运行一个ANSYS命令,ANSYS入门 基本交互操作-公共菜单,图形用户界面的底部显示当前单元属性设置和当前活动坐标系。,单元属性,激活坐标系,ANSYS入门 基本交互操作-当前设置,图形用户界面左下角区域向用户显示指导信息，如在拾取操作中向用户显

9、示提示信息。,用户提示信息,ANSYS入门 基本交互操作-用户提示信息,ANSYS入门 基本交互操作-选择,选择对话框 (Main Menu Preferences)允许用户过滤菜单，从而删除当前分析不需要的功能。 例如，如果用户要进行一次热分析 ，可以选择过滤其它科目，以便GUI 方式下菜单项内容精简： 在单元类型选择对话框中只显示热单元类型。 只显示热载荷，等等,其它 GUI注意事项 一些对话框中有 Apply和 OK两种按钮。 Apply 完成对话框的设置,不退出对话框 (不关闭) 。 OK完成对话框的设置, 退出对话框。 不要局限于使用菜单,如果熟悉命令,在输入窗口键入命令会更方便！

10、输出窗口不受Raise/Hidden 按钮影响。为了方便,用户可以调整图形用户界面的尺寸，所以只显示部分输出窗口，以便查看。,ANSYS入门 基本交互操作,ANSYS入门 E.数据库与文件,ANSYS 数据库包括了建模，求解，后处理所产生的保存在内存中的数据。 数据库存贮了用户输入的数据以及 ANSYS的结果数据: 输入数据 用户必须输入的信息,诸如模型尺寸,材料特性以及荷载数据。 结果数据 - ANSYS 的计算结果， 诸如位移、应力、应变和反力。,ANSYS入门 数据库与文件,存储和恢复 不时地把数据库存储在计算机的内存(RAM)是一个很好的习惯，这样可以在计算机损坏或断电的情况下重新恢复

11、数据库内的有关信息. SAVE 操作把数据库从内存拷贝到名为database file 的文件(or db file for short). 最简单的存储操作的点击Toolbar SAVE_DB 或使用: Utility Menu File Save as Jobname.db Utility Menu File Save as SAVE 命令,ANSYS入门 数据库与文件,将数据库恢复到内存，使用RESUME操作。Toolbar RESUME_DB 或使用: Utility Menu File Resume Jobname.db Utility Menu File Resume from R

12、ESUME 命令 缺省的保存和恢复的文件名为jobname.db, 当然你可以使用Save as 或 Resume from选择不同的文件名。,ANSYS入门 数据库与文件,保存和恢复应注意: 选择 “Save as” 或 “Resume from” 不改变当前工作名。 如果缺省文件名，此前已有一个同名数据库文件， ANSYS先将旧文件拷贝到 jobname.dbb 作为备份。 db 文件仅仅是文件被保存时在内存中的“快照”,ANSYS入门 数据库与文件,保存和恢复技巧: 分析过程中定期保存数据库。 ANSYS不能自动保存。 在尝试一个不熟悉的操作时（如布尔操作或剖分网格）或一个操作将导致较大

13、改变时（如删除操作），应先保存数据库。 如果不满意这次的结果，可以用恢复重做。 在求解之前应该保存数据库。,ANSYS入门 数据库与文件,清除数据库： 清除数据库允许对数据库清零，并重新开始。相当于退出ANSYS。 Utility Menu File Clear LSEL,ALL; 等.),组件 是命名后的子集合.该名称可以在对话框中或命令参数中替代实体编号或 ALL. 一组节点,或线,面,体都可以定义为组件.组件只能包含同一类实体. 组件可以被选择也可以不被选择. 选择了一个组件,就等于选择了组件中的全部实体.,组件管理器能够新建、显示、列表、选择组件和组合. Utility Menu Se

14、lect Component Manager.,ANSYS入门 图形拾取-组件,建立组件 Utility Menu Select Component Manager 单击新建组件图标 在这一步所有选择的实体都将被包括，或者你可以选择你想要的实体。 输入名称 名字可以由字符，数字或下划线组成，不能超过32个字符。 以下划线开头的组件是隐藏的组件，不能在列表中显示，最好不使用。 建议: 用字母开头定义实体类型。例如，把节点组件命名为 N_HOLES 。,ANSYS入门 图形拾取-组件,建立一个组合 加亮用来建立组合的组件。 单击新建组合按钮，然后输入不同名称。 选择组合下面临近组件的选择框，可以将

15、组件加入到组合中去。 在上面的组件管理器中, N_OUTER 和 N_INNER 在ASSM_NODES (ASM1) 组合. ASSM_NODES 在 ASSM_2 (ASM2)组合.,ANSYS入门 图形拾取-组件,ANSYS入门 图形拾取-练习,打开 ANSYS 单击 RESUME FROM 恢复数据库文件 block.db 用3-D 图形驱动激活动态旋转模型: 注意显示在图形窗口右侧底部的控制工具栏 单击底部最大的图标打开动态模型方式 仅用鼠标动态旋转模型 (记住, 鼠标左键 = pan, 中间键 = zoom/spin, 右键 = rotate) 用以下菜单绘制不同的实体 Utili

16、ty Menu Plot Areas Lines Nodes,5.用逻辑选择选出 x = 0 的所有节点 Utility Menu Select Entities 把选择方式改为通过位置选择节点 单击X coordinates 按钮 输入数值 0 ，然后按OK 6.绘图并列出所选的节点 Utility Menu Plot Nodes Utility Menu List Nodes 这里应该选了16个节点,ANSYS入门 图形拾取-练习,创建一个名为N_X0Nodes 的组件，该组件包括上面所选的16个节点 Utility Menu Select Component Manager Click

17、on the Create Component Icon Select the node button and enter the name,ANSYS入门 图形拾取-练习,8.选择X= 1 的所有节点，然后创建一个名为N_X1nodes的组件 The Component Manager can be left open while selecting nodes,ANSYS入门 图形拾取-练习,9. 创建一个名为 ASSEMBLY_Nodes的组装，组合N_X0Nodes 和N_X1Nodes 组件 Highlight N_X0Nodes and N_X1Nodes and click on

18、 the Create Assembly Icon 10. 绘制组件并组装 Highlight the N_X0Nodes component and click on the Display Component/Assembly Icon Do the same for N_X1Nodes and ASSEMBLY_Nodes,ANSYS入门 图形拾取-练习,拾取: Utility Menu File Clear 列代表单元项目数据,作用,1、访问无法访问的数据,2、数据运算的数据源,如何定义单元表？,ANSYS Main Menu: General Postproc Element Tab

19、leDefine Table Add,单元表-可通过成分名识别和序号识别,单元帮助,有冒号的用成分识别（冒号前是项目Item，冒号后是成分Comp),没有冒号的可利用序号识别,By sequence num,单元帮助中O(.OUT)该项目在打印输出文件可否使用,单元帮助中R(.R*)该项目在结果文件可否使用,R栏可用才能用单元表获得,单元表操作,ANSYS Main Menu: General Postproc Element TableList Elem Table,列出单元表数据,绘制单元表数据,ANSYS Main Menu: General Postproc Element Table

20、Plot Elem Table,ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Elem Table,ANSYS Main Menu: General Postproc List Results Elem Table Data,删除单元表,ANSYS Main Menu: General Postproc Element TableErase Table,BEAM3 1、可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。 2、二维弹性等截面对称梁，一般不考虑剪切。,3.2 梁单元,BEAM4 1、是

21、一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移。 2、三维弹性等截面对称梁，一般不考虑剪切。,BEAM188/189,1、可定义梁的截面形状，支持多材料横截面的定义。 2、支持大多数非线性。 3、包括横向剪切变形 4、BEAM188（3维2节点）/ BEAM189 （3维3节点） ，6-7个自由度。第7个自由度是翘曲量。,BEAM188/189 分别有线性和二次响应, 因此需要细化网格。,3.2.1、ANSYS求解梁问题实例,梁截面为方形,边长为0.1m，AC=CB=10m，均布载荷4kN/m，如图所示，材料

22、的弹性模量210GPa，泊松比0.3，分析梁的受力和绘出内力图。,1、初步分析,2、分析类型,静力分析,3、问题描述,一维梁问题,4、ANSYS单位,m N Pa,5、单元,BEAM3：2节点（每个节点3个自由度）,6、材料,弹性模量和泊松比,7、实常数,面积、惯性矩、截面高度,1 进入ANSYS 程序 ANSYSED 9.0 ANSYS Product Launcher change the working directory into yours input Initial jobname: beam Run 2 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences se

23、lect Structural OK 3 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK,4 选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Beam 2D elastic3 OK (back to Element Types window) Close (the Elemen

24、t Type window),5 定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add select Type 1 OKinput AREA:0.01 ;IZZ:0.0001/12;HEIGHT:0.1OK Close (the Real Constants Window),6生成几何模型 生成关键点 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入两个点的坐标：input:1(0,0),2(20,0)OK 生成梁 ANSYS Main Me

25、nu: Preprocessor Modeling Create Lines lines Straight lines 依次连接两个关键点，1(0,0), 2(20,0) OK,7、划分单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool ,(Size Controls) Global: Set input NDIV:20 OK,Mesh: lines, Mesh Pick All (in Picking Menu) Close( the Mesh Tool window),显示梁体 ANSYS命令菜单栏：PlotCtrls Style Size

26、 and Style /ESHAPE On OK,8 模型施加约束 给节点1施加x和y方向的约束 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 节点1 OK select Lab2:UX和UY OK 给节点2施加y方向的约束 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 节点2 OK select Lab2:UY OK 给节点12施加y方向的约束 ANSYS Main Menu

27、: ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 节点12 OK select Lab2:UY OK 给梁施加均布载荷 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams Pick All LKEY,VALI:4000 OK 9 分析计算 ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load

28、 Step window) OK,给节点1施加x和y方向的约束,给梁施加载荷,10、约束力 ANSYS Main Menu: General Postproc list Results reaction solu select All items OK,11、结构的变形图 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK,12、挠度 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal So

29、lu select: DOF solution, Y-Component of displacement OK,13 单元表的制作,ANSYS Main Menu: General Postproc Element TableDefine Table Add 在User label for item 输入im，在Results data item 选择By sequence num 并输入“smisc,6” Apply 在User label for item 输入jm，在Results data item 选择By sequence num 并输入“smisc,12” Apply 在User

30、 label for item 输入is，在Results data item 选择By sequence num 并输入“smisc,2” Apply 在User label for item 输入js，在Results data item 选择By sequence num 并输入“smisc,8” OK 单击CLOSE关闭对话框 ANSYS Main Menu: General Postproc Element TableList Elem Table 弹出对话框选择imOK（列表显示出im的内容）同理可得其余表的内容。,ANSYS Main Menu: General Postproc

31、 Plot Results Contour Plot Line Elem Resselect: LabI(is)； LabJ(js) OK(绘出剪力分布图）,ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Line Elem Resselect: LabI(im)； LabJ(jm) OK(绘出弯矩分布图）,ansys梁单元小结,1.ansys中的梁单元主要基于两种基本的梁理论：Timoshenko(shear-deformable) and Euler-Bernoulli theory,Euler-Bernoulli b

32、eam没有考虑剪切变形（Transverse shear），对 thin beams，剪切变形可以忽略,适合Euler-Bernoulli beams,2.Timoshenko(shear-deformable) 可考虑自由扭转或约束扭转 可考虑plasticity and creep 可用与有限应变（Finite strain),ANSYS求解平面问题实例,厚度t=50.8mm，长度l=1270mm，截面高度线性变化的悬臂梁，截面高度从d变化到3d(d=76.2mm)，在自由端的集中力F=17.793KN，弹性模量207GPa，泊松比为零。分别利用PLANE42和PLANE82计算梁中部和固

33、定端位置的最大弯曲应力。,悬臂梁中部（x=l),悬臂梁固定端处（x=1.5l),1、分析类型,静力分析,2、问题描述,平面应力,3、初步分析,1)上页梁理论应力值。上边受拉下边受压。,2)最大位移发生在自由端。可计算。,4、ANSYS单位,mm N MPa,5、单元,PLANE42：节点四边形（每个节点个自由度）,PLANE82：8节点四边形（每个节点个自由度）,6、材料,弹性模量和泊松比,7、实常数,厚度,Start Programs ANSYS 9.0ANSYS Product Laucher,ANSYS Main Menu: Preferences select Structural O

34、K,、过滤菜单,ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入4个点的坐标：input:1(635,0)Apply 2(1905,0)Apply 3(635,-76.2) Apply 4(1905,-228.6) OK,2、实体建模,建4个关键点,ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPs 依次拾取4个点OK,2、实体建模,由4个关键点组成面,3、划分网格,1）定义单元类型,ANSYS Mai

35、n Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 4node 42 OK (back to Element Types window) Options selelt K3: Plane Strsw/thk Close (the Element Type window),3、划分网格,1）定义单元类型,3、划分网格,2）定义实常数（厚度）,ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add select Type 1 OKinput THK:50.8 OK C

36、lose (the Real Constants Window),3、划分网格,3）定义材料（弹性模量，泊松比）,ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.07e5, PRXY:0 OK,3、划分网格,4）指定单元属性,ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool Element Attributes select Global Set OK,3、划分网格,5）网格密度设置

37、,Mesh Tool Size Controls select Lines Set 拾取长边的两条线OK input NDIV:6 Apply 拾取短边的两条线OK input NDIV:1 OK,3、划分网格,6）划分网格,Mesh Tool Mesh : select Areas Shape:QuadFree Mesh Pick All Close( the Mesh Tool window),3、划分网格,7）显示单元与节点编号,Utility Menu：PlotctrlsNumbering 选项NODE Node numbers为On 在Elem/Attrib numbering选择E

38、lement numbers OK 显示元素： Utility Menu：Plotemements,3、划分网格,7）显示单元与节点编号,4、求解,1）施加位移边界条件与加载,给节点2、8施加x和y方向的约束（即约束右边） ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 拾取节点2、8 OK select Lab2:ALL OFF OK 给节点1施加y方向载荷 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Mo

39、ment On Nodes 拾取节点1OK Lab: FY, Value: -17793OK,4、求解,2） 定义分析类型并求解,Preprocessor Solution Analysis Type New Analysis,ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load Step window) OK,ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK,5、后处理,1） 结构的变形图,5、后处理,2） 图示X方向的应力,ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solution 选择Stress X-Component of stress OK,5、后处理,3） 查询中部最大应力和固定端最大应力,ANSYS Main Menu: General Postproc Query Results Subgrid Solu 选择Stress X-Component of stress OK 拾取节点2和节点5 OK,PLA