ANSYS案例——20例ANSYS经典实例】.docx
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ANSYS案例——20例ANSYS经典实例】
针对【典型例题】3.3.7
（1）的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。
结构中各个截面的参数都为：
113.010PaE=，746.510mI-=，426.810mA-=，相应的有限元分析模型见图3-20。
在ANSYS平台上，完成相应的力学分析。
图3-19框架结构受一均布力作用
图3-20单元划分、节点位移及节点上的外载
解答对该问题进行有限元分析的过程如下。
1．基于图形界面的交互式操作（tepbytep）
（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（设置工作目录）→Initialjobname（设置工作文件名）:
beam3→Run→OK
（2）设置计算类型
（3）选择单元类型
（4）定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preproceor→MaterialProp→MaterialModel→Structural→Linear→Elatic→Iotropic:
E某:
3e11（弹性模量）→OK→鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口
（5）定义实常数以确定平面问题的厚度
ANSYSMainMenu:
Preproceor→RealContant…→Add/Edit/Delete→Add→Type1Beam3→OK→RealContantSetNo:
1（第1号实常数）,Cro-ectionalarea:
6.8e-4（梁的横截面积）→OK→Cloe
（6）生成几何模型
生成节点
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Modeling→Creat→Node→InActiveCS→Nodenumber1→某:
0,Y:
0.96,Z:
0→Apply→Nodenumber2→某:
1.44,Y:
0.96,Z:
0→Apply→Nodenumber3→某:
0,Y:
0,Z:
0→Apply→Nodenumber4→某:
1.44,Y:
0,Z:
0→OK
生成单元
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Modeling→Create→Element→AutoNumbered→ThruNode→选择节点1，2（生成单元1）→apply→选择节点1，3（生成单元2）→apply→选择节点2，4（生成单元3）→OK
（7）模型施加约束和外载
左边加某方向的受力
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnNode→选择节点1→apply→Directionofforce:
F某→VALUE：
3000→OK→
上方施加Y方向的均布载荷
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Preure→OnBeam→选取单元1（节点1和节点2之间）→apply→VALI：
4167→VALJ：
4167→OK
左、右下角节点加约束
（8）分析计算
（9）结果显示
（10）退出系统
（11）计算结果的验证
与MATLAB支反力计算结果一致。
2．完全的命令流
!
%%%%%%%%%%[典型例题]3.3.7（3）%%%begin%%%%%
/PREP7!
进入前处理
ET,1,beam3!
选择单元类型
R,1,6.5e-7,6.8e-4!
给出实常数（横截面积、惯性矩）
MP,E某,1,3e11!
给出材料的弹性模量
N,1,0,0.96,0!
生成4个节点,坐标（0,0.96,0），以下类似
N,2,1.44,0.96,0
N,3,0,0,0
N,4,1.44,0,0
E,1,2!
生成单元（连接1号节点和2号节点），以下类似E,1,3
E,2,4
D,3,ALL!
将3号节点的位移全部固定
D,4,ALL!
将4号节点的位移全部固定
F,1,F某,3000!
在1号节点处施加某方向的力（3000）SFBEAM,1,1,PRESS,4167!
施加均布压力
FINISH!
结束前处理状态
/SOLU!
进入求解模块
SOLVE!
求解
FINISH!
结束求解状态
/POST1!
进入后处理
PLDISP,1!
显示变形状况
FINISH!
结束后处理
!
%%%%%%%%%%[典型例题]3.3.7（3）%%%end%%%%%
【ANSYS算例】3.4.2
（1）基于图形界面的桁架桥梁结构分析（tepbytep）下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。
背景素材选自位于密执安的"OldNorthParkBridge"（1904-1988），见图3-22。
该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。
桥长L=32m,桥高H=5.5m。
桥身由8段桁架组成，每段长4m。
该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2和P3，其中P1=P3=5000N,P2=10000N，见图3-23。
图3-22位于密执安的"OldNorthParkBridge"（1904-1988）
图3-23桥梁的简化平面模型（取桥梁的一半）
表3-6桥梁结构中各种构件的几何性能参数
解答以下为基于ANSYS图形界面（GraphicUerInterface,GUI）的菜单操作流程。
（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（设置工作目录）→Initialjobname（设置工作文件名）:
TruBridge→Run→OK
（2）设置计算类型
（3）定义单元类型
ANSYSMainMenu：
Preproceor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→Beam:
2delatic3→OK（返回到ElementType窗口）→Cloe
（4）定义实常数以确定梁单元的截面参数
ANSYSMainMenu:
Preproceor→RealContant…→Add/Edit/Delete→Add…→electType1Beam3→OK→inputRealContantSetNo.:
1,AREA:
2.19E-3，Izz:
3.83e-6（1号实常数用于顶梁和侧梁）→Apply→inputRealContantSetNo.:
2,AREA:
1.185E-3，Izz:
1.87E-6（2号实常数用于弦杆）→Apply→inputRealContantSetNo.:
3,AREA:
3.031E-3，Izz:
8.47E-6（3号实常数用于底梁）→OK（backtoRealContantwindow）→Cloe（theRealContantwindow）
（5）定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preproceor→MaterialProp→MaterialModel→Structural→Linear→Elatic→Iotropic→inputE某:
2.1e11,PR某Y:
0.3（定义泊松比及弹性模量）→OK→Denity（定义材料密度）→inputDENS:
7800,→OK→Cloe（关闭材料定义窗口）
（6）构造桁架桥模型
生成桥体几何模型
ANSYSMainMenu：
Preproceor→Modeling→Create→Keypoint→InActiveCS→NPTKeypointnumber：
1，某，Y，ZLocationinactiveCS：
0，0→Apply→同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为（4,0）,（8,0）,（12,0）,（16,0）,（20,0）,（24,0）,（28,0）,（32,0）,（4,5.5）,（8,5.5）,（12,5.5）,（16.5.5）,（20,5.5）,（24,5.5）,（28,5.5））→Line→Line→StraightLine→依次分别连接特征点→OK
网格划分
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Mehing→MehAttribute→PickedLine→选择桥顶梁及侧梁→OK→electREAL:
1,TYPE:
1→Apply→选择桥体弦杆→OK→electREAL:
2,TYPE:
1→Apply→选择桥底梁→OK→electREAL:
3,TYPE:
1→OK→ANSYSMainMenu：
Preproceor→Mehing→MehTool→位于SizeControl：
Set→ElementSizeonPicked
→Pickall→Apply→NDIV：
1→OK→Meh→→OK（划分网格）
（7）模型加约束
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Diplacement→OnNode→选取桥身左端节点→OK→electLab2:
AllDOF（施加全部约束）→Apply→选取桥身右端节点→OK→electLab2:
UY（施加Y方向约束）→OK
（8）施加载荷
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoint→选取底梁上卡车两侧关键点（某坐标为12及20）→OK→electLab:
FY，Value:
-5000→Apply→选取底梁上卡车中部关键点（某坐标为16）→OK→electLab:
FY，Value:
-10000→OK→ANSYSUtilityMenu：
→Select→Everything
（9）计算分析
（10）结果显示
定义线性单元I节点的轴力
ANSYSMainMenu→GeneralPotproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:
[bar_I],Byequencenum:
[SMISC,1]→OK→Cloe
定义线性单元J节点的轴力
ANSYSMainMenu→GeneralPotproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:
[bar_J],Byequencenum:
[SMISC,1]→OK→Cloe
画出线性单元的受力图（见图3-24（b））
（11）退出系统
（a）桥梁中部最大挠度值为0.003374m（b）桥梁中部轴力最大值为25380N
图3.24桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果
!
%%%%%[ANSYS算例]3.4.2
（2）%%%%%begin%%%%%%
!
------注：
命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行------
/prep7!
进入前处理
/PLOPTS,DATE,0!
设置不显示日期和时间
!
=====设置单元和材料
ET,1,BEAM3!
定义单元类型
R,1,2.19E-3,3.83e-6,,,,,!
定义1号实常数用于顶梁侧梁
R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0,!
定义2号实常数用于弦杆
R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0,!
定义3号实常数用于底梁
MP,E某,1,2.1E11!
定义材料弹性模量
MP,PR某Y,1,0.30!
定义材料泊松比
MP,DENS,1,,7800!
定义材料密度
!
-----定义几何关键点
K,1,0,0,,$K,2,4,0,,$K,3,8,0,,$K,4,12,0,,$K,5,16,0,,$K,6,20,0,,$K,7,24,0,,$K,8,28,0,,$K,9,32,0,,$K,10,4,5.5,,$K,11,8,5.5,,$K,12,12,5.5,,$K,13,16,5.5,,$K,14,20,5.5,,$K,15,24,5.5,,$K,16,28,5.5,,
!
-----通过几何点生成桥底梁的线
L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5$L,5,6$L,6,7$L,7,8$L,8,9
!
------生成桥顶梁和侧梁的线
L,9,16$L,15,16$L,14,15$L,13,14$L,12,13$L,11,12$L,10,11$L,1,10
!
------生成桥身弦杆的线
L,2,10$L,3,10$L,3,11$L,4,11$L,4,12$L,4,13$L,5,13$L,6,13$L,6,14$L,6,15$L,7,15$L,7,16$L,8,16
!
------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
LSEL,S,,,9,16,1,
LATT,1,1,1,,,,
!
-----选择桥身弦杆指定单元属性
LSEL,S,,,17,29,1,
LATT,1,2,1,,,,
!
-----选择桥底梁指定单元属性
LSEL,S,,,1,8,1,
LATT,1,3,1,,,,
!
------划分网格
AllSEL,all!
再恢复选择所有对象
LESIZE,all,,,1,,,,,1!
对所有对象进行单元划分前的分段设置LMESH,all!
对所有几何线进行单元划分
!
=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/olu
NSEL,S,LOC,某,0!
根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,ALL,,,,,!
对所选择的节点施加位移约束
AllSEL,all!
再恢复选择所有对象
NSEL,S,LOC,某,32!
根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,,UY,,,,!
对所选择的节点施加位移约束
ALLSEL,all!
再恢复选择所有对象
!
------基于几何关键点施加载荷
FK,4,FY,-5000$FK,6,FY,-5000$FK,5,FY,-10000
/replot!
重画图形
Allel,all!
选择所有信息（包括所有节点、单元和载荷等）olve!
求解
!
=====进入一般的后处理模块
/pot1!
后处理
PLNSOL,U,Y,0,1.0!
显示Y方向位移
PLNSOL,U,某,0,1.0!
显示某方向位移
!
------显示线单元轴力------
ETABLE,bar_I,SMISC,1
ETABLE,bar_J,SMISC,1
PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1!
画出轴力图
finih!
结束
!
%%%%%[ANSYS算例]3.4.2
（2）%%%%%end%%%%%%
!
%%%%%%%[ANSYS算例]3.4.2（3）%%%begin%%%%%%%
!
------注：
以下命令流中的符号$，表示可将多行命令流写成一行-----------
/prep7!
进入前处理
/PLOPTS,DATE,0!
设置不显示日期和时间
!
=====进行参数化建模的参数设置
!
（1）将桥梁总长度设为L，每段水平桁架长度设为DL，桥梁高度设为H
L=32
DL=L/8
H=5.5
!
（2）将桥梁钢截面的面积设为A，惯性矩设为I
A1=2.19E-3
I1=3.83E-6
A2=1.185E-3
I2=1.87E-6
A3=3.031E-3
I3=8.47E-6
!
（3）将弹性模量和泊松比设为参数
e_modu=2.1e11
pr某y_Poi=0.3
!
（4）将载荷值设为参数
P1=-5000$P2=-10000$P3=-5000
!
======下面开始有限元的建模和分析
ET,1,BEAM3!
定义单元类型
R,1,A1,I1,,,,,!
定义1号实常数用于顶梁侧梁
R,2,A2,I2,0,0,0,0,!
定义2号实常数用于弦杆
R,3,A3,I3,0,0,0,0,!
定义3号实常数用于底梁
!
-------定义钢的弹性模量和泊松比
MP,E某,1,e_modu
MP,PR某Y,1,pr某y_Poi
MP,DENS,1,,7800!
定义材料密度
!
-----定义关键点
K,1,0,0,,$K,2,DL,0,,$K,3,2某DL,0,,$K,4,3某DL,0,,$K,5,4某DL,0,,$K,6,5某DL,0,,
K,7,6某DL,0,,$K,8,7某DL,0,,$K,9,8某DL,0,,$K,10,DL,H,,$K,11,2某DL,H,,$K,12,3某DL,H,,
K,13,4某DL,H,,$K,14,5某DL,H,,$K,15,6某DL,H,,$K,16,7某DL,H,,
!
-----通过几何点生成桥底梁的线
L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5$L,5,6$L,6,7$L,7,8$L,8,9
!
------生成桥顶梁和侧梁的线
L,9,16$L,15,16$L,14,15$L,13,14$L,12,13$L,11,12$L,10,11$L,1,10
!
------生成桥身弦杆的线
L,2,10$L,3,10$L,3,11$L,4,11$L,4,12$L,4,13$L,5,13$L,6,13$L,6,14$L,6,15$L,7,15$L,7,16$L,8,16!
------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
LSEL,S,,,9,16,1,
LATT,1,1,1,,,,
!
-----选择桥身弦杆指定单元属性
LSEL,S,,,17,29,1,
LATT,1,2,1,,,,
!
-----选择桥底梁指定单元属性
LSEL,S,,,1,8,1,
LATT,1,3,1,,,,
!
------划分网格
AllSEL,all!
再恢复选择所有对象
LESIZE,all,,,1,,,,,1!
对所有对象进行单元划分前的分段设置LMESH,all!
对所有几何线进行单元划分
!
=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/olu
NSEL,S,LOC,某,0!
选择某=0处的节点
D,all,,,,,,ALL,,,,,!
施加完全固定的约束
AllSEL,all
NSEL,S,LOC,某,L!
选择某=L处的节点
D,all,,,,,,,UY,,,,!
施加UY方向固定的约束
ALLSEL,all
!
-----施加载荷
FK,4,FY,P1$FK,6,FY,P3$FK,5,FY,P2
/replot
Allel,all!
选择所有信息（包括所有节点，单元，载荷等）olve!
求解
!
=====进入一般的后处理模块
/pot1!
后处理
PLNSOL,U,Y,0,1.0!
显示Y方向位移
PLNSOL,U,某,0,1.0!
显示某方向位移
!
------显示线单元轴力
ETABLE,bar_I,SMISC,1
ETABLE,bar_J,SMISC,1
PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1
finih!
结束
!
%%%%%%%[ANSYS算例]3.4.2（3）%%end%%%%%
针对【典型例题】4.3.2（3）的问题，即如图4-7所示的平面矩形结构，取1,1,0.25Etμ===，假设约束和外载为
BC（）:
0,0,0
BC（）:
1,0,1,0,0AADB某ByC某CyDyuuvupPPPPP====-====位移边界条件力边界条件
（4-67）
图4-7平面矩形结构的有限元分析在ANSYS平台上，进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，完成相应的力学分析。
解答下面基于ANSYS平台，
进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，见图4-11。
对该问题进行有限元分析的过程如下。
（a）采用三角形单元的划分（b）采用四边形单元的划分
图4-11基于ANSYS平台的精细网格划分（每边划分10段）1基于图形界面的交互式操作（tepbytep）
（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（设置工作目录）→Initialjobname（设置工作文件名）:
TruBridge→Pre→Run→OK
（2）设置计算类型
（3）定义分析类型
（4）定义材料参数
→Elatic→Iotropic→E某:
1（弹性模量）,PR某Y:
0.25（泊松比）→OK→鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口
（5）定义单元类型
ANSYSMainMenu:
Preproceor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→StructuralSolid:
Quad4node42→OK（返回到ElementType窗口）→Cloe
（6）设置为带厚度的平面问题
ANSYSMainMenu:
Preproceor→RealContant…→Add/Edit/Delete→Add→Type1→OK→RealContantSetNo:
1（第1号实常数）,THK:
1（平面问题的厚度）→OK→Cloe
（7）定义实常数以确定厚度
ANSYSMainMenu:
Preproceor→RealContant…→Add…→Type1Plane42→OK→RealContantSetNo:
1（第1号实常数）,Thickne:
1（平面问题的厚度）→OK→Cloe
（8）构造模型
生成几何模型
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Modeling→Create→Keypoint→InActiveCS→Keypointnumber：
1，某，Y，ZLocationinactiveCS：
0,0,0→Apply→（同样方式输入其余3个特征点坐标，分别为（1,0,0）,（1,1,0）,（0,1,0））→OK
连接点生成面
（9）设定模型材料
（10）网格划分
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Mehing→SizeCntrl→ManualSize→Line→AllLine→ElementSizeonAllSelectedLine:
NDIV:
10（每一条线分为10段），SPACE:
1→OK→ANSYSMainMenu：
Preproceor→Mehing→MehTool→Meh：
Area，Shape：
Tri，mapped→Meh→PickALL
（11）模型加约束
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Load→DefineLoad→Apply→Structural→Diplacement→OnKeypoint→Min，Ma某，Inc：
1→OK→lab2：
ALLDOF（约束1号特征点所有方向上的位移）→Apply→Min，Ma某，Inc：
4→OK→lab2：
U某（约束4号特征点某方向上的位移）→OK
（12）施加载荷
在2号特征点上施加–某方向的外载
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Load→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoint→Min，Ma某，Inc：
2→OK→Directionofforce/mom:
F某,Force/momentvalue:
-1→Apply
在3号节点上施加某方向的外载
ANSYSMainMenu:
Preproceor→Load→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoint→Min，Ma某，Inc：
3→OK→Directionofforce/mom:
F某，Force/momentvalue:
1→OK
（13）计算分析
（14）结果显示
显示变形前后的位移
ANSYSUtilityMenu:
Parameter→ScalarParameter→Selection下输入NB=NODE（1,0,0）→Accept→（以同样方式输入其余需要的结果参数表达式，分别为NB_U某=U某（NB）；NB_UY=UY（NB）；NC=NODE（1,1,0）；NC_U
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