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ansys上机报告
《计算机辅助工程分析技术》上机报告
专业：
机械工程及自动化
姓名：
学号：
专业模块：
机械设计
昆明理工大学机电工程学院
序言…………………………………………………………………………………2
第一部分：
ANSYS软件的相关操作的学习………………………………………3
第二部分：
三维模型的建立…………………………………………………………3
模型1：
桁架模型…………………………………………………………………8
模型分析与建模过程………………………………………………………………9
相关问题…………………………………………………………………9
模型2：
带三个圆孔的钢板模型…………………………………………………10
模型分析与建模过程…………………………………………………10
相关问题…………………………………………………13
模型3：
轴承支座模型……………………………………13
模型分析与建模过程…………………………………………………13
相关问题…………………………………………………14
模型4：
二维杆件受力模型…………………………………………………16
模型分析与建模过程…………………………………………………17
相关问题…………………………………………………17
模型5：
薄板受力模型…………………………………………………20
模型分析与建模过程…………………………………………………20
相关问题…………………………………………………23
序言
当前，有限元分析法在工程中应用相当广泛。
将计算辅助工程分析融入产品设计的整个过程，尤其是设计阶段，是提升产品性能，加快产品研发过程的有效手段
Ansys具有为强大的网格处理能力有限元法求解问题的基本过程主要包括：
分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部分。
由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高。
对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。
自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成型等大应变分析的必要条件。
关注有限元理论的发展，采用最先进的算法技术，扩充软件的性能，提高软件性能以满足用户不断增长的需求，是其产品持续占有市场，求得生存和发展的根本之道。
第一部分：
ANSYS软件的相关操作的学习
1.弹性力学
这一部分主要学习原理理论性的内容，弹性力学也称弹性理论，主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。
在研究对象上，弹性力学同材料力学和结构力学之间有一定的分工。
材料力学基本上只研究杆状构件；结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构，即所谓杆件系统；而弹性力学研究包括杆状构件在内的各种形状的弹性体。
2.Ansys的应用
这一部分主要针对Ansys的应用基本操作学习。
具体的内容体现在后面建模内容以及所遇到和结局的问题之中。
第二部分：
三维模型建立以及相关问题
第一次接触ansys,安装时都遇到了好多问题,两次安装后,终于成功。
但是在使用中更多新的问题也迎面而来。
下面就这几次上机作一个报告。
模型1：
桁架模型
模型分析与建模过程
首先，对桁架结构进行分析，选择使用创点——画线构建其形状，具体如下图：
图1.1.1创点
图1.1.2画线
其次，定义有限元模型，再根据其尺寸设定实常数，并且根据要求定义其材料特性（主要包括弹性模量和泊松比）。
具体步骤如下图：
图1.1.3定义有限元模型
图1.1.4确定实常数
图1.1.5定义材料特性
最后，对桁架进行网格划分，然后对其施加约束和力，如下图：
图1.1.6网格划分
图1.1.7施加约束
图1.1.8施加载荷
图1.1.9模型
至此，桁架建模完成，由于这是第一次使用用ansys建立的第一个模型，因此截图比较详细。
虽然建模完成了，但是有更多的问题出现，就我第一个模型中所有的几个问题列举如下：
1.什么是有限元模型？
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
2.材料特性中的泊松比是什么？
材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值。
3.划分网格的作用是什么？
简单的说，网格划分可以理解成把一个复杂的实体模型分成若干简单的模型，而这些简单的个体之间又相互联系，相互约束，构成整个结构。
求解这些简单的结构，就能得到整体的变化趋势，网格越细致整齐，结果就越精确，网格粗糙，结果就会有较大误差，如果出现奇异网格（比如长宽比很大的矩形，顶角很大的三角形）则会导致求解不收敛、甚至错误。
4.Ansys单元有那些？
Ansys单元一般包括单元名称、节点、自由度、材料特性、实常数、关键选项、体积载荷等。
模型2：
带三个圆孔的钢板模型
带三个圆孔的钢板模型：
板厚20mm，板的材料参数为：
E=200GPa，泊松比为0.25；大圆孔半径为30mm，倒圆角半径为50mm；两个小圆孔半径为10mm，倒圆角半径为20mm；大圆与小圆之间的距离为80mm，两个小圆孔间的距离为60mm。
模型分析与建模过程
分析此模型，选择构建区域，在此区域上建立圆域，并将其剪切形成圆孔来建立此模型。
对其材料特性、实常数和有限元模型设定与第一个模型类似。
具体如下图所示：
图1.2.1画直角区域
图1.2.2拼接两个区域
图1.2.3剪掉所选区域
图1.2.4删除直角
图1.2.5模型
在建立此模型中较第一个模型中问题较少。
1.绘制直角区域有几种方法？
绘制直角区域时，可以选用两角绘制、中心点及角绘制以及尺寸规模三种方法。
我在建立此模型时根据具体模型结构选用的事第三种。
2.此模型中绘制圆域个选用哪种方式比较方便？
在此模型中有一半圆、一对对称的小圆和一个大圆。
对于其中的半圆，因其实从90到-90度范围，选取尺寸规模比较方便；而对于三个小圆圆心坐标围在原点，选用solidcircle方式绘制较为方便。
3.建立圆孔时需要注意哪些细节？
建立圆孔时，注意所选区域哪个是被截面，哪个是截面。
4.为何绘制倒圆是用的是delete，而不是subjact？
因为，在绘制倒圆时，首先是将直角从次区域上分割开来，因此它已经不属于整体区域，所以应该删除，而不是剪掉。
模型3：
轴承支座模型
模型分析与建模过程
观察此轴承支座模型，立体的模型与平面模型建立过程类似，此模型关于yoz面对称，因此整体建立选择镜像原则，然后再根据其尺寸、整体结构选择合理的坐标进行建立。
具体步骤如下：
图1.3.1选取初始坐标、直角立体及圆柱的建立
图1.3.2相对坐标的建立
图1.3.3圆柱孔及立体倒圆面的建立
图1.3.4相对坐标选取及坐标旋转
图1.3.5镜像以及实体拼接
从二维过渡到三维，此模型较以上两个难，因此在建模过程中遇到的问题也不少，但是建模过程中只要细心，多做几次还是很快就会熟练的。
具体的问题有以下几点：
1.建立此三维模型的过程中为什么要进行相对坐标转换？
对于一个三维立体模型，其中牵涉的图形比较多，而且对于直角体和圆柱体的绘制中使用的坐标有所区别，因此，若不使用相对坐标，会对建模过程带来不必要的计算麻烦，影响建模的速度与质量。
2.建此模型的过程中，所使用的分割前一个有和区别？
对于一个平面模型，它所使用的分割是以线将一个区域进行分割，而在三维立体模型中，是以面将体进行分割。
3.建模过程中为什么要使用坐标旋转？
Ansys中，z轴表示的圆柱的深度，根据模型所选择的初始坐标，z轴与底座上的两个小圆柱孔深明显不在一个方向，通过旋转坐标可以解决这个问题。
模型4：
二维杆件受力模型
在进一步熟悉和学习ANSYS相关操作和命令以及完成第一次上机报告过程中遇到的问题和解决方法，根据自己的实际情况，选择4~6个问题详细展开阐述；
例子1：
在两个相距a＝10m的刚性面之间，有两根等截面杆铰接在2号点，杆件与水平面的夹角＝30，在铰链处有一向下的集中力F=1000N，杆件材料的弹性模量E=2.1×1011Pa，泊松比＝0.3，A=10cm2，试利用二维杆单元LINK1确定两根杆件内力和集中力位置处的位移。
模型分析与建模过程
首先分析此模型，属于杆件结构，与第一个建模过程类似，具体步骤如下图：
图2.1.1选钢杆有限元模型
图2.1.2绘制120°夹角线
图2.1.3约束与力
图2.1.3结果
此模型在结构上并不复杂，但是初次对一个模型分析，却也是碰见了很大的难题。
1.如何绘制夹角120°的两杆？
这是在之前模型建立中尚未遇到的问题，两线相交点是求不出来的，因此，使用atangletoline这个菜单来按角度绘制。
2.分析结果中为何左右两钢杆会出现向上弯曲的错误结果？
在进行了多次建模与分析后终于知道，对于钢杆是不能划分网格的，因此在后面建模中划分网格选取节点数为1纠正了这个错误。
模型5：
薄板受力模型
例子2：
长度为a＝2m，宽度b＝1m的薄板，板的厚度t＝0.005，如图所示，一边固定，其对边自由，板的材料的弹性模量为E=2.06×1011Pa，泊松比＝0.3，在其自由边承受均布载荷q＝1000N/m，试用壳单元Shell63计算薄板的变形和应力。
模型分析与建模过程
分析此模型，属于薄板类型，因此有限元模型选取shell即壳体类，其建模过程与第二个类似。
具体过程如下图：
图2.2.1创建区域并划分网格
图2.2.2约束与载荷
图2.2.3分析结果
此模型建立比较简单，针对这最后一个模型与前几个却是有几个问题萦绕着我。
1.有限元分析中网格如何划分划分才能使得结果精确？
网格的好坏主要从以下几个方面评价：
（1）网格是否是外凸的。
（2）网格的过渡是否均匀。
（3）三角形网格的内角是否在30--120度之间。
（4）四边形网格是否畸变过度：
内角小于30度或是大于120度
（5）相邻网格是否有共同节点，约束是否足够，防止产生缸体位移。
（6）四边形网格个的长短边之比是否合理。
2.有限元分析原理是什么？
查阅相关资料了解了有限元分析原理。
有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域的满足条件，从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而提被出，则是最近的事。
有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。
经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
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