材料力学ANSYS100操作例题.docx
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材料力学ANSYS100操作例题
材料力学期中测验
--杆件受力的有限元计算
序言：
有限元是一种数值方法，广泛应用于分析工程中出现的各种复杂的受力分析。
本次测验内容要求学生对有限元方法的实施步骤有一个初步了解，用ANSYS
软件解决一些简单的杆件弯曲、扭转失稳问题，并将计算结果与材料公式的结果比较。
为进一步采用有限元方法解决复杂的工程问题打下基础。
文件格式要求:
1题号、划分的网格、（至少两种）应力、应变的云图
2、简单归纳有限元的特点以及与材料力学的异同点。
以下问题以ansyslO.OED为标准
问题1分布载荷作用下的悬臂梁应力计算
分析模型如图1-1所示,梁的横截面为矩形宽x高=1x2m2.受到分布载荷作用。
材料
的弹性模量200GPa,泊松比0.3。
习题文件名：
Cantileverbeam。
注意：
用实体单元离散，长度单位m,力的单位N，对应应力单位Pa，按照平面应力处理。
1.1进入ANSYS
程序tANSYSED10.0宀inputInitialjobname:
CantileverbeamOK
1.2设置计算类型
MainMenu:
PreferencestselectStructuraltOK
1.3选择单元类型
MainMenu:
PreprocessortElementTypetAdd/Edit/DeletetAddtselectSolidQuad
4node182tOK（backtoElementTypeswindow）tOptionstselectK1:
Reduced
integrationtK3:
PlaneStresstok>Close（theElementTypewindow）
1.4定义材料参数
MainMenu:
PreprocessortMaterialPropstMaterialModelstStructuraltLinear
tElastictIsotropictinputEX:
200e9，PRXY:
0.3tOK
1.5生成几何模型
生成特征点
tMeshtPickAll（inPickingMenu）tClose（theMeshToolwindow）
1.7模型施加约束
给左边施加固定约束
MainMenu:
SolutiontDefineLoadstApplytStructuraltDisplacementtOnlinest选左边线tOKtselect第
一行：
ALLDOFt第四行VALUE选0:
tOK
给梁的上边施加线性分布载荷
ANSYS命令菜单栏：
ParameterstFunctionstDefine/Edit
t
1）在下方的下拉列表框（第三行）内选择X作为设置的变量；
2）在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数（力的单
位：
N）:
10000-1000*{X};
3）FiletSave输入my_q（文件扩展名：
func）t返回：
ParameterstFunctionstReadfromfile:
将需要的
my_q.func文件打开，任给一个参数名qq,Localcoordinate
systemidfor（x,y,z）栏选0tOK
UtilitymenutplotctrlstSymbolstShowpresandconvectas表框内的Faceoutline下拉改为arrows
MainMenu:
SolutiontDefineLoadstApplytStructural
拾取梁的上层线tOKt在下拉列表框中选择：
Existingtable
载荷参数名qqTOK
solutiontloadstepoptstwriteLSFile输入文件名（注意：
显示的载荷箭头应当沿着
长度有长短不同）
1.8分析计算
MainMenu:
SolutionSolveCurrentLSOK（toclosethesolveCurrentLoadStep
window）tOK
1.9结果显示
MainMenu:
GeneralPostproctPlotResultstDeformedShape…tselectDef+
UndeformedtOK（backtoPlotResultswindow）tContourPlottNodalSolu—>select:
StresstxComponentofstresstOK
1.10退出系统
ANSYSUtilityMenu:
Filet
ExittSaveEverythingtOK
问题2表面效应单元模拟一螺栓扭转问题
问题描述：
表面效应单元：
类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。
它利用实体表面的节点
形成单元。
因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。
用
bolt_torquetOK
OR
ByDimensions在弹出的对话框中输入Outerradius50,
MainMenu:
PreprocessortModelingtCreatetVolumestCylindert
Z-coordinatesO200Apply
在对话框中输入螺帽的尺寸。
Outerradius50,Optionalinnerradius80,Z-coordinates030.tOK
生成图形之后点击ansys截面右上角的蓝色立方体按
键（Isometricview）
UtilityMenutworkplanetoffsetWPbyIncrements,在弹出的对话框中XY,YZ,ZX—栏中填入0,-90,0tOKMainMenu:
Preprocessor
WrkPlanetPickAll
DptLonalsniieE*r-tdi^s
ZI.Z2
d^riAi«s
LHETAl
SlartincsxlcIc
Endincwtl-r
CyLaadeirby*Dinf-n^ioiis
FJlDL
Du.t«rmdiiux
ftpply
tModelingtOperatetBooleanstDividetVolubyt点击蓝色立方体（Isometricview）
MainMenu:
Preprocessor
tPickAll
2.6网格划分
MainMenu:
PreprocessortMeshingtMeshTool
在弹出的MeshTool对话框中，并在SizeControls—栏中的Lines组里点击set按键。
用鼠标选中所有圆的轮廓线，如图。
（如果选错可以点击
鼠标左键取消）选好之后在左边的ElementSizeonlines
的对话框中点击Apply。
会弹出ElementSizesonPickedLines对话框。
在NDIV栏里填入5tApply.
同样做法，选AB段tNDIV:
5.选BC,CD段tNDIV:
2.tok
MainMenu:
PreprocessortMeshingtMeshTool在对话框第4栏Shape组中选中Hex和Sweep选项。
选中后点击Sweep按钮。
弹出的对话框选择PickAll。
F3ElementSixesonFickod.Llzies
SI2SEleiheinl“強le氏寸h
WDIVMo.d£tltntTLidiriKionx
QSDIVasui5*donlyifSIZEisKlankm*h&td）
KY1DIVSHE,HDIVItuh汕軒d
SPjOSpaciQEralic
jUK-SIZlivisioa（d.agr
（uteifiwb磐ofdlbwisiamQUO）
elementedeelength4rebl-&nkarzero）
ClesrtUtchtd皆wvidlv^lwes
OXI
Cux-c«l
2.7选择螺栓帽的侧表面，然后选择与面相关的节点：
UtilityMenu宀Select宀Entities宀Areas宀FromFull:
用鼠标选取螺栓帽的侧表OK
UtilityMenu宀Plot宀Areas
UtilityMenuSelectEntitiesNodesAttachedAreas
AlltSelectAllOK
UtilityMenutPlottNodes
2.8设置单元类型指针指向2（SURF154），并建立表面效应单元：
MainMenutPreprocessortModelingtCreatetElementstElemAttributestElementtypeNumr指向2:
SURF154tOK
MainMenutPreprocessortModelingtCreatetElementstSurf/ContacttSurfEffecttGenerlSurfacetNoextraNode-PickAll
2.9选择所有第2类单元，打开单元坐标显示并画出它们：
UtilityMenuTSelecttEntitiestElementstByAttributest
ElementTypeNumt2tOK
UtilityMenutPlotCtrlstSymbolstSurfaceloadSymbols
tTan-XPressuretOK
UtilityMenutPlottElements
2.10在总体坐标原点建立11号局部柱坐标系
UtilityMenutWorkPlanetLocalCoordinateSystems
CreateLocalCSAtSpecifiedLoc+宀在对话框中填入（0,0,0）宀OK宀OK
2.11把SURF154单元的单元坐标（ESYS）改变为11:
MainMenu宀Preprocessor宀Modeling宀Move/Modify宀ElementsModifyAttrib-改变为11
UtilityMenuPlotElements
2.14在SURF154单元上施加10MPa切向力（沿单元X方向）:
2.18使用求解器求解
MainMenutSolutiontSolvetCurrentLS
2.19进入通用后处理器，把结果坐标系转换为柱坐标,
然后打开单元轮廓线绘等值线图：
vonMisesstress图
MainMenu:
GeneralPostprocPlotResultsContour
PlottNodalSoluselect:
StressvonMises
stresstOK
UtilityMenuTPlotCtrlstStyletEdgeOptions...
MainMenu:
GeneralPostproctPlotResultstContour
PlottNodalSolutselect:
Stress
2.20在轴的二分之一长度取横截面，画等效应力vonMisesstress,显示剖面结果
先平移工作平面（沿z轴平移50mm
UtilityMenutWorkPlaneToffsetWPbyIncrements:
X,Y,Zoffsets输入0,0,50
点击Apply
UtilitymenutplotctrlststylethiddenlineoptionsttypeFoplot:
cappedhiddentcuttingplaneworkplaneistWorkingPlanetOK
2.21退出。
问题3悬臂“工”字梁的屈曲建模计算
计算模型如下图:
基本参数：
集中力F=106N杨氏弹性模量E=2.0e5MPa,泊松比v=0.2，梁长度为2.5m。
横截面积尺寸见下表
梁的横截面积尺寸（单位：
伽）
宽度B
高度H
腹板厚t1
翼缘厚t2
150
250
15
15
3.1进入ANSYS
程序tANSYSED10.0宀changetheworkingdirectoryintoyoursinputInitial
jobname:
I-BEATOK
3.2设置计算类型
MainMenu:
PreferencestselectStructuraltOK
3.3选择单元类型
MainMenu:
PreprocessortElementTypeTAdd/Edit/DeletetAddtselectBeam3node
189tOK（backtoElementTypeswindow）tClose（theElementTypewindow）
3.4定义材料参数
MainMenu:
PreprocessortMaterialPropstMaterialModelstStructuraltLinear
tElastictIsotropictinputEX:
2.0e11,PRXY:
0.2tOK
3.5定义截面
MainMenu:
PreprocessortSectionstBeamtCommonSectionst在Sub-Type中选择
“工”型截面t定义截面：
w仁0.15,w2=0.15,w3=0.25,t1=0.015,t2=0.015,t3=0.015t截
面网格疏密程度Coarse-Fine滚动条选择2tApplytPreview（观察截面形状）t
Meshview（显示截面的网格）tOK
3.6生成几何模型
T依次输
生成特征点
MainMenu:
PreprocessortModelingtCreatetKeypointstinActiveCS
入三个点的坐标：
input:
1（0,0,0）,2（2.5,0,0）,3（1.25,1,0）tOK
生成梁
MainMenu:
PreprocessorModelingCreateLinesLinesStraightLines连接两个特征点，1（0,0,0）,2（2.5,0,0）TOK
3.7网格划分
MainMenu:
PreprocessortMeshingtMeshAttributestPickedlinest拾取：
直线tOKtpickOrientationKeypoint（s）:
YEStOK>拾取：
3#特征点（1.25,1,0）tOK>MeshTool
T（SizeControls）lines:
SetTPickAll（inPickingMenu）TinputNDIV:
10TOK
（backtoMeshToolwindow）TMeshTPickAll（inPickingMenu）TClose（theMeshToolwindow）
3.8显示梁体
ANSYS命令菜单栏：
PlotCtrlstPanZoomRotatetIsotClose
ANSYS命令菜单栏：
PlotCtrlstStyletSizeandShapet[/ESHAPE]tOntOK
3.9模型施加约束
给特征点1施加约束
MainMenu:
SolutionTDefineLoadsTApplyTStructuralTDisplacementTOn
Keypointst拾取1keypointtOKtselectAllDOFtOK
给自由端施加集中力
MainMenu:
SolutionTDefineLoadsTApplyTStructuralTForce/MomentTOn
Keypointst拾取2keypointtLab:
FX,VALI:
-1e6tOK
3.10特征值屈曲分析与结果显示/静力分析
MainMenu:
SolutiontUnabridgedMenu打开完整菜单，backtoMainMenu）tSolutiontAnalysisTypetSol'nControlstCalculatePrestresseffects打钩tOK
MainMenu:
SolutionTSolveTCurrentLSTOK（toclosethesolveCurrentLoadStep
window）TOK
MainMenu:
Finish（暂时退出求解器）
特征值屈曲分析与屈曲模态扩展
MainMenu:
SolutionTAnalysisTypeTNewAnalysisTEigenBucklingTOK（backto
AnalysisType）TAnalysisOptionsTMethod:
BlockLanczos,NMODE:
6TOK（backto
Solution）TLoadStepOptsTExpansionPassTSingleExpandTExpandModesTNMODE:
6,CalculateElemresults:
YesTOK（backtoSolution）TSolveTCurrentLSTOK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）TOK
MainMenu:
Finish（暂时退出求解器）
3.11观察特征值屈曲分析结果
读入文件MainMenu:
GeneralPostprocTReadResultsTFirstSet观察屈曲模态MainMenu:
GeneralPostprocTPlotResultsTDeformedShapeTselectDef+undefedgeTOK
3.12依次读入个载荷步的结果，采用同样的方式来观察其他的五阶屈曲模态。
退出系统。
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