Ansys软件有限元报告.docx

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Ansys软件有限元报告

ANSYS有限元实训说明书

系别：

航空与机械工程系

班级：

1081041

学号：

108104126

姓名：

杨斌斌

指导老师：

占晓煌

日期：

2012年12月9日

带孔板件的结构静力分析

一、问题描述

如图1所示.一个中间带有圆孔的板件结构.长度为5m、宽度为1m、厚度为0.2m,正中间有一个半径为0.3m的孔。

板的左端完全固定.板的右端承受向右的均布拉力.大小为2000N/m.结构材料为普通A3钢.弹性模量为200GPa,泊松比为0.3。

计算在拉力作用下结构的变形和等效应力分布。

图5-31一端固定一端受拉的带孔板件结构

二、实训目的

本实训的目的有二：

一是使学生熟悉ANSYS10.0软件的用户界面.了解有限元分析的一般过程；二是通过使用ANSYS软件分析的结果和理论计算结果进行比较.以建立起对利用ANSYS软件进行问题根系的信任度.为以后使用ANSYS软件进行更复杂的结构分析打基础。

（三）实训步骤

（1）分析准备工作（文件管理）

（1）清空数据库.开始一个新分析：

选取菜单UtilityMenu→

File→Clear&StarNew,弹出【ClearsdatabaseandStarNew】对话框.采用默认状态单击OK按钮.弹出Verify确认对话框.单击OK按钮。

（2）指定工作文件名：

选取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname,弹出【ChangeJobname】对话框.在【Enternewjobname】项输入文件名.然后单击OK按钮.如图3。

图3工作文件名

（3）指定工作路径:

选取菜单路径UtilityMenu→File→ChangeDiretory,弹出选择路径对话框.在操作系统中选中新的工作路径.然后确认即可。

（4）指定分析标题：

选取菜单UtilityMenu→File→ChangeTitle,弹出【ChangeTitle】对话框.在【EnternewTitle】项输入ThisismyfirstANSYSexercise,然后单击OK按钮。

（5）重新刷新图形窗口：

选取菜单UtilityMenu→Plot→Replot.输入的分析标题显示在图形窗口的左下角位置。

（二）创建有限元模型（ANSYS前处理器）

（6）定义单元类型：

选取菜单UtilityMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete.弹出【ElementType】对话框.单击Add按钮.弹出【LibraryofElementType】对话框.如图4所示.可设置下列选项。

※在左边列表框中选择StructuralShell。

※在右边列表框中选择Elastic4node63。

※在【Elementtypereferencenumber】项输入1（单元类型1）。

单击OK按钮.返回【ElementType】对话框.单击Close按钮将其关闭。

图4单元类型

（二）创建有限元模型（ANSYS前处理器）

（7）定义单元类型：

选取菜单UtilityMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete.弹出【ElementType】对话框.单击Add按钮.弹出【LibraryofElementType】对话框.如图5所示.可设置下列选项。

※在左边列表框中选择StructuralShell。

※在右边列表框中选择Elastic4node63。

※在【Elementtypereferencenumber】项输入1（单元类型1）。

单击OK按钮.返回【ElementType】对话框.单击Close按钮将其关闭。

图5实常数序列图6选择单元序列

图7针对单元类型的实常数

（8）定义材料属性数据：

选取菜单UtilityMenu→Preprocessor→MaterialModels,弹出【DefineMaterialModelsBehavior】对话框.在右边【DefineMaterialModelsAvailable】框中连续双击选择Structural→Linear→Elastic→Isotropic,接着弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterial...】对话框.如图8所示.设置下列选项。

※【EX】项输入2e11。

※【PRXY】项输入0.3。

图8定义材料属性数据

单击OK按钮.返回【DefineMaterialModelsBehavior】对话框.选择该对话框菜单DefineMaterialModelsBehavior→Material→Exit。

设置工作平面：

（9）显示工作平面的坐标架：

选择菜单路径UtilityMenu→WorkPlane→DisplayWorking.立即显示工作平面WX－O－WY及其坐标架.并与总体坐标系的X－O－Y完全重合。

创建几何模型：

（10）在WP中创建矩形面：

选择菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Retangle→ByDimensions.弹出如图9所示的【CreatRetanglebyDimensions】对话框.设置下列选项。

※【X1.X2X-coordinates】项输入0和5。

※【Y1.Y2Y-coordinates】项输入0和1

图9在WP内创建矩形面

单击OK按钮。

或者在工作平面内用鼠标拾取坐标点（0,0）和（5,1）.创建矩形面。

（10）在WP中创建圆面：

选取菜单UtilityMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→SolidCircle.弹出如图10所示的【SolidCircleArea】对话框.WPX项输入2.5.WPY项输入0.5.Radius项输入0.3,单击OK按钮.结果如图11所示

图10定义圆面对话框

图11定义的圆面

（12）挖布尔运算（矩形面减去圆面）：

选择菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract

→Areas.弹出如图12所示的【Subtract

Areas】对话框。

此时鼠标变成向上箭头.拾取矩形面的形心（对准矩形面中心并单击鼠标左键）.弹出如图13所示的【Multiple_Entities】对话框.对话框中信息提示PickedAreais1.表示当前选中的是面1.即矩形面。

单击OK按钮.返回【Subtract

Areas】对话框。

单击Apply按钮（表示被减面已经选择完成）.再次弹出如图12所示的【Subtract

Areas】对话框。

用鼠标拾取圆面的形心再次弹出如图13所示的【Multiple_Entities】对话框.此时对话框中提示选中面1.即矩形面.单击Next按钮.则显示PickedAreais2.表示当前选中圆面。

单击OK按钮.返回【Subtract

Areas】对话框。

单击OK按钮.（表示减去面已经选择完成）.执行矩形面减去圆面的操作。

图12面减去面拾取对话框图13多重对象选择对话

划分网格：

（13）给面分配单元属性：

选择菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool.弹出如图14所示的网格划分工具【MeshTool】对话框。

在【ElementAttributes】下拉列表中选择Area.单击其后的【AreaAttributes】拾取对话框.单击PickAll按钮.弹出如图15所示的【AreaAttributes】属性分配分配对话框.设置下列选项。

※【MATMaterialnumber】选择1.即材料类型为1。

※【REALRealconstantsetnumber】选择1.即单元实常数为1。

※【TYPEElementtypenumber】选择1SHELL63,即单元类型为1。

※【ESYSElementcoordinatesys】选择0.即单元坐标为0号总体直角坐标系。

单击OK按钮。

（14）控制单元尺寸大小：

单击如图14所示【MeshTool】对话框中SizeControls→Areas后对应的Set按钮.弹出【ElementSizeatPickedAreas】拾取对话框.单击PickAll按钮.弹出【ElementSizeatPickedAreas】对话框.SIZE项输入0.2.单击OK按钮。

（15）选择单元形状：

首先在图14所示【MeshTool】对话框中的Mesh下拉列表中选择Area；然后在【Shape】项选择Quad（四边形单元）。

图14【MeshTool】对话框

图15属性分配对话框

（16）选择网格划分器：

在图14所示【MeshTool】对话框中选择Free（使用自有网格划分器）选项。

（17）执行网格划分：

单击图14所示【MeshTool】对话框中的Mesh按钮.弹出【MeshArea】拾取对话框.单击PickAll按钮.执行网格划操作。

（18）孔附近单元网格加密处理：

在【MeshTool】对话框中【Refineat】下拉列表中选择Lines.单击Refine按钮.弹出【Refinemeshatlines】拾取对话框。

拾取孔周边4条弧线.单击OK按钮.弹出【Refinemeshatlines】设置对话框.在【LEVELLevelofrefinment】下拉列表中选择2.单击OK按钮.执行网格加密处理。

（19）显示具有厚度壳体模型：

首先.选择菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Style→SizeandShape弹出对话框.将【Displayofelementshapesbasedonrealconstantdescriiptions】项设置为ON.单击OK按钮；然后选择菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Pan,Zoom,Rotate.弹出【Pan,Zoom,Rotate】图形变换对话框.按顺序单击Iso和Fit按钮.查看网格划分模型.如图16所示。

图16有孔板壳的网格模型

（20）存储模型：

单击【ANSYSToolbar】窗口中的SAVE_DB按钮。

（3）施加载荷并执行求解（ANSYS求解器）

（21）选择分析类型:

选择菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis,弹出【NewAnalysis】对话框.选择Static.单击OK按钮。

（22）设置载荷步选项：

选择菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→Sol’nControls,弹出如图17所示的【SolutionControls】求解控制对话框.选择Basic选项卡.设置下列选项：

※【TimeControl】的Timeatendofloadstep项输入1.即终点时间为1。

※选择Timeincrement选项.即选择时间增量控制方法。

※【Timestepsize】项输入0.2.即时间增量为0.2。

※【Frequency】项选择WriteeveryNthsubstep.即所有载荷子步的结果都输出到结果文件。

单击OK按钮。

图17求解控制对话框

（23）施加固定边界条件：

选择菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines.弹出【ApplyU,ROTonLines】拾取对话框.用鼠标拾取坐标X=0位置的直线4.单击OK按钮.弹出【ApplyU,ROTonLines】对话框.在列表框中选择ALLDOF.其他项默认设置.单击OK按钮.结果如图18所示。

图18施加固定边界条件与端部均匀拉压力

（24）施加端部均布拉力：

选择菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines.弹出【ApplyPRESonLines】拾取对话框.用鼠标拾取坐标X=5位置的直线2.单击OK按钮.弹出【ApplyPRESonLines】压力定义对话框.在【VALUELoadPRESvalue】项输入-2000.其他项默认设置.单击OK按钮。

（25）执行求解：

选择菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS.弹出【SolveCurrentLoadStep】对话框.同时弹出【/STATCommand】窗口。

阅读【/STATCommand】窗口中的载荷步提示信息.如果发现存在不正确的提示.单击【/STATCommand】窗口菜单/STATCommand→File→Close.关闭【/STATCommand】窗口.然后单击【SolveCurrentLoadStep】对话框中的Cancel按钮.退出求解.修改错误之处。

当【/STATCommand】窗口中所有提示无误时.同样关闭【/STATCommand】窗口.然后单击【SolveCurrentLoadStep】对话框中的OK按钮.开始执行求解运算.单击Yes按钮。

当求解结束时.弹出提示信息对话框.显示“Solutionisdone！

”.表示求解成功完成。

四处理计算结果（POSTI后处理器）。

（26）选择后处理结果文件：

选择菜单MainMenu→GeneralPostproc→Data&FileOpts.弹出【DataandFileOptions】对话框.设置下列选项：

※【Datatoberead】：

读入结果文件中的数据类型.选择Allitems,表示读入所有结果项。

（27）浏览结果文件包含的结果序列汇总表：

选择菜单MainMenu→GeneralPostproc→ResultsSummary.弹出如图19所示的结果汇总信息.浏览完成后.关闭此窗口。

图19结果汇总信息

（28）选择并读入用于后处理的结果序列：

选择菜单MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→ByPick.弹出【ResultsFile：

examplel.rst】对话框.显示5个结果序列.选择最后一个结果序列号（Set=）5.单击Read按钮.然后单击Close按钮.如图19所示

（29）观察总体变形.绘制位移等值线图：

选择菜单MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→Contourplot→NodalSolu.弹出【ContourNodalSolutionData】对话框.如图20所示.设置下列选项：

※【Itemtobecontoured】项选择NodalSolution→DOFSolution→Displacementvectorsum.即选择总位移。

※【Undisplacedshapekey】项选择Deformedshapeonly.即只绘制变形后的结果模型。

※【ScaleFactor】项选择AutoCalculated.即变形比例缩放尺寸控制.选择自动计算变形比例。

单击OK按钮.显示如图22所示的位移等值线图

图21选择节点结果项：

绘制等值线图

图22位移等值线

（30）制作等效应力动画：

选择菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Animate→DeformedResults.弹出【AnimateNodalSolutionData】对话框.参照图23所示设置下列选项：

※【No.offramestocreat】项输入10。

※【Timedelay（second）】项输入0.1.即创建等效应力动画.包含10帧.播放时间间隔为0.1s。

※【ContourNodalSolutionData】项的左侧表中选择Stress.右侧列表中选择vonMisesSEQV。

图23节点等效应力变形动画设置对话框

单击OK按钮.制作动画并弹出如图24所示的动画控制对话框.ANSYS图形窗口显示等效应力动画。

观看完后等效应力等值线图如图25所示.单击如图24所示动画控制对话框中的Stop按钮.则停止动画播放。

图24动画控制对话框

图25等效应力等值线图