111ANSYS进行有限元静力学分析.docx
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111ANSYS进行有限元静力学分析
经典理论
一、设计大纲概述
1、设计目的
（1）熟悉有限元分析的基本原理和基本方法；
（2）掌握有限元软件ANSYS的基本操作；
（3）对有限元分析结果进行正确评价。
2、设计原理
利用ANSYS进行有限元静力学分析。
3、设计仪器设备
1）安装windows2000以上版本的微机；
2）ANSYS8.0以上版本软件。
4、实验内容与步骤
1）熟悉ANSYS的界面和分析步骤；
2）掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；
3）掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；
4）实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。
二、题目：
如图试样期尺寸为100mm*5mm*5mm,下端固定，上端受拉力10000N作用。
已知该试样材料的应力-应变曲线如图所示。
计算试样的位移分布。
三、分析步骤：
分析：
从应力-应变关系可以看出该材料的屈服极限是225MPa左右，弹性部分曲线的斜率为常数75GPa。
之后材料进入塑性变形阶段，应力-应变关系为非线性的。
估计本题应力10000/（0.05*.005）=400MPa,因此材料屈服进入塑性，必须考虑材料非线性影响。
（1）建立关键点。
单击菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS，建立两个关键点（0，0，0）和（0，100，0）。
（2）建立直线。
单击菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StaightLine,在关键点1、2之间建立直线。
（3）定义单元类型。
单击菜单MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,定义单元Structural>Link>2Dspar1（LINK1）
（4）定义单元常数。
单击菜单MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,在弹出的RealConstantsforLINK1对话框中，输入如下的单元几何参数：
截面面积AREA=25出始应变=0
（5）定义材料属性。
1）单击菜单MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Structural>Linear>Elastic>Isotropic,在弹出的对话框中，输入如下的材料属性：
杨氏模量EX=73e3泊松比PRXY=.3
2）单击菜单MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Structural>Nonlinear>Elastic>MutilinearElastic,弹出如图所示的对话框。
在STRAIN和STRESS域输入如表所示的两组数据。
其表中的数据是从如图所示的应力-应变关系中得来，中间点采用了线性插值的计算方法。
输入第一对数据后，单击[AddPoint]按钮，可以输入第二对数据。
曲线点
Strain
Stress
1
0
0
2
0.01
75
3
0.002
150
4
0.003
225
5
0.004
240
6
0.005
250
7
0.025
300
8
0.06
355
9
0.1
390
10
0.15
420
11
0.2
435
12
0.25
449
13
0.275
450
3）数据输入完毕，在MutilinearElasticforMaterialNumber1对话框中单击Graph按钮，得到如图所示的应力-应变图形，这个图形应该和本例开始给出的应力-应变曲线符合。
单击[OK]按钮确定输入数据。
4）单击菜单UtilityMenu>Plot>Replot,重新绘制问题的几何模型。
（6）定义单元尺寸。
单击菜单MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>AllLines,指定单元边长5。
（7）划分网络。
单击菜单MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines,在弹出的对话框中单击[PickAll]按钮。
（8）定义分析类型。
单击菜单MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Static选项。
（9）设置解选项。
单击菜单MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol’nControl,弹出如图所示对话框。
按照图中所示在Basic标签页下做如下的设置：
●在AnalysisOptions域选择LargeDisplacementStatic选项。
这样ANSYS将考虑到大变形的效应。
●在TimeControl域的Automatictimestepping列表选择On。
Automatictimestepping将运行ANSYS自动决定将载荷步划分成合适数目的子步。
激活Automatictimestepping选项同时也将降火二分法确保收敛功能。
●在TimeControl域的Numberofsubsteps文本框输入子步数目20。
这样ANSYS计算的第一个子步载荷将是总载荷的1/20。
因为现在将Automatictimestepping激活，所以剩余的子步步长将由ANSYS根据前一个子步的计算结果自动调整。
●在TimeControl域的Maxnoofsubsteps文本框输入最大子步数目1000。
如果经过1000个子步迭代，仍然得不到收敛的解，ANSYS将停止继续求解。
●在TimeControl域的Minnoofsubsteps文本框输入最小子步数目1。
●在WriteItemstoResultsFile域中选择Allsolutionsitems选项，在Frequncy列表中选择WriteEverySubstep选项，这样可以保存每个子步的计算结果，便于作出系统的时间响应曲线。
切换到Nonlinear标签页，如图所示，做以下设置。
●在NonlinearOptions域的Linesearch列表中选择On选项。
线性搜索可以加速牛顿-拉普森（NR）平衡迭代的收敛。
●在Equilibriumiterations域的Maximumnumberofiterations文本框中输入最大迭代数1000。
（10）施加位移约束。
单击菜单MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>
Displacement>OnKeypoints固定关键点1。
（11）施加载荷。
MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>
OnKeypoints，在关键点2施加集中力载荷FY=1000N。
（12）求解。
单击菜单MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS，图形窗口将显示非线性分析求解的收敛过程。
（13）显示单元的三维视图。
单击菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Srylr>SizeandShape，弹出如图所示对话框。
选择Displayofelement复选框，得到单元的三维视图如图所示。
（14）绘制位移分布图。
单击菜单MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Coutour
Plot>NodalSolution，在弹出的对话框中选择DOFsolution>UY，得到如图所示的位移分布图。
（15）查看位移随时间的变化。
1）定义变量。
①单击菜单MainMenu>TimeHistPostproc，弹出如图所示对话框。
②单击左上角的【+】添加变量按钮，弹出如图所示对话框。
选择NodalSolution>
DOFSolution>Y-Componentofdisplacement，单击【OK】按钮。
弹出
NodeforData窗口，选择式样顶端的节点，单击【OK】按钮。
③添加另一个变量。
单击左上角的【+】添加变量按钮，这次选择ReactionForces
>StructuralForces>Y-ComponentofForce。
拾取试样底端的节点，单击【OK】
按钮。
④在TimeHistoryVariable窗口，单击FY-3行、X-Axis列的单选按钮，将反力
FY-3作为X轴变量，如图所示。
2）查看位移随时间变化。
①在TimeHistoryVariable窗口单击UY_3行，再单击绘图按钮【^】，得到如图所示的位移UY随反力FY变化关系。
②修改X轴和Y轴标签。
单击菜单UtilityMenu>PlorCtrls>Style>Graphs>
ModifyAxes，重新设定X轴和Y轴标签为LOAD和DEFLECTION。
从图中可以看出，当反力小（相应载荷和应力也较小）时，位移和载荷之间是线性的关系。
当反力较大（相应载荷和应力都超出弹性极限）时，位移以越来越大的速率增加。
这些结果和经典塑性力学的结果是一致的。
四、总结：
通过本次课程设计我学会了有限元分析的基本原理和基本方法；掌握有限元软件ANSYS的基本操作。
熟悉ANSYS的界面和分析步骤；掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。
五、源代码
/BATCH
/COM,ANSYSRELEASE10.0UP2005071804/03/2011
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1
/GRA,POWER
/GST,ON
/PLO,INFO,3
/GRO,CURL,ON
/CPLANE,1
/REPLOT,RESIZE
WPSTYLE,,,,,,,,0
/VIEW,1,1,1,1
/ANG,1
/REP,FAST
/VIEW,1,1,1,1
/COM,ANSYSRELEASE10.0UP2005071812:
06:
3302/28/2011
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1
/GRA,POWER
/GST,ON
/PLO,INFO,3
/GRO,CURL,ON
/CPLANE,1
/REPLOT,RESIZE
WPSTYLE,,,,,,,,0
/REPLOT,RESIZE
/FILNAME,1111,0
/TITLE,2222
/REPLOT
/FILNAME,aaa,0
/TITLE,dynamicanalysisofagear
/REPLOT
ET,1,SOLID186
!
*
!
*
!
*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.06e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,7.8e3
SAVE
SAVE
CSYS,1
K,1,20,0,,
K,110,16,40,,
KWPAVE,110
wprot,-50,0,0
CSYS,4
K,2,12.838,0,,
CSYS,1
K,120,16,43,,
K,130,16,46,,
K,140,16,49,,
K,150,16,52,,
K,160,16,55,,
KWPAVE,120
wprot,3,0,0
CSYS,4
K,3,13.676,0,,
SAVE
KWPAVE,130
NSOL,2,2,U,Y,UY_2
STORE,MERGE
!
*
RFORCE,3,1,F,Y,FY_3
STORE,MERGE
XVAR,3
PLVAR,2,
SAVE
SAVE
FINISH
!
/EXIT,MODEL
六、感受：
通过这次课程设计，让我初步了解了有限元分析的基本方法和基本原理。
掌握了有限元ANSYS的基本操作。
在最初我在安装上出现很多错误，主要是因为对软件的了解太少。
安装成功后后面的应用相对比较顺利了。
本次课程设计增强了我面对困难解决困难的能力，增强了我的学习能力，让我受益颇多。
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