本科生ANSYS上机指南.docx

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本科生ANSYS上机指南

“有限元分析及应用”本科生课程

有限元分析软件

ANSYS

上机指南

山东科技大学机电学院机制系

2012年9月

目录

Project1简支梁的变形分析……………………………………………………….1

Project2坝体的有限元建模与受力分析………………………………………….3

Project3受内压作用的球体的应力与变形分析…………………………………..5

Project4受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解………………..7

Project5超静定桁架的有限元求解………………………………………………..9

Project6超静定梁的有限元求解………………………………………………….11

Project7平板的有限元建模与变形分析…………………………………………13

Project1梁的有限元建模与变形分析

计算分析模型如图1-1所示,习题文件名:

beam。

NOTE:

要求选择不同形状的截面分别进行计算。

图1-1梁的计算分析模型

梁截面分别采用以下三种截面（单位：

m）：

矩形截面：

圆截面：

工字形截面：

B=0.1,H=0.15R=0.1w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2,

t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007

1.1进入ANSYS界面

打开MechanicalAPDLProductLauncher→在SimulationEnvironment中选择ANSYS;在License中选择ANSYSMultiphysics→在WorkingDirectory:

中指定存储路径；在JobName中输入工作名：

beam→run

图1-2ansys启动界面

1.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

1.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→selectBeam2node188→OK（backtoElementTypeswindow）→Close（theElementTypewindow）

1.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK→点击Material（左上角）→exit.

1.5定义截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Sections→Beam→CommonSections→矩形截面:

ID=1,B=0.1，H=0.15→OK

1.6生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入三个点的坐标：

input:

1（0,0）,2（10,0）,3（5,1）→OK

✓生成梁

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Lines→lines→Straightlines→连接两个特征点，1（0,0）,2（10,0）→OK

1.7网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→Pickedlines→OK→PickOrientationKeypoint（s）:

YES→拾取：

3#特征点（5,1）→OK→MeshTool→SizeControls）lines:

Set→PickAll（inPickingMenu）→inputNDIV:

5→OK→MeshTool→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

1.8模型施加约束

✓最左端节点加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat（0,0）→OK→selectUX,UY,UZ,ROTX→OK

✓最右端节点加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat（10,0）→OK→selectUY,UZ,ROTX→OK

✓施加y方向的载荷

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→PickAll→VALI:

100000→OK

1.9分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→solutionisdonewindow（表示求解完成）→coluse→关闭/statuscommandwindow

1.10结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu→select:

DOFsolution,Y--componentofdisplacement,Deformedshapewithundeformedmodel,→OK;select:

Z--componentofrotation,ROTZ,Deformedshapewithundeformedmodel,→OK结果如图1-3所示。

图1-3分析结果

11退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit→SaveEverything→OK

分析圆形截面、工字型截面变形情况是只在1.5步骤中不同，其他步骤相同。

圆形截面:

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Sections→Beam→CommonSections→圆形截面:

ID=1,R=0.1→OK

工字型截面;ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Sections→Beam→CommonSections→工字型截面:

ID=1,w1=0.1，w2=0.1,w3=0.2,t1=0.0114,t2=0.0114,t3=0.007→OK（该类型截面梁按照上不步骤进行时结果没有变形情况，原因没找出）

Project2坝体的有限元建模与应力应变分析

计算分析模型如图2-1所示,习题文件名:

dam。

图2－1坝体的计算分析模型

2.1进入ANSYS

打开MechanicalAPDLProductLauncher→在SimulationEnvironment中选择ANSYS;在License中选择ANSYSMultiphysics→在WorkingDirectory:

中指定存储路径（如E:

\TeacherSu\dam）；在JobName中输入工作名：

dam→run.

2.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

2.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

PlaneStrain→OK→Close（theElementTypewindow）

2.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK→点击Material（左上角）→exit.

2.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0,0）,2（10,0）,3（1,5）,4（0.45,5）→OK

✓生成坝体截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1（0,0）,2（10,0）,3（1,5）,4（0.45,5）→OK

2.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（ElementAttributes）:

set→选定要划模型的单元类型、材料号，本模型只有一种单元类型和材料号，为默认设置→（SizeControls）lines:

Set→依次拾取两条横边:

OK→inputNDIV:

15→Apply→依次拾取两条纵边:

OK→inputNDIV:

20→OK→MeshTool→Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）.网格划分结果如图2-2所示。

图2-2坝体网格划分后结果

2.7模型施加约束

✓分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines→OK→selectLab2:

AllDOF→OK.

✓给斜边施加x方向的分布载荷

ANSYS命令菜单栏:

Parameters→Functions→Define/Edit→1）在下方的下拉列表框内选择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：

1000*{X}；3）File>Save（文件扩展名：

func）→返回：

Parameters→Functions→Readfromfile：

将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK→ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取斜边；OK→在下拉列表框中，选择：

Existingtable→OK→选择需要的载荷参数名→OK

2.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→solutionisdonewindow（表示求解完成）→coluse→关闭/statuscommandwindow

2.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK。

结果如图2-3所示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution,displacementvectorsum,Deformedshapewithundeformedmodel,→OK;结果如图2-4

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu→Stress,vonMisesstress,Deformedshapewithundeformedmodel→OK结果如图2-5所示.

图2-3坝体变形情况

图2-4坝体变形分布图

图2-5坝体应力应变分布图

2.10退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit…→SaveEverything→OK

Project3受内压作用的球体的有限元建模与分析

计算分析模型如图3-1所示,习题文件名:

sphere。

图3-1受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）

3.1进入ANSYS

打开MechanicalAPDLProductLauncher→在SimulationEnvironment中选择ANSYS;在License中选择ANSYSMultiphysics→在WorkingDirectory:

中指定存储路径（如E:

\TeacherSu\shpere）；在JobName中输入工作名：

shpere→run.

3.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences…→selectStructural→OK

3.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

Axisymmetric→OK→Close（theElementTypewindow）

3.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK→点击Material（左上角）→exit.

3.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0,0.5）,4（0,0.3）→OK

✓生成球体截面

ANSYS命令菜单栏:

WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalSpherical→ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Lines→InActiveCoord→依次连接1,2,3,4点→OK→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ByLines→依次拾取四条边→OK→ANSYS命令菜单栏:

WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCartesian

3.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（ElementAttributes）:

set→选定要划模型的单元类型、材料号，本模型只有一种单元类型和材料号，为默认设置→（SizeControls）lines:

Set→拾取两条直边:

OK→inputNDIV:

10→Apply→拾取两条曲边:

OK→inputNDIV:

20→OK→MeshTool→Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

3.7模型施加约束

✓给水平直边施加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines→拾取水平边：

Lab2:

UY→OK，

✓给竖直边施加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→DisplacementSymmetryB.C.→OnLines→拾取竖直边→OK

✓给内弧施加径向的分布载荷

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取小圆弧；OK→inputVALUE:

100e6→OK

3.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→solutionisdonewindow（表示求解完成,否则求解未成功）→coluse→关闭/statuscommandwindow

3.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK。

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution,displacementvectorsum,Deformedshapewithundeformedmodel,→OK。

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu→Stress,vonMisesstress,Deformedshapewithundeformedmodel→OK。

3.10退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit…→SaveEverything→OK

Project4受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解

计算分析模型如图4-1所示,习题文件名:

cylinder。

图4-1受热载荷作用的厚壁圆筒的计算分析模型（截面图）

4.1进入ANSYS

打开MechanicalAPDLProductLauncher→在SimulationEnvironment中选择ANSYS;在License中选择ANSYSMultiphysics→在WorkingDirectory:

中指定存储路径（如E:

\TeacherSu\cylinder）；在JobName中输入工作名：

cylinder→run.

4.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences…→selectThermal→OK

4.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectThermalSolidQuad4node55→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

Axisymmetric→OK→Close（theElementTypewindow）

4.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Thermal→Conductivity→Isotropic→inputKXX:

7.5→点击Material（左上角）→exit.

4.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0.5,1）,4（0.3,1）→OK

✓生成圆柱体截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0.5,1）,4（0.3,1）→OK

4.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:

Set→拾取两条水平边:

OK→inputNDIV:

5→Apply→拾取两条竖直边:

OK→inputNDIV:

15→OK→MeshTool→Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

4.7模型施加约束

✓分别给两条直边施加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Thermal→Temperature→OnLines→拾取左边,Value:

500→Apply（backtothewindowofapplytemponlines）→拾取右边，Value：

100→OK

4.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→solutionisdonewindow（表示求解完成,否则求解未成功）→coluse→关闭/statuscommandwindow

4.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution→NodalTemperature→OK

4.