二维悬臂梁有限元分析Word下载.docx

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ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

因此它可应用于以下工业领域：

航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。

　　软件主要包括三个部分：

前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；

分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；

　　后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

　　软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。

该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。

3研究方法与过程

3.1研究方法论证

经过查找相关资料，讨论研究后，确定了两种方案解决这一问题，对于方法一，可能比较简单，但是在最后确定固定点时准确度不够；

对于方法二，虽然操作过程有点繁琐，但是在最后的节点选择上就会很准确，有利于研究结论的正确性与有效性；

故本次研究采用方法二。

3.2研究法方法一简要介绍

（1）UtilityMenu→File→Clear&

StartNew

（2）UtilityMenu→File→ChangeJobname

（3）UtilityMenu→File→ChangeTitle

（4）MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete

（5）MainMenu→Preprocessor→Materialprops→MaterialModels→Linear（线性）→Elastic（弹性）→Isotropic（各向同性）

（6）MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→ByDimensions

（7）MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→AllAreas

（8）MainMenu→Preprocessor→Meshing→SizeCntrls→SmartSize→Basic

（9）MainMenu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Area→FreeANSYS

（10）MainMenu→Solution→DefineLoad（定义载荷）→Apply（加载）→Structural（结构）→Displacement（位移）→OnOndes

（11）MainMenu→Solution→DefineLoad（定义载荷）→Apply（加载）→Structural（结构）→Force/Moment（力/力矩）→OnOndes

（12）ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

（13）ANSYSMainMenu:

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

（14）MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults（绘制结果）→ContourPlot（绘制等值图）→NodalSolu（节点解）→NodalSolution（节点解）→ElasticStrain（弹性应变）→Y-Componentofelasticstrain（弹性应变Y分量）

（15）ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→QueryResults→SubgridSolu→

选择Stress→X-Componentofstress→OK在应力分布图中，选择一固定节点，点OK即可测出相应Y方向上应力。

3.3主要研究方法二介绍

3.3.1过滤菜单

（1）ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

注:

过滤菜单如图3.1所示

图3.1过滤菜单

3.3.2实体建模

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入4个点的坐标：

input:

1（0,0,0）→Apply→2（3000,0,0）→Apply→3（3000,90,0）→Apply→4（0,90,0）→OK

注：

在实体建模中，建立四个方位点，首先建立点1，如图3.2所示，然后选择Aplly应用，再依次输入点2、3、4方位。

图3.2建立方位点

（2）由4个关键点组成面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPs→依次拾取4个点→OK

在拾取关键点是要按顺序依次拾取，拾取完点击OK即可，如图3.3所示。

图3.3依次拾取关键点组成图形

3.3.3划分网格

（1）定义单元类型

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options→seleltK3:

PlaneStrsw/thk→Close（theElementTypewindow）

此处选用SolidQuad4node42。

选择单元类型，如图3.4所示。

图3.4单元类型选择

（2）定义实常数

Preprocessor→RealConstants→Add→selectType1→OK→inputTHK:

90→OK→Close（theRealConstantsWindow）

定义悬臂梁的厚度，即在THK框中输入90（mm）,如图3.5所示。

图3.5定义悬臂梁宽度

（3）定义材料（弹性模量，泊松比）

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

3.01e6,PRXY:

0.2→OK

定义材料弹性模量及泊松比，EX为弹性模量，PRXY为泊松比，在第一次定义时在PRXY框中输入0.2，以后同理，依次输入0.25、0.3、0.35、0.4，如图3.6所示。

图3.6定义弹性模量及泊松比

（4）指定单元属性

Preprocessor→Meshing→MeshTool→ElementAttributes→（select）Global→Set→OK

指定单元属性，依次点Set,Ok即可，如图3.7所示。

图3.7指定单元属性

（5）网格密度设置

MeshTool→SizeControls→selectLines→Set→拾取长边的两条线→OK→inputNDIV:

6→Apply→拾取短边的两条线→OK→inputNDIV:

2→OK

分别等份划分长和宽

划分长，6等分，如图3.8所示。

图3.86等分长

划分宽，2等分，如图3.9所示。

图3.92等分宽

（6）划分网格

MeshTool→Mesh:

selectAreas→Shape:

Quad→Free→Mesh→PickAll→Close（theMeshToolwindow）

释放网格，如图3.10所示。

图3.10释放网格

（7）显示单元与节点编号

UtilityMenu：

Plotctrls→Numbering→选项NODENodenumbers为On→在Elem/Attribnumbering选择Elementnumbers→OK

显示单元与节点，为以后应力分析打下基础，如图3.11，图3.12所示。

图3.11显示节点操作

图3.12节点显示示意图

3.3.4求解

（1）施加位移边界条件与加载

1）给节点1、10施加x和y方向的约束（即约束左边）

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→拾取节点1、10→OK→selectLab2:

ALLOFF→OK

注：

悬臂梁固定一端，此处选择左端固定，如图3.13所示。

图3.13固定悬臂梁左端

2）给节点8施加y方向载荷

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes→拾取节点8→OK→Lab:

FY,Value:

-5e3→OK

给悬臂梁右端施加方向向下，大小为5000N的力，如图3.14所示，综合效果图如图3.15所示。

图3.14右端施加-5e3N力

图3.15综合效果图

（2）定义分析类型并求解

1）定义分析类型

Preprocessor→Solution→AnalysisType→NewAnalysis

定义分析类型，选择Static，如图3.16所示。

图3.16选择分析类型

2）求解

求解过程点击OK即可，每次变量的改变都必须都要求一次解，这一步至关重要，如图3.17所示。

图3.17求解

3.3.5后处理

（1）结构的变形图

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape→selectDef+Undeformed→OK将在软件主界面显示结构变形图。

在后处理过程中中，首先应该看一下结构的变形图，以利于以后基本应力分析，如图3.18所示。

图3.18结构变形图

（2）显示特定位置应力

GeneralPostproc→ListResults→NodalSolution→选择Stress→Y-Componentofstress→OK

此处选择显示在Y方向上各关键点应力，基本操作流程如图3.19所示，显示结果如图3.20所示。

图3.19基本操作

图3.20显示结果

4结论

4.1数据记录

记录研究数据，转化为表格形式，如表4.1所示：

NODE

SX

SY

u

12

41.150

-0.60053E-01

0.2

41.149

-0.70191E-01

0.25

41.147

-0.80443E-01

0.3

41.145

-0.90832E-01

0.35

41.143

-0.10138

0.4

表4.1研究记录数据

4.2应力分布图

研究过程中主要看节点12Y方向上应力，由上表中可以看出应力随悬臂梁泊松比u变化规律，在以下给出应力分布图：

（1）当u=0.2时，如图4.1所示：

图4.1泊松比为0.2时应力分布图

（2）当u=0.25时，如图4.2所示：

图4.2泊松比为0.25时应力分布图

（3）当u=0.3时，如图4.3所示：

图4.3泊松比为0.3时应力分布图

（4）当u=0.35时，如图4.4所示：

图4.4泊松比为0.35时应力分布图

（5）当u=0.4时，如图4.5所示：

图4.5泊松比为0.4时应力分布图

4.3分布云图绘制

受力点12的分布云图，如图4.6所示：

图4.6受力点12的分布云图

4.4实验结论

由以上分析可知，在关键点12处，泊松比在0.2到0.4范围内变化时，受力基本随泊松比线性变化。