有限单元法课堂作业.docx
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有限单元法课堂作业
ANSYS结构静力分析论文
学院：
能源与动力工程学院
姓名：
马江卫
班级：
热能1003
学号：
10110302
一．ANSYS简介
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,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
2．结构分析概述
工程中用以担任预定任务，支撑载荷的建筑物都可称为结构，如桥梁、隧道、房屋、塔架、支架、挡土墙和水坝等。
按照几何特征，结构可分为杆件结构、薄壁结构和实体结构等等。
有限元方法的最广泛应用即结构分析分析的对象主要包括梁、拱、钢架、组合结构及其他实体结构等。
结构静力分析是ANSYS家族中7种结构分析之一，主要用来分析由于稳态外载所引起的系统或零部件位移、应力、应变和作用力，很适合求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构影响并不显著的问题，其中稳态载荷主要包括外部施加的力和压力、稳态的惯性力，如重力和旋转速度，施加位移、温度和注量等。
3．结构分析目的和意义
为了使结构在工程应用中既能安全、正常的工作，又能符合经济的要求，就要对其进行受力、变形、强度、刚度和稳定性的分析和计算。
通过对经历结构的分析，让我们熟悉了ANSYS软件的基本操作，对有限元分析的思想方法也有了初步的理解；更有利于工程上一些问题的研究，任意设定荷载工况，并可完成各种复杂的静、动荷载以及温度荷载工况组合，能很方便地计算出结构所承受的弯矩、扭矩、轴力以及应力分布和变形情况，找出桥梁在各种运动车辆荷载作用下的最不利位置，有效地解决一些过载，过热等问题。
4．结构静力分析基本步骤
1确定工作文件名（Jobname）、分析标题（Title）
【注意】这一步可以省略或在分析结果后根据需要添加。
2进入前处理器（∕PREP7）
（1）定义单元类型。
（2）设定实常数。
（3）设置材料属性。
（4）构件有限元模型。
3进入求解器（∕SOLU）
（1）施加载荷。
（2）施加位移约束条件。
（3）求解（SOLVE）。
4进入通用后处理器（∕POSTI）,提取并评价和分析结果。
5绘制结构变形图（PLDISP）。
6动态显示结构的变形过程。
7列表显示各节点的位移（PRDISP）。
8列表显示各节点反力（PRESOL）。
5．结构静力分析实例
1模型分析
钢板角支座几何尺寸如下图，板厚20mm。
杨氏模量E=200Gpa，泊松比v=0.25。
圆代表钢板被挖空的部分。
两个小圆的位移被完全固定住，在大圆的最下端作用有集中力F=1000N。
（用螺栓或螺钉固定支座的左边两圆孔）试分析钢板的受力和变形情况。
2.创建实体模型。
（1）选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By2Corners命令，弹出【RectangleBy2Corners】对话框。
（2）在【WPX】设置框中输入“0”，在【WPY】设置框中输入“0”，在【Width】设置框中输入“80”,在【Height】设置框中输入“100”，单击“Apply”按钮。
（3）在【WPX】设置框中输入“-20”，在【WPY】设置框中输入“20”，在【Width】设置框中输入“20”,在【Height】设置框中输入“60”，单击“OK”按钮，关闭对话框。
（4）选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Circle>SolidCircle命令，弹出【SolidCircularArea】对话框。
（5）在【WPX】设置框中输入“80”，在【WPY】设置框中输入“50”，在【Radius】设置框中输入“50”，单击“Apply”按钮。
（6）同理依次输入圆2，圆3的坐标，生成对应的面积，坐标如下表所示。
圆的参数
参数
圆2
圆3
WPX
0
0
WPY
20
80
radius
20
20
（7）输入circle3坐标后，单击“OK”按钮，关闭【SolidCircularArea】对话框。
（8）选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas命令,弹出【AddAreas】面板。
（9）在设置框中输入“1”，并按回车键确认，同理依次输入“2”，“3”，“4”，“5”，单击“OK”按钮。
（10）选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Circle>SolidCircle命令，弹出【SolidCircularArea】对话框。
（11）参照步骤（5）依次输入3个圆面积参数，生成3个圆面积，其参数如下表。
圆的参数
参数
圆1
圆2
圆3
WPX
80
0
0
WPY
50
20
80
radius
30
10
10
（12）选择UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering命令，弹出【PlotNumberingControls】对话框。
（13）在【Area】选择栏单击鼠标，使其显示为“on”,单击“OK”按钮，关闭对话框，此时可见模型面积编号。
（14）选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas，弹出【SubtractAreas】面板。
（15）首先用鼠标拾取面积A6，单击“OK”按钮。
（16）用鼠标依次拾取面积A1,A2,A3,单击“OK”按钮，关闭对话框。
实体模型图
3.定义单元类型。
（1）Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete.就会弹出【ElementTypes】单元类型对话框.。
（2）点击“Add”按钮.就会弹出【LibraryofElementTypes】单元类型对话框.。
（3）在【LibraryofElementTypes】选择栏选择【StructuralSolid】选项，然后在其右侧选择栏选择【8node82】选项，单击“OK”按钮，关闭【LibraryofElementTypes】对话框。
（4）在【ElementTypes】对话框中单击“Option”按钮，弹出【PLANE82elementtypeopinions】对话框。
（5）在【K3】选择栏选择【Planestrsw/thk】（平板应力），在【K5】选择栏选择【Nodalstress】选项，单击“OK”按钮，关闭对话框。
（6）单击“Close”按钮，关闭【ElementTypes】对话框。
4.定义实常数。
（1）选择MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete命令，弹出【RealConstants】对话框。
（2）点击“Add”按钮,弹出【ElementTypeforRealConstants】对话框。
（3）选择【Type1PLANE82】选项，单击“OK”按钮，弹出【RealConstantSetNumber1,forPLANE82】对话框。
（4）在【THK】设置框中输入“20”，单击“OK”按钮,确认输入，关闭对话框。
（5）单击“Close”按钮，关闭【RealConstants】对话框。
5定义材料属性。
（1）选择Main Menu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令，弹出【DefineMaterialModelBehavior】窗口。
（2）在【MaterialModelsAvailable】选择栏选择Structural,Linear,Elastic,Isotropic命令，就会弹出一个对话框。
（3）在【EX】设置框中输入“2E5”,在【PRXY】设置框中输入“0.3”.
（4）单击“OK”按钮,确认输入，关闭此对话框。
（5）在【MaterialModelsAvailable】选择栏选择Structural>Density命令，弹出【DefineforMaterialNumber1】对话框。
（6）在【DENS】设置框中输入“7.854E-6”。
（7）单击“OK”按钮,确认输入，关闭此对话框。
（8）【DefineMaterialModelBehavior】窗口选择Material>Exit命令，退出定义材料属性的窗口。
6.生成有限元模型。
（1）选择MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool命令，弹出【MeshTool】面板。
（2）在【ElementAttributes】选择栏单击“Set”按钮，弹出【MeshingAttributes】对话框，各选项如下：
【TYPE】:
1PLANE82
【MAT】:
1
【REAL】:
1
【ESYS】:
0
【SECNUM】:
Nonedefined
（3）单击“OK”按钮,确认输入，关闭此对话框。
（4）在【MeshTool】面板中选择【SmartSize】选项，并拖动滑块到“6-8”之间的位置。
（5）单击【SizeControl】选择栏中【Global】对应的“Set”按钮，弹出【GlobalElementSizes】对话框。
（6）在【Size】设置框中输入“5”，表示单元边长为5mm。
（7）单击“OK”按钮,确认输入，关闭【GlobalElementSizes】对话框。
（8）单击“Mesh”按钮，弹出【MeshArea】面板。
（9）单击“PickAll”按钮，开始单元划分。
（10）单击“Close”按钮，关闭【MeshTool】面板。
生成有限元单元划分图
7施加载荷并求解。
（1）选择MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，弹出【NewAnalysis】对话框。
（2）选择【Static】选项，单击“OK”按钮，关闭对话框。
【注意】
（1）,
（2），步的操作可以省略，因为ANSYS默认的分析就是静力分析。
（3）选择MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnLines命令，弹出【ApplyU,ROTonLines】面板。
（4）用鼠标拾取两个小圆的边缘线，单击“OK”按钮，弹出【ApplyU,ROTonLines】对话框。
（5）在【DOFstobeconstrained】选择栏选择【ALLDOF】选项，单击“OK”按钮，关闭对话框。
（6）选择Main Menu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>
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