张琛1007240792《ANSYS工程分析与应用》大作业级.docx

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张琛1007240792《ANSYS工程分析与应用》大作业级

西安建筑科技大学

研究生课程考试试卷

考试科目：

ANSYS工程分析与应用

课程编码：

071060

任课教师：

郑建校

考试时间：

2011.01.10

学号：

1007240792

学生姓名：

张琛

题号

成绩

总成绩

学分

1

2

3

4

5

6

阅卷人签字

7

8

9

试题总页数

10

一、简述ANSYS软件的发展历史。

ANSYS公司成立于1970年，致力于工程仿真软件和技术的研发，在全球众多行业中，被工程师和设计师广泛采用。

1970年，DoctorJohnSwanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创立了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。

30年来，ANSYS公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及世界。

ANSYS公司重点开发开放、灵活的，对设计直接进行仿真的解决方案，提供从概念设计到最终测试产品研发全过程的统一平台，同时追求快速、高效和和成本意识的产品开发。

ANSYS公司和其全球网络的渠道合作伙伴为客户提供销售、培训和技术支持一体化服务。

ANSYS公司总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡，全球拥有60多个代理。

ANSYS全球有1700多名员工，在40多个国家销售产品。

ANSYS公司于2006年收购了在流体仿真领域处于领导地位的美国Fluent公司，于2008年收购了在电路和电磁仿真领域处于领导地位的美国Ansoft公司。

通过整合，ANSYS公司成为全球最大的仿真软件公司。

目前，ANSYS整个产品线包括结构分析（ANSYSMechanical）系列，流体动力学（ANSYSCFD（FLUENT/CFX））系列，电子设计（ANSYSANSOFT）系列以及ANSYSWorkbench和EKM等。

产品广泛应用于航空、航天、电子、车辆、船舶、交通、通信、建筑、电子、医疗、国防、石油、化工等众多行业。

二、节点、单元、单元类型的基本概念。

节点：

几何模型通过划分网格，转化为有限元模型，节点构成了网格的分布和形状，是构成有限元模型的基本元素。

单元：

有限元模型的组成元素，主要有点、线、面、体。

单元类型：

根据实体模型划分网格时所要确定的单元的形状，是单元属性的一部分，单元类型决定了单元的自由度，包括线单元（梁、杆、弹簧单元）、壳单元（用于薄板或曲面模型）、二维实体单元、三维实体单元、线性单元、二次单元和P-单元。

三、ANSYS软件进行分析的一般步骤是什么？

1.创建有限元模型

（1）指定工作文件名和工作标题。

（2）定义单元类型和单元关键字。

（3）定义单元实常数。

（4）定义材料属性。

（5）创建几何模型。

2.施加载荷并求解

（1）施加载荷及载荷选项、设定约束条件。

（2）求解。

3.查看求解结果

程序计算完成之后，可以通过通用后处理POST1和时间历程后处理POST26查看求解结果。

POST1用于查看整个模型或部分模型在某一时间步的计算结果，POST26后处理器用于查看模型的特定点在所有时间步内的计算结果。

四、ANSYS软件划分网格的方法有那些？

并说明他们的优缺点。

包括四种网格划分法：

延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。

延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。

映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。

ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。

自适应网格划分是生成具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值域或达到用户定义的求解次数。

五、APDL的具体含义是什么？

APDL的全称是ANSYSParametricDesignLanguage（ANSYS参数化设计语言）。

可用来完成一些通用性强的任务，不仅是优化设计和自适应网格划分等ANSYS经典特性的实现基础，也为日常分析提供了便利。

用户可以利用程序设计语言将ANSYS命令组织起来，编写出参数化的用户程序，从而实现有限元分析的全过程，即建立参数化的CAD模型、参数化的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化的载荷和边界条件定义、参数化的分析控制和求解以及参数化的后处理。

六、ANSYS软件有哪些功能？

简述它的优缺点

（一）功能

1.结构分析

静力分析:

用于静态载荷。

可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：

大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等。

模态分析：

计算线性结构的自振频率及振形、谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变（也叫作响应谱或PSD）。

谐响应分析：

确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。

瞬态动力学分析：

确定结构对随时间任意变化的载荷的响应。

可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。

特征屈曲分析：

用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状（结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析）。

专项分析：

断裂分析，复合材料分析。

疲劳分析：

用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为。

它的显示方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法

2.ANSYS热分析。

热分析之后往往进行结构分析，计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力。

ANSYS功能：

相变（熔化及凝固），内热源（例如电阻发热等）三种热传递方式（热传导、热对流、热辐射）。

3.ANSYS电磁分析

磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。

静磁场分析-计算直流电（DC）或永磁体产生的磁场.交变磁场分析-计算由于交流电（AC）产生的磁场.瞬态磁场分析-计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场电场分析用于计算电阻或电容系统的电场。

典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。

高频电磁场分析用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。

4.ANSYS流体分析。

流体分析用于确定流体的流动及热行为。

流体分析分以下几类CFD/ANSYS/FLOTRAN提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。

声学分析-考虑流体介质与周围固体的互相作用，进行声波传递或水下结构的动力学分析等。

容器内流体分析-考虑容器内的非流动流体的影响。

可以确定由于晃动引起的静水压力。

流体动力学耦合分析-在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元。

5.ANSYS耦合场分析。

耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。

如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。

例如：

在压电分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）。

（二）优缺点：

1ANSYS是完全的WWS程序，从而使应用更加方便；

2产品系列由一整可扩展的、灵活集成的各模块组成，因而能满足各行各业的工程需要；

3它不仅可以进行线性分析，还可以进行各类非线性分析；

4它是一个综合的多物理场耦合分析软件，用户不但可用其进行诸如结构、热、流体流动、电磁等的单独研究，还可以进行这些分析的相互影响研究。

七、详述自己学习ANSYS软件的体会以及学习过程中应该注意的问题。

在学习ANSYS的过程中，有一些体会，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，对提高解决问题的能力是一个全面的锻炼过程，是一门相当难学的软件。

在初学软件时，繁琐复杂的安装程序很让人烦恼，经历了多次安装失败后才终于成功。

相对于其他类型软件，我个人认为ANSYS软件的建模过程比较复杂，不太容易入门，同时，学习ANSYS需要学习者有比较扎实的力学理论基础，对ANSYS分析结果能有个比较准确的预测和判断。

和其他软件一样，学习ANSYS时要多问，多想，更要有耐心，多思考，并且不断在失败中总结经验，吸取教训，结合实际多多练习才能够熟练掌握这款软件。

八、根据给定的图形，在ANSYS软件中建模、分析，并得出应力云图。

（注意：

所有的模型必须提交APDL命令流）

如下图所示是某产品的一个扳手部件。

材料为ZG25，技术要求是去毛刺、锐边。

试对该扳手进行必要的分析。

（单位：

mm）

1、运行ANSYS并建立模型

图1扳手有限元模型

2、四方形内各面分别加约束，在点（1.46，,0.06,0.2025）加沿y轴力200N。

执行Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Force→On Keypoints命令。

3、划分网格

图2网络划分图

4、求解

图3求解图

5、显示变形

图4变形图

6、用等高线显示VonMises应力

图5应力云图

7、下图为节选点的切片图。

利用切片图可以显示模型内部个点的结果。

图6切片图

部分命令流：

/BATCH

/COM,ANSYSRELEASE11.0SP1UP2007083019:

19:

5905/12/2011

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1

/GRA,POWER

/GST,ON

/PLO,INFO,3

/GRO,CURL,ON

/CPLANE,1

/REPLOT,RESIZE

WPSTYLE,,,,,,,,0

/REPLOT,RESIZE

!

*

/NOPR

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

!

*

/COM,

/COM,PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:

/COM,Structural

!

*

/PREP7

!

*

ET,1,PLANE42

!

*

ET,2,SOLID45

!

*

!

*

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2E11

MPDATA,PRXY,1,,0.3

CYL4,0,0,0.019,,,,0.01

/VIEW,1,1,1,1

/ANG,1

/REP,FAST

/REPLOT,RESIZE

wprot,45,0,0

/VIEW,1,,,1

/ANG,1

/REP,FAST

BLOCK,-0.0055,0.0055,-0.0055,0.0055,0,0.01,

/VIEW,1,1,1,1

/ANG,1

/REP,FAST

VDELE,2,,,1

/REP,FAST

BLOCK,-0.0055,0.0055,-0.0055,0.0055,0,0.01,

/VIEW,1,,,1

/ANG,1

/REP,FAST

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,-2

/VIEW,1,1,1,1

/ANG,1

/REP,FAST

/REPLOT,RESIZE

VSBV,P51X,1

VSBV,1,2

/VIEW,1,1,1,1

/ANG,1

/REP,FAST

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/VIEW,1,,,1

/ANG,1

/REP,FAST

wprot,-45,0,0

/REPLOT,RESIZE

BLOCK,0.052,0.158,-0.006,0.006,0.018,0.0225,

/REPLOT,RESIZE

/DIST,1,1.08222638492,1

/VIEW,1,1,1,1

/ANG,1

/REP,FAST

FLST,2,1,8

FITEM,2,0.152,0,0.225E-01

WPAVE,P51X

CYL4,0,0,0.003,,,,0.0045

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

VDELE,2,,,1

FLST,2,1,8

FITEM,2,0.152,0,0.18E-01

WPAVE,P51X

CYL4,0,0,0.003,,,,0.0045

VSBV,1,2

CYL4,0,0,0.006,,,,0.0045

/DIST,1,0.729,1

/REP,FAST

FLST,3,2,5,ORDE,2

FITEM,3,15

FITEM,3,-16

VSBA,4,P51X

/REP,FAST

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,2

FITEM,2,5

VDELE,P51X,,,1

/DIST,1,0.729,1

/REP,FAST

VDELE,1,,,1

/DIST,1,0.729,1

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,YS,1

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

WPAVE,0,0,0

K,1,0.015,0.008,0.01,

K,110,0.015,0.008,0.01,

/REP,FAST

K,111,0.015,0.008,0,

/ANG,1,30,XS,1

/ANG,1,-30,ZS,1

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

LSTR,11,111

FLST,3,1,4,ORDE,1

FITEM,3,24

LSYMM,Y,P51X,,,,0,0

/ANG,1,-30,YS,1

/REP,FAST

/ANG,1,30,YS,1

/REP,FAST

/VIEW,1,1,1,1

/ANG,1

/REP,FAST

LSTR,24,5

LSTR,17,2

LSTR,21,8

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

LSTR,18,20

FLST,8,4,4

FITEM,8,29

FITEM,8,26

FITEM,8,28

FITEM,8,27

VDRAG,13,,,,,,P51X

/REP,FAST

FLST,8,4,4

FITEM,8,29

FITEM,8,26

FITEM,8,27

FITEM,8,28

VDRAG,13,,,,,,P51X

FLST,2,2,4

FITEM,2,29

FITEM,2,28

AL,P51X

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

SAVE

/USER,1

/VIEW,1,0.930841123429,0.212665637781,-0.297166837720

/ANG,1,25.8041731401

/REPLO

/VIEW,1,0.405782792809,-0.446035696984,-0.797742115020

/ANG,1,19.2144565603

/REPLO

/VIEW,1,0.252526250464E-01,-0.780828348884,-0.624235047484

/ANG,1,3.46073620269

/REPLO

/VIEW,1,-0.152********3,-0.859580559024,-0.487762885658

/ANG,1,-12.6642158447

/REPLO

LPLOT

/VIEW,1,0.121400854974,-0.873121971442,-0.472143892683

/ANG,1,16.0333751315

/REPLO

/VIEW,1,-0.187********8,-0.715514917234,-0.672895896719

/ANG,1,-8.00529227215

/REPLO

/REP,FAST

/VIEW,1,-0.764712589162,0.422781671134,0.486282134702

/ANG,1,-36.1273799435

/REPLO

/VIEW,1,-0.681421657675,-0.367709008121,-0.632814830577

/ANG,1,-27.9145123774

/REPLO

/FOC,1,0.706728761428E-01,-0.325496313044E-02,0.118783971362E-01

/REPLO

/VIEW,1,-0.482875900484,-0.510996691139,-0.711135181507

/ANG,1,-22.4543010988

/REPLO

/FOC,1,0.539280982957E-01,0.112367621651E-02,0.201021211417E-01

/REPLO

/VIEW,1,-0.202628695567,-0.945184140106,-0.256063572234

/ANG,1,-41.0416824549

/REPLO

/REP,FAST

/REPLO

FLST,2,5,4,ORDE,3

FITEM,2,24

FITEM,2,-27

FITEM,2,29

LDELE,P51X,,,1

LDELE,10,,,1

/REP,FAST

/DIST,1,0.364450002825E-01

/ANG,1,13.8583175451

/REPLO

/REP,FAST

/REP,FAST

FLST,2,1,8

FITEM,2,0,0,0.5E-02

WPAVE,P51X

FLST,3,1,3,ORDE,1

FITEM,3,8

KSYMM,Z,P51X,,,,0,0

LPLOT

LSTR,18,1

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FAST

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST

FLST,3,2,3,ORDE,2

FITEM,3,1

FITEM,3,8

KSYMM,Y,P51X,,,,0,0

LSTR,4,17

LSTR,22,24

LDELE,25,,,1

LSTR,20,17

/VIEW,1,-0.320778930736,-0.330216905688,-0.887726124879

/ANG,1,19.8825641163

/REPLO

/VIEW,1,-0.189********9,0.246632427858E-01,-0.981649700396

/ANG,1,21.2720783313

/REPLO

/VIEW,1,-0.239121935717,-0.576003108595,-0.781691191423

/ANG,1,8.80266729118

/REPLO

LSTR,20,6

LSTR,1,8

LSTR,4,1

LSTR,6,8

NUMMRG,ALL,,,,LOW

NUMCMP,ALL

FLST,2,4,4

FITEM,2,23

FITEM,2,30

FITEM,2,34

FITEM,2,31

AL,P51X

FLST,2,4,4

FITEM,2,25

FITEM,2,26

FITEM,2,27

FITEM,2,34

AL,P51X

FLST,2,4,4

FITEM,2,33

FITEM,2,32

FITEM,2,29

FITEM,2,27

AL,P51X

FLST,2,4,4

FITEM,2,24

FITEM,2,28

FITEM,2,29

FITEM,2,31

AL,P51X

FLST,2,4,4

FITEM,2,30

FITEM,2,26

FITEM,2,28

FITEM,2,33

AL,P51X

/REP,FAST

/REP,FAST

FLST,2,4,4

FITEM,2,23

FITEM,2,24

FITEM,2,32

FITEM,2,25

AL,P51X

VPLOT

APLOT

/REP,FAST

/REP,FAST

/REP,FAST

/ANG,1,30,XS,1

/REP,FA