ansys分析实例.docx
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ansys分析实例
ansys分析实例
计算机辅助机械设计
实验指导书
实验一桁架的结构有限元静力分析.....................19
实验二三维实体结构的有限元静力分析.................11
实验三桁架的结构有限元静力分析一、实验目的
1（掌握有限元分析的基本原理和有限元分析软件的操作及应用。
2.掌握用GUI和命令流方法建立桁架结构的有限元模型，通过静力分析确定结构的应力及变形分布。
二、实验设备和工具
计算机、ANSYS软件
三、实验内容
1（用GUI和命令流的方法建立桁架结构模型;
2（单元类型、材料属性的确定;载荷和约束的施加;分析结果的后处理等。
四、.实验步骤
2
问题描述
一个有三根杆组成的珩架承受纵向和横向载荷。
珩架的重量在最大应力不超过400psi最小化。
（因此重量为目标函数。
）三根梁的横截面面积和基本尺寸,在指定范围内变化。
结构的重量初始设计为109.10磅。
缺省允差（由程序计算）为初始重量的1%（11磅）。
但是，为了便于收敛，一阶方法的优化分析中将目标函数的允差定为2.0。
问题参数
分析中使用如下材料特性:
E=2.1E6psi
3RHO=2.85E-4lb/in（比重）
最大许用应力=400psi
分析中使用如下几何特性:
2横截面面积变化范围=1到1000in（初始值为1000）
基本尺寸B变化范围=400到1000in（初始值为1000）
问题简图
3
第一步:
指定文件名
1（选择UtilityMenu>File>ChangeJobname，打开文件名对话框。
2（输入“truss”为工作文件名。
3（单击OK关闭对话框。
第二步:
指定分析题目
1（选择UtilityMenu>File>ChangeTitle，打开更改分析题目对话框。
2（输入“OptimizationofaThree-BarTruss”作为分析题目。
3（单击OK关闭对话框。
第三步:
定义参数初始值
1（选择UtilityMenu>Parameters>ScalarParameters，打开数值参数对话框。
在选
择区域中输入下列内容:
B=1000按ENTER键
A1=1000按ENTER键
A2=1000按ENTER键
A3=1000单击OK。
参数将在菜单中显示出来。
2（在数值参数对话框中单击OK。
第四步:
定义单元类型
1（选择MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete，打开单元类型
对话框。
2（在单元类型库对话框中单击Add。
3（在左边列中单击StructuralLink。
4（在右边列中单击2DSpar1。
5（在单元参考号区域键入1。
6（在单元类型库对话框中单击OK。
7（在单元类型对话框中单击Close。
第五步:
定义实参
1（选择MainMenu>Preprocessor>RealConstants，打开实参对话框。
2（单击Add，打开实参对话框中单元类型。
3（单击OK，打开LINK1实参对话框。
4（在实参序列号区域中键入1。
5（在横截面区域中键入A1。
6（单击Apply。
这将确认LINK1的实参并将1000输入实参1的横截面区域。
7（在实参序列号区域键入2。
8（在横截面面积区域键入A2。
9（单击Apply。
这将确认LINK1的实参并将1000输入实参1的横截面区域。
10（在实参序列号区域键入3。
11（在横截面面积区域键入A3。
12（在LINK1实参对话框中单击OK。
13（在实参对话框中单击Close。
4
第六步:
定义材料特性
1（选择MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>-Constant->Isotropic，打开各项同性材料特性对话框。
2（在材料号区域中输入1。
3（单击OK打开第二个各项同性材料特性对话框。
4（在杨氏模量对话框输入2.1E6。
5（单击OK并关闭对话框。
第七步:
生成结点
1（选择MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>Nodes>InActiveCS，打开在活动坐标系中生成结点对话框。
2（在结点号区域中输入1。
3（在活动坐标域，第一个域中输入-B，第二个域中输入0，第三个输入0。
4（单击Apply。
结点1将出现在ANSYS图形窗口。
5（在结点号码域中输入2。
6（在活动坐标域，第一个域中输入0，第二个域中输入0，第三个输入0。
7（单击Apply。
结点2将出现在ANSYS图形窗口。
8（在结点号码域中输入3。
9（在活动坐标域，第一个域中输入B，第二个域中输入0，第三个输入0。
10（单击Apply。
结点2将出现在ANSYS图形窗口。
11（在结点号码域中输入3。
12（在活动坐标域，第一个域中输入0，第二个域中输入-1000，第三个输入0。
13（单击OK关闭在活动坐标系生成结点对话框。
结点4将出现在ANSYS图形窗口中。
所有4个结点都出现在ANSYS图形窗口中。
14（打开结点号码。
选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControls>Window
Options打开窗口选项对话框。
15（在结点号码框上单击OFF（将切换为ON）。
16（单击OK关闭对话框。
17（选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControls>WindowsOptions打开窗口对话框。
18（在坐标位置出选取不显示选项。
19（单击OK关闭对话框。
第八步:
生成单元
1（选择菜单MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>Elements>-Auto
Numbered->ThruNodes打开结点对话框的单元项。
2（在图形窗口，拾取结点1和4（按照该顺序）。
在选择的结点周围将出现一个小框。
3（在该对话框单击OK关闭对话框。
ANSYS图形窗口中1和4结点之间将出现一个线单元1。
4（选择菜单MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>Elements>
ElemAttributes打开单元特性对话框。
5（在实参序列号中输入2。
5
6（在单元特性对话框中单击OK。
7（选择菜单MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>Elements>-Auto
Numbered->ThruNodes打开结点对话框的单元项。
8（在图形窗口，拾取结点2和4（按照该顺序）。
9（在该对话框单击OK关闭对话框。
ANSYS图形窗口中3和4结点之间将出现一个线单元2。
10（选择菜单MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>Elements>ElemAttributes
打开单元特性对话框。
11（在实参序列号中输入2。
12（在单元特性对话框中单击OK。
13（选择菜单MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>Elements>-Auto
Numbered->ThruNodes打开结点对话框的单元项。
14（在图形窗口，拾取结点2和4（按照该顺序）。
15（在该对话框单击OK关闭对话框。
ANSYS图形窗口中3和4结点之间将出现一个线单元3。
第九步:
施加位移约束和载荷
1（选择菜单MainMenu>Solution>-Loads->Apply>-Structural->Displacement>On
Nodes打开ApplyU，ROTonNodes的对话框。
2（在ANSYS图形窗口，拾取结点1，2和3。
3（单击OK关闭对话框并打开第二个ApplyU，ROTonNodes的对话框。
4（在要约束的自由度菜单上单击ALLDOF选项。
5（单击OK关闭对话框。
6（选择菜单MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>On
Nodes打开ApplyF/MonNodes对话框。
7（在ANSYS图形窗口，拾取结点4。
8（在对话框中单击OK关闭并打开第二个ApplyF/MonNodes对话框。
9（将Force/Mom方向设为FX。
10（在Force/MomentValue域输入200000。
11（单击OK关闭对话框。
在结点4上将出现一个横向箭头表示施加的载荷。
12（选择菜单MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Strutural-Force/Moment>OnNodes
打开ApplyF/MonNodes对话框。
13（在ANSYS图形窗口，单击结点4。
14（在对话框中单击OK关闭并打开第二个ApplyF/MonNodes对话框。
15（将Force/Mom方向设为FX。
16（在Force/MomentValue域输入-200000。
17（单击OK关闭对话框。
在结点4上将出现一个垂直箭头表示施加的载荷。
第十步:
求解模型
1（选择菜单MainMenu>Solution>-Solve->CurrentLS打开SolveCurrentLoadStep对话框。
求解目标和载荷步选项在出现在状态窗口。
2（查看状态窗口中的目标信息并在菜单条上单击Close关闭。
3（在该对话框中单击OK。
4（求解完毕后，将出现信息框告诉用户求解完毕。
单击Close关闭对话框。
6
第十一步:
进入后处理器并读出单元总体积
1（选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable打开ElementTableData对话框。
2（单击Add定义单元表格并打开DefineAdditionalElementaryTableItems对话框。
3（在UserLabel域中输入EVOL。
4（在Item,CompResultsDataItem菜单的左列单击Geometry，在右列单击ElemVolumeVOLU。
5（单击OK关闭对话框。
6（在ElementTableData对话框中单击Close。
7（选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>SumofEachItem打开TabularSumofEachElementTableItem对话框。
8（单击OK计算总和。
SSUM命令窗口将显示总和为0.382842E+07。
9（单击菜单条上的Close关闭SSUM命令窗口。
10（选择菜单UtilityMenu>Parameters>GetScalarData打开GetScalarData对话框。
11（在TypeofDatatobeRetrieved菜单左列单击ResultsData，在右列单击ElemTableSums。
12（单击OK关闭对话框并打开GetElementTableSumResults对话框。
13（在NameofParametertobeDefined域输入VTOT。
14（单击OK关闭对话框。
15（选择菜单UtilityMenu>Parameters>ScalarParameters打开ScalarParameters对话框。
16（在Selection域输入RHO=2.85E-4并按ENTER键。
本信息应显示在菜单上。
17（在Selection域输入WT=RHO*VTOT并按ENTER键。
总的体积将计算并显示在菜单中。
重量应为1091.10173。
18（单击Close关闭对话框。
第十二步:
读出轴向应力
1（选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable打开ElementTableData对话框。
2（单击Add打开DefineAdditionalElementTableItems对话框。
3（在UserLableforItem域键入SIG。
4（在Item,CompResultsDataItem菜单左列单击BySequenceNum，在右列单击LS。
5（在Selection域，在“LS”后键入1（表示序列号为1）。
6（单击OK关闭对话框。
7（在ElementTableData对话框中单击Close。
8（选择菜单UtilityMenu>Parameters>GetScalarData打开GetScalarData对话框。
9（在theTypeofDatatobeRetrieved菜单，在左列单击ResultsData，在右列单击ElemTableData。
10（单击OK关闭对话框并打开GetElementTableData对话框。
11（在NameofParametertobeDefined域输入SIG1。
7
12（在ElementNumberN域输入1。
13（将ElemTableDatatobeRetrieved域设为SIG。
14（单击Apply关闭对话框并打开GetScalarData对话框。
15（在TypeofDatatobeRetrieved菜单，在左列单击ResultsData，在右列单击ElemTableData。
16（单击OK打开GetElementTableData对话框。
17（在NameofParametertobeDefined域输入SIG2。
18（在ElementNumberN域输入2。
19（将ElemTableDatatobeRetrieved域设为SIG。
20（单击Apply关闭对话框并打开GetScalarData对话框。
21（在TypeofDatatobeRetrieved菜单，在左列单击ResultsData，在右列单击ElemTableData。
22（单击OK打开GetElementTableData对话框。
23（在NameofParametertobeDefined域输入SIG3。
24（在ElementNumberN域输入3。
25（将ElemTableDatatobeRetrieved域设为SIG。
26（单击OK关闭对话框。
27（计算轴向应力的绝对值。
选择菜单UtilityMenu>Parameters>ScalarParameters打开ScalarParameters对话框。
在Selection域输入以下信息:
SIG1=ABS（SIG1）输入ENTER
SIG2=ABS（SIG2）输入ENTER
SIG3=ABS（SIG3）单击OK
28（单击Close关闭对话框。
第十三步:
显示当前设计
1（选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SizeandShape打开theSizeandShape
对话框。
2（在Displayofelementshapesbasedonrealconstantdescription表示的行中单击OFF将其切换为ON。
3（在RealconstantMultiplier域中输入2。
4（单击OK关闭对话框。
5（选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate打开Pan,Zoom,Rotate对话框。
6（单击ISO显示3杆珩架的轴测图。
7（单击Close关闭对话框。
8（选择菜单UtilityMenu>Plot>Elements画出珩架。
第十四步:
生成优化分析文件
1（选择菜单UtilityMenu>File>WriteDBLogFile打开WriteDatabaseLog对话框。
2（在WriteDatabaseLogTo域中添加“truss.lgw”到路径名中。
3（单击OK关闭对话框。
第十五步:
进入优化处理器并指定分析文件
8
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>-AnalysisFile->Assign打开AssignAnalysis
File对话框。
2（在Selection域添加“truss.lgw”到路径名（或在文件列表中拾取truss.lgw）。
3（单击OK关闭对话框。
第十六步:
定义优化设计变量
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>DesignVariables打开DesignVariables对话
框。
2（单击Add打开DefineaDesignVariable对话框。
3（在ParameterName菜单单击B;B将出现在Selection域。
4（在MinimumValue域中输入400。
5（在MaximumValue域中输入2000。
6（单击Apply确认设计变量。
7（在ParameterName菜单单击A1;A1将出现在Selection域。
8（在MinimumValue域中输入1。
9（在MaximumValue域中输入1000。
10（单击Apply确认设计变量。
11（在ParameterName菜单单击A2。
12（在MinimumValue域中输入1。
13（在MaximumValue域中输入1000。
14（单击Apply确认设计变量。
15（在ParameterName菜单单击A3。
16（在MinimumValue域中输入1。
17（在MaximumValue域中输入1000。
18（单击OK关闭对话框。
19（单击Close关闭DesignVariables对话框。
第十七步:
定义优化状态变量
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>StateVariables打开StateVariables对话框。
2（单击Add打开DefineaStateVariable对话框。
3（在ParametersName域选择SIG1;SIG1将出现在Selection域。
4（在UpperLimit域输入400。
5（单击Apply确认状态变量。
6（在ParametersName域选择SIG2;SIG2将出现在Selection域。
7（在UpperLimit域输入400。
8（单击Apply确认状态变量。
9（在ParametersName域选择SIG3;SIG3将出现在Selection域。
10（在UpperLimit域输入400。
11（单击OK关闭对话框。
12（单击Close关闭StateVariable对话框。
第十八步:
存储优化数据库
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>-OptDatabase->Save打开SaveOptimization
Data对话框。
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2（在Selection域添加“trussvar.opt”到路径名。
3（单击OK关闭对话框。
第十九步:
设置重量为目标函数
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>Objective打开DefineObjectiveFunction对
话框。
2（在ParameterName菜单单击WT;WT将出现在Selection域。
3（在ConvergenceTolerance域输入2。
4（单击OK关闭对话框。
第二十步:
指定一阶优化方法
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>Method/Tool打开SpecifyOptimization
Method对话框。
2（在SelectMethod/Tool列表中单击First-Orderradio按纽。
3（单击OK打开ControlsforFirst-OrderOptimization对话框。
4（在maximumIterations域中输入45。
5（单击OK关闭对话框。
第二十一步:
运行优化
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>Run打开BeginExecutionofRun对话框。
2（查看分析信息，单击OK开始优化运算。
求解过程要持续一些时间。
在优化循环结束后，最佳设计序列号为16，重量为301.23。
第二十二步:
列出最佳设计序列和所有设计序列
1（选择菜单MainMenu>DesignOpt>-DesignSets->List打开ListDesignSet对话
框。
2（在列表选项中拾取BEST序列。
3（拾取OK打开OPLIST命令窗口。
最佳序列为16。
4（在查看优化参数值后，在菜单条上单击Close。
5（选择菜单MainMenu>DesignOpt>-DesignSets->List打开ListDesignSets对
话框。
6（在列表选项中拾取ALL序列。
7（单击OK打开OPLIST命令窗口。
8（查看完所有设计序列后，单击菜单条上的Close。
第二十三步:
将重量和基本尺寸作为迭代次数的函数显示
1（选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate打开Pan-Zoom-Rotate对话
框。
2（单击Front选择X-Y平面视角。
3（单击Close关闭对话框。
4（选择UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Graphs打开GraphControls对话框。
5（在X-Axis标记域输入ITERATIONNUMBER。
6（在Y-Axis标记域输入STRUCTUREWEIGHT。
7（单击OK关闭对话框。
10
8（选择菜单MainMenu>DesignOpt>Graphs/Tables打开Graph/ListTablesof
DesignSetParameters对话框。
9（在Y-VariableParams菜单单击WT。
10（单击OK关闭对话框。
在ANSYS图形窗口将显示重量和
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