有限元分析和ansys实例报告.docx
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有限元分析和ansys实例报告
有限元分析和
ANSYS实例报告
一、三维托架实体受力分析
二、地震位移谱分析三．铸造热分析四、MCM多芯片组件加散热器（热沉）的冷却分析
三维托架实体受力分析
题目：
1、三维托架实体受力分析：
托架顶面承受50psi
的均匀分布载荷。
托架通过有孔的表面固定在墙上，托架是钢制的，弹性模量E=29X106psi,泊松比v=0.3.试通过ANSYS输出其变形图及其托架的vonMises应力分布。
分析:
先进行建模，此建模的难点在对V3的构建。
建模后，就对模型进行网格的划分，实行MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,先对网
格尺寸进行编辑，选0.1，然后点Meshing,Pickall进行网格划分，所得结果如图1-1。
划分网格后，就可以对模型施加约束，接着就可以对实体进行加载求解了，载荷是施加在三维托架的最顶上的表面的，加载后求解运算，托架的变形图如图1-2。
图1-2输出的是原型托架和施加载荷后托架变形图的对比，由于载荷的作
用，托架上面板明显变形了，变形最严重的就是红色部分，这是因为没有任何物体与其承受载荷，故其较容易变形甚至折断。
图1-1托架网格图
如图1-3所示是托架应力分布图，由图易看出主要在两孔处出现应力集中
在使用托架的时候，应当注意采取一些设施减缓其应力集中，特别是在施加载
DEC222011i3：
2L：
04
.J043S
5TEP=1SUB=LTim=_
R3T5-0
DMX=.039153MX"□坤W
.Doa?
・017^
DL30£
.02gi
i0304&b03ylS
荷时，绝对不能够超过托架所能承受的极限，否则必将导致事故的发生。
UODX50ILUTI0M
图1-2托架位移图
presiMj&.yBLBoftoracKetBtructmre
图1-3托架应力分布图
一、指定分析标题
1、修改文件名：
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeJobname,将文件名改为“bracket”。
2、修改标题：
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeTitle，将标题名改为“pressanalysisofbracketstructure”。
二、定义单元类型
选择结构壳单元类型：
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|
ElementType|Add/Edit/Delete，在对话框中单击“StructuralSolid”，在
右边的滚动框中选择“10node92”。
三、指定材料特性
1、材料模型定义：
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Material
Props|MaterialModels，依次选择Structural，Linear，Elastic和Isotropic。
2、在EX文本框中输入2.9E7,PRXY文本框中输入0.3。
定义材料的弹性
模量为2.9E6N/m2，泊松比为0.3。
3、保存数据库文件。
四、建立托架的有限元模型
1．根据坐标创建体：
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Volume|Block|ByDimensions，在对话框输入：
X1,X2
X-coordinates
：
-1,1；Y1,Y2；Y-coordinates：
-1.5，1.5；Z1,Z2
Z-coordinates
:
0,1/8;然后单击“APPLY”按钮，再次在对话框输入：
X1,X2
X-coordinates
：
-1,1；Y1,Y2Y-coordinates：
1.5，1.625；Z1,Z2
Z-coordinates
：
0，3。
2、体相加：
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Volumes，在对话框单击“PICKALL”。
3、建线：
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|StrainghtLine，选择关键点5、13生成L13直线。
4．生成面：
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Area|Arbitrary|ByLines，选择直线L1,L9,L13,L20,L24,L25生成面A4。
5．将面拉成体：
面选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|AlongNormal，选择面A4，拉伸值为“-1/8”，然后做体相加的操作
6．做圆：
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling
|Create|Areas|Circle|SolidCircle，圆的坐标分别为（0，-0.5）、（0，0.5），半径为0.25。
然后将圆拉成体，拉伸值为“1/8”。
7．体相减：
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate
|Booleans|Subtract|Volumes用整个体减去两个圆体完成体相减操作。
五、.网格划分
选取路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool将弹出
MeshTool对话框，单击“Mesh”按钮，弹出另一对话框，再次单击“PICKALL”按钮完成网格划分。
六、施加约束，载荷并求解
1．施加约束：
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Loads|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnAreas，选择两圆孔。
2．施加载荷：
选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply
|Structural〔Pressure|0nAreas,选择面A10,A19，载荷为50。
3．求解：
选取菜单路径MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS。
4．位移图：
选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|Plot
Results|ContourPlot|NodalSolu，选择NodalSolution|DOF
Solution|Displacementvectorsum将得到图1-2。
5．应力图：
选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|Plot
Results|ContourPlot|NodalSolu，选择NodalSolution|Stress|vonMises
Stress将得到如1-3。
附命令代码
/BATCH
ET,1,SOLID92
/DIST,1,0.924021086472,
/COM,ANSYSRELEASE
!
*
1
10.0UP20050718
!
*
/REP,FAST
21:
59:
1412/13/2011
MPTEMP,,,,,,,,
/DIST,1,0.924021086472,
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
1
,,,,,1
JJJJJJ1
MPDATA,EX,1,,2.9E7
/REP,FAST
/GRA,POWER
MPDATA,PRXY,1,,0.3
/DIST,1,0.924021086472,
/GST,ON
SAVE
1
/PLO,INFO,3
BLOCK,-1,1,-1.5,1.5,0,1/8,
/REP,FAST
/GRO,CURL,ON
BLOCK,-1,1,1.5,1.625,0,3,
/DIST,1,0.924021086472,
/CPLANE,1
FLST,2,2,6,ORDE,2
1
/REPLOT,RESIZE
FITEM,2,1
/REP,FAST
WPSTYLE,,,,,,,,0
FITEM,2,-2
/DIST,1,0.924021086472,
/CWD,'C:
\Documentsand
VADD,P51X
1
蓝诺桌面新建文
/VIEW,1,1,1,1
/REP,FAST
件夹新建文件夹三维托架'
/ANG,1
/DIST,1,0.924021086472,
/REPLOT,RESIZE
/REP,FAST
1
/FILNAME,bracke,0
LSTR,5,13
/REP,FAST
/TITLE,pressanalysisof
/REPLOT,RESIZE
/DIST,1,0.924021086472,
bracketstructure
/DIST,1,0.924021086472,
1
/PREP7
1
/REP,FAST
!
*
/REP,FAST
/FOC,1,,0.3,,1
/VIEW,1,1,1,1
/ANG,1
/REP,FAST
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
!
*
CM,_Y,VOLU
VSEL,,,,4
CM,_Y1,VOLUCHKMSH,'VOLU'CMSEL,S,_Y!
*
VMESH,_Y1
!
*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!
*
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,-30,XS,1
/REP,FAST
/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
LPLOT
FLST,2,6,4
FITEM,2,1
FITEM,2,9
FITEM,2,13
FITEM,2,20
FITEM,2,24
FITEM,2,25
AL,P51X
/REPLOT,RESIZE
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
APLOT
/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
!
*
VOFFST,4,-1/8,,
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,3
VADD,P51X
CYL4,0,-0.5,0.25
CYL4,0,0.5,0.25
!
*
VOFFST,1,1/8,,
!
*
VOFFST,2,1/8,,
FLST,3,2,6,ORDE,2
FITEM,3,1
FITEM,3,3
VSBV,2,P51X
/ANG,1,-30,XS,1
/ANG,1,30,XS,1
/STATUS,SOLU
/REP,FAST
/REP,FAST
SOLVE
FLST,2,8,5,ORDE,7
/ANG,1,30,XS,1
FINISH
FITEM,2,4
/REP,FAST
/POST1
FITEM,2,7
/ANG,1,30,XS,1
!
*
FITEM,2,-8
/REP,FAST
/EFACET,1
FITEM,2,10
FLST,2,2,5,ORDE,2
PLNSOL,U,SUM,0,1.0
FITEM,2,14
FITEM,2,18
!
*
FITEM,2,29
FITEM,2,26
/EFACET,1
FITEM,2,-31
/GO
PLNSOL,S,EQV,0,1.0
!
*
!
*
SAVE
/GO
SFA,P51X,1,PRES,50
FINISH
DA,P51X,ALL,
FINISH
!
/EXIT,MODEL
/UI,MESH,OFF
/SOL
二．地震位移谱分析
如图所示为一板梁结构，试计算在Y方向地震位移谱作用下的构件响应情况。
板梁结构相关参数见下表所示。
表1-1板梁结构几何参数和材料参数
频率
0.5
1.0
2.4
3.8
17
18
20
32
位移
1.0
0.5
0.8
0.7
1.0
0.7
0.8
0.3
相应
表
板厚
梁宽度
梁高度
梁截面面
梁惯性矩
梁惯性矩
弹性模量
泊松
密度
度
B/mm
H/mm
积
IZZ/mm
IYY/mm
E/GPa
比
Kg/
T/m
S/mm2
4
4
m3
m
2
3
4
12
16
9
220
0.3
780
0
谱
]n：
r
图2-1板梁结构模型图
分析：
第一步是建立实体模型，并选择梁单元和壳单元模拟梁和板进行求
解。
求解时，首先进行的就是模态分析，约束好六条梁，就可以进行模态的分析求解了。
模态分析后，相应的就进行频谱分析，在输入频率和位移后开始运算求解。
此后进行模态扩展分析，最后进行模态合并分析。
分析完后，再对结果进行查看。
通过命令MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>Nodal
Solution查看节点位移结果、节点等效应力结果（图2-3）及反作用力结果（图
2-4）
图2-2划分网格的梁和板模型
一、指定分析标题
1、修改文件名：
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeJobname，将文件名改为“EXERCISER。
2、修改标题：
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeTitle，将标题名改为“responseanalysisofabeam-shellstructure”。
二、定义单元类型结构壳单元类型：
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，在左边的滚动框中选“StructuralShell”，选择结构壳单元类型。
在右边的滚动框中选“Elastic4node63”。
接着继续在LibraryofElementTypes（单元类型库）对话框的左边滚动框中单击“StructuralBeam”，在右边的滚动框中单击“3Delastic4”。
三、定义单元实常数
1．单元类型：
选取菜单途径MainMenu|Preprocessor|Real
Constants，在选择单元类型列表框中，单击“Type1SHELL63”使其高亮度显示，选择第一类单元SHELL63。
2．在对话框中的ShellthicknessatnodeITK（I）（壳的厚度）文本框中输入2E-3，定义板壳的厚度为2E-3m。
3．重复步骤1的过程，在框中单击“Type2BEAM4”，在对话框中的文本框中分别输入下列数据：
AREA为1.2E-5,IZZ和IYY分别为16E-12,9E-12,TKZ和TKY分别为3E-3,4E-3。
四、.指定材料特性
1．材料模型定义：
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，依次双击Structural，Linear，Elastic和
Isotropic，在EX文本框中输入2.2E11，PRXY文本框中输入0.3。
定义材料的弹性模量为2.2E11N/m2，泊松比为0.3。
2.接着双击Density，在DENS文本框中输入7.8E3，设定1号材料密度为7.8E3Kg/m3。
3.单击ANSYS6.1的ANSYSToolbar（工具条）上的“SAVE”按钮，保存数据库文件
五、建立梁有限元模型
1．创建关键点：
选取路径路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|InActiveCS，在对话框中输入Keypointnumber为1，
X,Y,Z位置分别为0，0，0。
对下面的关键点及X,Y,Z位置重复这一过程：
关键点2：
0，0，0.5；关键点3：
0，0，1.0；关键点4：
0，0，1.5。
2．创建直线：
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|Straightline，在图形窗口中单击关键点1、2创建直线L1。
然后依次单击关键点2、3和关键点3、4，创建直线L2,L3。
3．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，将弹出Plot
NumberingControls（序号显示控制）对话框。
4．在PlotNumberingControls（序号显示控制）对话框中单击Keypoint
numbers、Linenumbers和Areanumbers所对应的复选框，使其变为“On”。
5．选取菜单路径UtilityMenu|Multi-Plots，对图形输出窗口中的所建
几何模型根据前面的设置重新显示。
6．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool，
将弹出MeshTool（网格划分工具）对话框。
单击对话框中的单元属性设置区中的下拉框中的Lines,然后单击右边的“SET”按钮，将弹出线属性设置拾取对话框，单击其中的“PICKALL”按钮。
将会弹出LineAttributes（线单元属性设置）对话框。
7．单击对话框中的Materialnumber（材料序号）下拉框，Realconstantsetnumber（实常数序号）和Elementtypenumber（单元序号）下拉框，将其分
typenumber为2BEAM4。
8.在MeshTool（网格划分工具）对话框中的SizeControls（尺寸控制）区中，单击线单元的“SET”按钮，单击对话框中的“PICKALL”按钮，在对话框中的No.ofelementdivisions（分割单元数）文本框中输入“6”，定义在选定的每条线上将划分6个单元。
9.在网格划分工具对话框中，单击Mesh下拉框中的Lines，选定分网对象是线。
单击对话框中的“MESH”按钮，单击对话框中的“PICKALL”按钮,选定所有创建的线进行分网。
10.选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Copy|
Lines单击对话框中的“PICKALL”按钮，选择所有的线。
在线拷贝对话框中的Y-offsetinactiveCS文本框中输入“0.5,Itemstobecopied拉框中选
择LinesandMesh，设置拷贝项目为线及其网格。
11.重复操作步10,在弹出的线拷贝对话框中，删掉Y-offsetinactiveCS文本框中的“0.5”，在X-offsetinactiveCS文本框中输入“0.5”。
12.选择菜单路径UtilityMenu|Select|Entities，在对话框中最上面下拉框中单击Lines选项，指定选择对象为线。
在接下来的下拉框中单击ByLocation选项，单击“Xcoordinates”单选按钮，并在下面的Min,Max文本框中输入“0.5”，指定选择对象位置为X坐标值为“0.5”的所有对象。
单击
“FromFull”单选按钮，指定选取范围为全部。
然后单击“SELEALL”按钮，
再单击“OK”按钮关闭对话框，完成选择操作。
13.重复操作步10
14．选择菜单路径UtilityMenu|Select|Everything，选择模型中的所有元素。
选择菜单路径UtilityMenu|Plot|Replot，对建立好的所有单元进行显示。
六、建立板壳有限元模型
1．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，单击Linenumbers（线的序号）和Areanumbers（面的序号）所对应的复选框，使其变为“Off”。
然后单击Elem/Attribnumbering下拉框中的Nonumbering选项，
不显示任何单元序号。
仅保留Keypointnumbers（关键点序号）的设置为“On”。
2．选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Viewsetting|Viewing
Direction，将会弹出ANSYS6.1提供的ViewingDirection（观察方向）对话框。
3．在对话框中的XV,YV,ZVCoordsofviewpoint文本框中分别输入：
-0.5、
-0.9、1。
在Coordaxisorientation（坐标轴方向）下拉框中单击“X-axisdown”。
4．创面：
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Arbitrary|ThroughKPs，在图形窗口中依次单击关键点：
2，6，14和10创面。
5．选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool，将弹出MeshTool（网格划分工具）对话框。
6．单击对话框中ElementAttributes拉框中的“Global”，然后单击下拉框右边的“SET”按钮，将弹出单元属性设置对话框，单击对话框中的Elementtypenumber（单元类型序号）、Materialnumber（材料序号）下拉框、Realconstantsetnumber（实常数序
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