ANSYS实验.docx

ANSYS实验.docx

《ANSYS实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS实验.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

ANSYS实验

平面结构静力有限元分析报告

一、实验目的：

1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。

2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。

3、能利用ANSYS软件对平面结构进行静力有限元分析。

二、实验设备：

微机，ANSYS软件。

3、实验一

1．问题描述

如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。

已知条件：

F＝20N/mm，L＝200mm，b＝100mm，圆孔半径r＝20，圆心坐标为（100，

50），E＝200Gpa。

板的左端固定。

2．建立有限元模型

1）．建立工作目录并添加标题

进入ANSYS，在File菜单中设置工作文件名为Plane、标题为plane。

2）．创建实体模型

（1）创建矩形

通过定义原点、板宽和板高定义矩形，板宽200mm，板高100mm。

（2）生成圆面

首先在矩形面上生成圆，然后通过布尔“减”操作生成圆孔。

3）．定义材料属性

材料属性是与几何模型无关的本构关系，如弹性模量、密度等。

虽然材料属性不是与单元直接相联系在一起，但是由于计算单元矩阵时需要材料属性。

与单元类型相似，材料也可以定义多个，本问题只有一种材料，因此只需定义一种材料，而且只需定义弹性模量和泊松比，EX=200000MPa，PRXY＝0.3。

需要注意，长度的单位为mm,那么这里的单位应设置为MPa。

4）．划分网格

（1）选择单元

对于任何分析，必须在单元类型库中选择一种或者多种合适的单元类型。

对于本问题选择Plane82单元。

PLANE82单元有8个节点，每个节点有2个自由度，分别为x和y方向的平移，既可用作平面单元，也可以用作轴对称单元。

此单元具有一致位移形状函数，能很好地适应曲线边界。

（2）定义单元实常数

有限单元的几何特性，不能仅用其节点的位置充分表达，这时需要提供一些实常数来补充几何参数。

本问题所用单元类型为带厚度平面应力分析，因此分析类型设定为Planestrsw/thk类型，设置单元厚度为20mm。

（3）设定网格尺寸

采用用户自定义网格尺寸参数，其最大网格尺寸为20mm。

（4）划分网格

让ANSYS知道网格大小后划分网格。

3．施加载荷并求解

1）．定义约束

由已知得，需要固定板左边线，那么需要约束线上节点所有自由度。

2）．施加载荷

在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/20＝1Mpa，由于载荷方向离开板，为拉力所以为负值。

得到如下图所示效果。

3）．求解

完成以上操作后进行求解。

4．查看分析结果

下面查看分析结果，对于静力分析主要是模型位移及等效应力等值线图或者节点结果数据列表。

1）．显示模型变形图

2）．显示位移等值线分布图

由图可获知最大位移值。

3）．显示等效应力等值线图

由图发现最大应力出现在孔的上下顶点，与解析解吻合。

4）．显示变形动画

通过动画显示可以查看模型在载荷作用下的内力变化过程。

5）．列表显示位移结果数据

查看左侧边上的节点位移为零，验证ANSYS分析可靠。

6）．列表显示节点应力值

列表显示分析结果与参考数据相吻合，表明ANSYS分析结果可靠。

7）．列表显示反作用力值

在任何方向上，反作用力总是等于此方向上的载荷总和。

通过显示反作用力可以检验分析结果是否合理。

5．Log文件整理

/CLEAR!

清除数据

/FILENAME,Plane!

定义文件名称

/PREP7!

加载前处理模块

/TITLE,plane!

定义标题

BLC4,0,0,200,100!

创建矩形

CYL4,100,50,20!

生成圆面

ASBA,1,2!

布尔减运算生成圆孔

MP,EX,1,200000!

定义材料弹性模量

MP,PRXY,1,0.3!

定义材料泊松比

ET,1,plane82!

定义单元类型为平面单元plane42

KEYOPT,1,3,3!

设定单元时常数类型

R,1,20!

定义单元时常数

AESIZE,ALL,20!

设定网格尺寸

AMESH,ALL!

划分网格

FINISH!

退出前处理模块

/SOLU!

加载求解模块

FLST,2,1,4,ORDE,1

FITEM,2,4

DL,P51X,,ALL!

约束板左侧边线上所有节点的自由度

FLST,2,1,4,ORDE,1

FITEM,2,2

SFL,P51X,PRES,-1,!

板右侧边施加均布载荷

SOLVE!

求解

FINISH!

退出求解模块

/POST1!

进入一般后处理模块

PLDISP,1!

显示模型变形图

PLNSOL,U,SUM,0,1.0!

显示位移等直线分布图

PLNSOL,S,EQV,0,1.0!

显示等效应力等值线图

PLNSOL,U,X

ANCNTR,10,0.5!

显示内力变形动画

......!

列表显示省略

4、实验二

1．问题描述

单位厚度的方板中间有一个圆孔（如图所示），平板所用材料的弹性模量为E=107Mpa，泊松比为0.3。

沿圆孔边缘施加P=1Mpa的压力，分析方板的应力及位移。

2.建立有限元模型

（1）建立工作目录并添加标题

进入ANSYS，在File菜单中设置工作文件名为Plane、标题为plane。

（2）定义几何参数

方便起见，以参数化的方式定义方板的1/4模型，即方板的半宽a，圆孔半径r，压力p，材料参数E和υ。

a=10e-3，r=7e-3，p=1e6，E=1e13，nu=0.3。

这里的长度半径单位为m,那么压力单位为N，弹性模量的单位为Pa才能建立对应关系。

（3）选择单元

首先进入单元类型库，选择Quad4node42选项，即Plane42。

Plane42用于建立2维实体结构模型。

本单元既可用作平面单元（平面应力或平面应变），也可以用作轴对称单元。

单元有4个节点，每个节点有2个自由度，分别为x和y方向的平移。

本单元具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形以及大应变的能力。

（4）定义实常数

选定单元后，根据单元类型定义实常数，本问题所用单元类型为带厚度平面应力分析，因此分析类型设定为Planestrsw/thk类型，设置单元厚度为20mm。

（5）定义材料属性；

定义材料属性（弹性模量和泊松比），在弹性模量EX文本框中输入“E”，在泊松比Poisson’sRatioPRXY文本框中输入“nu”。

（6）创建实体模型

由于几何模型、材料参数和载荷均关于水平、竖直中心线对称，所以只需要建立方板的1/4模型即可。

取坐标原点为圆孔中心，建立右上角的1/4模型。

首先由半宽a生成板，然后减去半径为r的1/4圆。

（7）设定网格尺寸并划分网格

单元及实体模型定义完毕后，划分网格。

采用用户自定义网格尺寸参数，其最大网格尺寸为0.0005mm.

3、施加载荷并求解

（1）定义约束；

由于实体模型及载荷约束均对称，所以利用对称性定义约束。

ANSYS提供了专门的设置，以方便设置对称条件，即沿对称轴设置。

选择底边和左侧边（实体模型的对称线），被选中线上沿对称轴显示出小s。

（2）施加载荷；

沿内孔边缘施加均布载荷，载荷大小为p,力为压力，取正值。

得到如下图所示效果。

（3）求解；

接下来便可开始求解求解完后弹出黄色提示对话框：

Soluionisdone!

这时在ANSYS工作目录下生成plate.rst文件，此文件包含结果分析的所有数据。

4、查看分析结果

进入后处理（POST1）模式，查看分析结果：

（1）查看变形后图形

对比变形前后的实体模型，变形的最大位置沿内孔边缘。

（2）查看应力等值线图

应力最大处在靠近内圆弧中间处，与解析解吻合。

（3）查看等效应力（ElementSolu）

应力在各个单元内部的分布均匀，网格密度比较合理。

（4）置疑分析结果

通常采用测定第一主应力sigma1的方法置疑ANSYS分析结果是否合理图形窗口显示了模型任何位置的第一主应力。

单击需要置疑的位置，此位置的第一主应力的坐标及具体应力值显示在Pick对话框中。

5、Log文件整理

/CLEAR!

清除数据

/FILENAME,Plane!

定义文件名称

/PREP7!

加载前处理模块

/TITLE,plane!

定义标题

*SET,a,10e-3!

定义参数a

*SET,r,7e-3!

定义参数r

*SET,p,1e6!

定义参数p

*SET,E,1e13!

定义参数E

*SET,nu,0.3!

定义参数nu

ET,1,plane42!

定义单元类型为平面单元plane42

MP,EX,1,E!

定义材料弹性模量

MP,PRXY,1,nu!

定义材料泊松比

RECTNG,0,a,0,a!

创建矩形

CYL4,0,0,r,0,,90!

创建1/4部分圆

ASBA,1,2!

布尔减运算实现面相减

KEYOPT,1,3,3!

设定单元时常数类型

R,1,20!

定义单元时常数

AESIZE,ALL,0.0005!

设定网格尺寸

AMESH,ALL!

划分网格

FINISH!

退出前处理模块

/SOLU!

加载求解模块

FLST,2,2,4,ORDE,2

FITEM,2,8

FITEM,2,-9

DL,P51X,,SYMM!

约束底边和左侧边

FLST,2,1,4,ORDE,1

FITEM,2,5

SFL,P51X,PRES,p,!

沿内孔边施加均布载荷

SOLVE!

求解

FINISH!

退出求解模块

/POST1!

进入一般后处理模块

PLDISP,1!

显示模型变形图

PLNSOL,S,EQV,0,1.0!

显示等效应力等值线图

PLESOL,S,EQV,0,1.0!

显示等效应力（ElementSolu）

五、实验总结：

通过本次实验，我掌握了ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。

熟悉了有限元建模、求解及结果分析步骤和方法，且能利用ANSYS软件对平面结构进行静力有限元分析，达到了实验的基本目的。

同时通过整理LOG文件对一些基本的命令流有了初步的掌握。

在对第二个模型进行网格划分时，系统提示最好选择6节点或者8节点单元替换4节点单元plane42，这让我了解到plane82是2维4节点单元plane42的高阶版本。

对于四边形和三角形混合网格，它有较高的结果精度；可以适应不规则形状而较少损失精度。

在以后的ANSYS使用中，要注意单元类型的选择，有助于提高模型和计算结果的准确性。