有限元法基本原理与应用技术ANSYS上机.docx
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有限元法基本原理与应用技术ANSYS上机
“有限元法基本原理与使用”课程
有限元分析软件
ANSYS
上机指南
华东理工大学机械与动力工程学院
2009年9月
Project1简支梁的变形分析……………………………………………………….1
Project2坝体的有限元建模与受力分析………………………………………….3
Project3平板中心开小孔应力集中系数分析…………………………………..…5
Project4旋转磁盘应力分析………………..………………………………………7
Project5压力容器的有限元求解1………………………………………………..9
Project6压力容器的有限元求解2……………………………………………….11
Project7容器接管有限元建模与变形分析………………………………………13
Project1梁的有限元建模与变形分析
计算分析模型如图1-1所示,习题文件名:
beam。
NOTE:
要求选择不同形状的截面分别进行计算。
图1-1梁的计算分析模型
梁截面分别采用以下三种截面（单位：
m）：
矩形截面：
圆截面：
工字形截面：
B=0.1,H=0.15R=0.1w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2,
t1=0.0114,t2=0.0114,t3=0.007
1.1进入ANSYS
程序→Ansys→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:
beam→Run
1.2设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences→selectStructural→OK
1.3选择单元类型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→selectBeam2node188→OK（backtoElementTypeswindow）→Close（theElementTypewindow）
1.4定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:
2.1E11,PRXY:
0.3→OK
1.5定义截面
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Sections→Beam→CommonSectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：
矩形截面:
ID=1,B=0.1，H=0.15→Apply→圆截面：
ID=2,R=0.1→Apply→工字形截面：
ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK
1.6生成几何模型
✓生成特征点
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入三个点的坐标：
input:
1（0,0）,2（10,0）,3（5,2）→OK
✓生成梁
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Lines→lines→Straightlines→连接两个特征点，1（0,0）,2（10,0）→OK
1.7网格划分
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→Pickedlines→OK→选择:
SECT:
1（根据所计算的梁的截面选择编号）；PickOrientationKeypoint（s）:
YES→拾取：
3#特征点（5,2）→OK→MeshTool→SizeControls）lines:
Set→PickAll（inPickingMenu）→inputNDIV:
200→OK（backtoMeshToolwindow）→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）
1.8模型施加约束
✓最左端节点加约束
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat（0,0）→OK→selectUX,UY,UZ,ROTX,ROTY→OK
✓最右端节点加约束
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat（10,0）→OK→selectUY,UZ,ROTX,ROTY→OK
✓施加均布的载荷
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→PickAll→VALI:
1.0E3→OK
1.9分析计算
ANSYSMainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK
1.10结果显示
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→ReadResults→LastSet
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu→select:
DOFsolution,UY,Def+Undeformed,Rotation,ROTZ,Def+Undeformed→OK
1.11退出系统
ANSYSUtilityMenu:
File→Exit→SaveEverything→OK
Project2坝体的有限元建模与应力应变分析
计算分析模型如图2-1所示,习题文件名:
dam。
图2－1坝体的计算分析模型
2.1进入ANSYS
程序→AnsysED→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:
dam→Run
2.2设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences→selectStructural→OK
2.3选择单元类型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:
PlaneStrain→OK→Close（theElementTypewindow）
2.4定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:
2.1E11,PRXY:
0.3→OK
2.5生成几何模型
✓生成特征点
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标input:
1（0,0）,2（2,0）,3（2,10）,4（2-1.2,10）→OK
✓生成坝体截面
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1（0,0）,2（2,0）,3（2,10）,4（2-1.2,10）→OK
2.6网格划分
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:
Set→依次拾取两条横边:
OK→inputNDIV:
40→Apply→依次拾取两条纵边:
OK→inputNDIV:
200→OK→（backtothemeshtoolwindow）Mesh:
Areas,Shape:
Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）
2.7模型施加约束
✓分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines→OK→selectLab2:
UX,UY→OK
✓给斜边施加水压分布载荷
ANSYS命令菜单栏:
Parameters→Functions→Define/Edit→1）在下方的下拉列表框内选择Y,作为设置的变量；2）在Result窗口中出现{Y},写入所施加的载荷函数：
1000*9.8*（10-{Y}）；3）File>Save（文件扩展名：
func）→返回：
Parameters→Functions→Readfromfile：
将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK→ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取斜边；OK→在下拉列表框中，选择：
Existingtable→OK→选择需要的载荷参数名→OK
2.8分析计算
ANSYSMainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK
2.9结果显示
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→ReadResults→LastSet
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:
DOFsolution,UX,UY,Def+Undeformed,Stress,SX,SY,SZ,Def+Undeformed→OK
2.10退出系统
ANSYSUtilityMenu:
File→Exit…→SaveEverything→OK
Project3平板中心开小孔应力集中系数分析
计算分析模型如图3-1所示,习题文件名:
plate。
1000×1000的平板，小孔直径⎫40mm，板厚5mm。
E=2.1E5泊松比μ=0.3
图3－1平板开小孔的计算分析模型
3.1进入ANSYS
程序→AnsysED→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:
plate→Run
3.2设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences→selectStructural→OK
3.3选择单元类型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:
PlaneStressw/thick→OK→Close（theElementTypewindow）
输入实参：
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete→Add→OK→ThicknessTHK→input5
3.4定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:
2.1E5,PRXY:
0.3→OK
3.5生成几何模型
✓生成1/4矩形面和实心圆面
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Retangle→By2corners→input:
WPX=0,WPY=0,Width=500,Height=500→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→SolidCircle→input:
WPX=0,WPY=0,Radius=20→OK
✓布尔操作：
矩形面减实心圆面
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Areas→拾取矩形面；OK→拾取圆面；OK
✓打开关键点号码和线的号码
PlotCtrls→Numbering→KPKeypointsnumbersON;LINELinenumbersON
Plot→Line
3.6网格划分
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:
Set→依次拾取线9和10:
OK→inputNDIV:
80，Space:
2.5→Apply→依次拾取线3和2:
OK→inputNDIV:
40,Space:
1→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Move/Modify→ReverseNormals→ofLines→依次拾取线9和10:
OK→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh:
Areas,Shape:
Quad,Mapped;Pickcorners→Mesh→Pick带孔的平板→Pick依次拾取关键点4,6,5,2→OK
3.7模型施加约束
✓分别施加对称约束及拉伸载荷
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→SymmetryB.C.→OnLines→pick依次拾取线9和10→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→pick拾取线2OK→菜单：
VALUELoadPRESvalue:
输入-1→OK
3.8分析计算
ANSYSMainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK
3.9结果显示
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→ReadResults→LastSet
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:
DOFsolution,UX,UY,Def+Undeformed,Stress,SX,SY,SZ,Def+Undeformed→OK
3.10退出系统
ANSYSUtilityMenu:
File→Exit…→SaveEverything→OK
Project4旋转磁盘应力分析
外径：
120mm内孔径：
15mm厚度：
1.2mm弹性模量1.6×104MPaμ=0.3
密度：
2.2×103Kg/m3转速：
10000转/分=1047.19弧度/秒
4.1进入ANSYS
程序→AnsysED→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:
plate→Run
4.2设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences→selectStructural→OK
4.3选择单元类型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:
PlaneStressw/thick→OK→Close（theElementTypewindow）
输入实参：
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete→Add→OK→ThicknessTHK→input1.2
4.4定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:
1.6E4,PRXY:
0.3→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Density→inputDENS:
2200E-12→OK
4.5生成几何模型
✓生成圆环面
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Annulus→input:
WPX=0,WPY=0,Rad-1=120/2,Rad-2=15/2→OK
✓打开关键点号码和线的号码
PlotCtrls→Numbering→KPKeypointsnumbersON;LINELinenumbersON
Plot→Line
✓创建线去分面
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Line→StraightLine→分别拾取关键点6和关键点1→Apply→分别拾取关键点8和关键点2→Apply→分别拾取关键点7和关键点3→Apply→分别拾取关键点5和关键点4→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Divide→WithOptions→AreabyLine→拾取圆环面→OK→分别拾取线9、10、11、12→OK→KEEPABaseareaswillbe:
Deleted;KEEPLSubtractedlineswillbe:
Kept
4.6网格划分
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:
Set→依次拾取线9、10、11、12:
OK→inputNDIV:
30，Space:
-2→Apply→依次拾取线1、2、3、4:
OK→inputNDIV:
30,Space:
1→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh:
Areas,Shape:
Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）
4.7模型施加约束
✓转换坐标为柱坐标
Workplane→ChangeActiveCSto→GlobalCylindrical
Select→Entities→selectLine;ByNum/Pick;FromFull→OK→pick依次挑选线5、6、7、8→OK
Plot→Lines
Select→Entities→selectNodes;Attachedto;Linesall;FromFull→OK
Plot→Nodes
耦合：
preprocessor---coupling————couplingDOFS—第一个选项输入1----OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Move/Modify→RotateNodeCS→ToActiveCS→PickALL
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→PickALL→select:
UY→OK
Workplane→ChangeActiveCSto→GlobalCartesian
Select→Everything
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Loads→DefineLoads→Apply→Structural→Inertia→AngularVelocity→Global→selectOMEGZGlobalCartesianZ-comp:
1047.19→OK
4.8
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