有限元分析上机指导书.docx

1、有限元分析上机指导书目 录实验一 车轮的实体建模与网格划分3实验二 自下向上实体建模（建立连杆模型）6实验三 平板结构的强度分析10实验四 轴承座的有限元建模与强度分析13实验五 潜水艇的稳态热分析19实验六 管的热应力分析22实验七 飞机机翼模型模态分析25实验八 质量弹簧系统谐响应分析29实验九 板-梁结构的瞬态动力学分析33实验十 管道中流场的流体动力学分析37 实验一 车轮的实体建模与网格划分一、实验目的：创建实体的方法，工作平面的平移及旋转，建立局部坐标系，模型的映射，拷贝，布尔运算（相减、粘接、搭接，基本网格划分。）二、问题描述：车轮为沿轴向具有循环对称的特性，基本扇区为45度，旋

2、转8份即可得到整个模型。 车轮内部A点所在线至圆心处为5,四个倒角处圆角半径0.25。三、具体步骤：1 建立切面模型 建立三个矩形Main Menu: Preprocessor - -Modeling-Create - -Areas-Rectangle - By Dimensions依次输入x1=5, x2=5.5, y1=0, y2=5单击Apply再输入 x1=5.5, x2=7.5, y1=1.5, y2=2.25单击Apply 最后输入x1=7.5, x2=8.0, y1=0.5, y2=3.75单击OK将三个矩形加在一起Main Menu: Preprocessor -Modelin

3、g-Operate Booleans-Add Areas单击Pick All打开线编号Utility Menu PlotCtrls Numbering 线编号为ON，并选择/NUM为Colors & Numbers分别对线14与7；7与16；5与13；5与15进行倒角，倒角半径为0.25Main Menu: Preprocessor -Modeling-Create Lines-Line Fillet拾取线14与7，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线7与16，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线5与13，单击Apply，输入圆角半径0.25，单

4、击Apply；拾取线5与15，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击OK；打开关键点编号Utility Menu PlotCtrls Numbering 关键点编号为ON，并选择/NUM为Colors & Numbers通过三点画圆弧Main MenuPreprocessorCreateLinesArcsBy End KPs & Rad拾取12及11点，单击Apply，再拾取10点，单击Apply，输入圆弧半径0.4, 单击Apply;拾取9及10点，单击Apply，再拾取11点，单击Apply，输入圆弧半径0.4, 单击OK由线生成面Main Menu: Preprocessor - -

5、Modeling-Create - -Areas-Arbitrary By Lines拾取线6、8、2单击Apply拾取线20、19、21单击Apply 拾取线22、24、23单击Apply拾取线17、18、12单击Apply拾取线11、25单击Apply拾取线9、26单击OK将所以的面加在一起Main Menu: Preprocessor -Modeling-Operate Booleans-Add Areas单击Pick All 2定义两个关键点（用来定义旋转轴）Main MenuPreprocessorCreateKeypoints-In Active CSNPT输入50，单击Apply

6、NPT输入51，Y输入6，单击OK。3 面沿旋转轴旋转22.5度，形成部分实体Main Menu: Preprocessor -Operate-Extrude Areas- About Axis拾取面单击Apply，拾取上面定义的两个关键点50，51，单击OK，输入圆弧角度22.5，单击OK。4 定义一个被减圆柱体首先将坐标平面进行平移并旋转Utility Menu WorkPlane Offset WP to Keypoints拾取关键点14和16，单击OK将工作平面沿X轴转90度Utility Menu WorkPlane Offset WP by Increments在XY，YZ，ZX

7、Angles输入0，90，0单击Apply.创建实心圆柱体Main MenuPreprocessorCreateCylinder-By DimensionsRAD1输入0.45，Z1，Z2坐标输入1，2，单击OK5将圆柱体从轮体中减掉Main MenuPreprocessorOperate-Booleans-Subtract Volumes首先拾取轮体，单击Apply,然后拾取圆柱体，单击OK。6 工作平面与总体笛卡尔坐标系一致Utility Menu WorkPlane Align WP WithGlobal Cartesian此处将模型另存为Wheel.db7. 将体沿XY坐标面映射Mai

8、n MenuPreprocessorModeliingReflect Volumes拾取体，并选择XY plane 单击OK8. 旋转工作平面Utility Menu WorkPlane Offset WP by Increments在XY，YZ，ZX Angles输入0，90，0单击Apply.在XY，YZ，ZX Angles输入22.5，0，0单击Apply.8在工作平面原点定义一个局部柱坐标系Utility Menu WorkPlane Local Coordinate SystemsCreate Local CSAt WP OriginKCN为11，KCS为Cylindrical 19

9、.将体沿周向旋转8份形成整环。Main MenuPreprocessor ModeliingCopyVolumes拾取Pick All，ITIME输入8，DY输入45，单击OK。实验二 自下向上实体建模建立连杆模型一、实验目的：熟悉从下向上建模的过程二、实验步骤：1. 进入ANSYS工作目录，将初始文件名设置为jobname。2. 创建两个圆面： Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Circle By Dimensions . RAD1 = 1.4 RAD2 = 1 THETA1 = 0 THETA2 = 180, 单击Apply

10、然后设置THETA1 = 45,再单击OK3. 打开面:编号 Utility Menu PlotCtrls Numbering . 设置面号为on, 然后单击OK4. 创建两个矩形面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Rectangle By Dimensions . X1 = -0.3, X2 = 0.3, Y1 = 1.2, Y2 = 1.8, 单击Apply X1 = -1.8, X2 = -1.2, Y1 = 0, Y2 = 0.3, 单击 OK5. 偏移工作平面到给定位置 (X=6.5): Utility Menu W

11、orkPlane Offset WP to XYZ Locations + 在ANSYS输入窗口输入6.5 OK6. 将激活的坐标系设置为工作平面坐标系: Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Working Plane7. 创建另两个圆面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Circle By Dimensions . RAD1 = 0.7 RAD2 = 0.4 THETA1 = 0 THETA2 = 180, 然后单击Apply 第二个圆THETA2 = 135, 然后单击OK8

12、. 对面组分别执行布尔运算: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate -Booleans- Overlap Areas + 首先选择左侧面组, 单击 Apply 然后选择右侧面组, 单击OK 9. 将激活的坐标系设置为总体笛卡尔坐标系: Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian10. 定义四个新的关键点: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create Keypoints In Active CS 第一个关键点, X=2.5, Y=0.5,

13、 单击Apply 第二个关键点, X=3.25, Y=0.4, 单击Apply 第三个关键点, X=4, Y=0.33, 单击Apply 第四个关键点, X=4.75, Y=0.28, 单击OK11. 将激活的坐标系设置为总体柱坐标系: Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cylindrical12. 通过一系列关键点创建多义线: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Splines With Options Spline thru KPs + 如图按顺序拾取六个关键点,

14、 然后单击 OK XV1 = 1 YV1 = 135 XV6 = 1 YV6 = 45 OK13. 在关键点1和18之间创建直线: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Lines Straight Line + 拾取如图的两个关键点, 然后单击 OK14. 打开线的编号并画线: Utility Menu PlotCtrls Numbering . 打开线的编号为on, 单击 OK Utility Menu Plot Lines15.由前面定义的线6, 1, 7, 25创建一个新的面: Main Menu Preprocessor -

15、Modeling- Create -Areas- Arbitrary By Lines + 拾取四条线 (6, 1, 7, and 25),然后单击 OK16. 放大连杆的左面部分: Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate Box Zoom用鼠标拖住需要显示的绘图区域17. 创建三个线倒角: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Line Fillet + 拾取线36 和 40,然后单击 Apply RAD = .25,然后单击 Apply 拾取线40 和 31, 然后单击 Apply App

16、ly 拾取线 30和39, 然后单击OK OK Utility Menu Plot Lines18. 由前面定义的三个线倒角创建新的面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Create -Areas- Arbitrary By Lines + 拾取线12, 10, 及13, 单击 Apply 拾取线17, 15, 及19, 单击Apply 拾取线23, 21, 及24, 单击OK Utility Menu Plot Areas 19. 将面加起来形成一个面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate Add Areas

17、 + Pick All20. 使模型充满整个图形窗口: Utility Menu PlotCtrls Pan, Zoom, Rotate Fit21. 关闭线及面的编号: Utility Menu PlotCtrls Numbering . 关闭线及面的编号, 单击 OK Utility Menu Plot Areas22. 将激活的坐标系设置为总体笛卡尔坐标系: Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian Or issue:CSYS,023.将面沿XZ面进行映射 (在 Y 方向): Main Menu Preproc

18、essor -Modeling- Reflect Areas + Pick All 选择X-Z面, 单击OK24. 将面加起来形成一个面: Main Menu Preprocessor -Modeling- Operate Add Areas + Pick All 25. 关闭工作平面: Utility Menu WorkPlane Display Working Plane26. 存储数据库并离开ANSYS: 拾取 “SAVE_DB” 拾取“QUIT” 选择 “Quit - No Save!”OK实验三 平板结构的强度分析一 操作目的1 熟悉有限元建模技术；2 了解结构静力分析的方法和意义；

19、3 求解在载荷（力）的作用下结构整体变形，找出指定位置的位移变形和应力大小。二 试验内容在实验一有限元建摸技术的基础上，深入了解和使用ANSYS强大的计算功能。建立图1所示的开有一个圆孔左端完全固定在墙面上的直角平板，板厚10mm，材料为钢，其尺寸如图所示，在板的自由端施加静力F=1000N。试建立其有限元模型，然后计算在载荷作用下的静力变形。图平板的结构尺寸(单位m)和有限元模型图三 实验步骤1 定义分析类型GUI：Main MenuPreferences 选中对话框中的structural复选框进行结构分析2 设定单元类型GUI：Main MenuPreprocessorElement T

20、ypeAdd/EditDelete选择Add在左边单元列表中选择壳体单元Shell，在右边单元列表中选择Elastic 4nodes 63选择OK关闭对话框，选择Close关闭单元类型对话框3 定义实常数（壳体单元的厚度）GUI：Main MenuPreprocessorReal Constants，选择Add选择OK定义实常数在TK（I）、TK（J）、TK（I）和TK（J）框中输入单元四个节点的厚度0.014 定义材料属性（材料的弹性模量2.1E11、密度7800、泊桑比0.3） GUI：Main MenuPreprocessorMaterrial Properties Materrial

21、models-Isotropic，双击Isotropic，弹性模量EX框中输入2.1E11，在泊桑比PRXY框中输入0.3，在材料(钢)密度density框中输入7800。5 创建几何模型分别建立两个矩形 GUI：Main MenuPreprocessorModeling-Create Areas- Rectangle By 2 Corners建立一个圆 GUI：Main MenuPreprocessor Modeling-Create Areas Circle Solid Circle通过布尔操作生成几何模型 GUI：Main MenuPreprocessor Modeling-Operat

22、eBooleans-Subtract Areas 弹出对话框，先选择减号前的对象（母体），点击OK，再弹出对话框，选择减号后的对象（需去除的部分），点击OK。6 划分网格首先根据每条线段的长短约束每条边被分成的份数GUI：Main MenuPreprocessorMeshing Size CntrlsPicked Lines选择要约束的线段（短线段），然后在对话框No. Of element divisions中输入8。选择要约束的线段（长线段），然后在对话框No. Of element divisions中输入16。GUI：Main MenuPreprocessorMeshTool，点击Me

23、sh按钮，选中面后即可划分网格。7 约束边界条件和施加载荷GUI：Main MenuSolutionDefine Loads ApplyStrucural Displancement On Lines选择需要约束的边和需要约束的自由度方向（All DOF）。 或者GUI：Main MenuSolutionDefine Loads ApplyStrucural Displancement On Nodes选择需要约束的节点和需要约束的自由度方向（All DOF）。 GUI：Main MenuSolutionDefine Loads ApplyStrucural Forces On Nodes在节

24、点上加载静力载荷，力的大小为总力的大小除以选中的节点数。8 合并和压缩有限元节点的编号(目的是避免同一位置有多个节点) GUI：Main MenuPreprocessorNumbering Ctrls Merge Items GUI：Main MenuPreprocessorNumbering Ctrls Compress Numbers 9 求解（有限元计算）GUI：Main MenuSolutionSolve- Current LS 求解在当前载荷下的结果10 查看结果（后处理）(1) 显示整个结构在当前载荷下的整体变形结果 GUI：Main MenuGeneral PostprocPlo

25、t Results Doformed Shape (2) 用颜色显示整个结构在当前载荷下某方向的变形结果（可选择不同方向，UX,UY,UZ,USUM） GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot Results Contour SoluNodal SoluDOF Solution (3) 用颜色显示整个结构在当前载荷下某方向的应力结果（可选择不同方向，SX,SY,SZ, SEQV） GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot Results Contour Solu Nodal SoluStress (4) 显示指定节点在当前载荷下某方向的位移大

26、小（可选择不同方向，UX,UY,UZ, USUM） GUI：Main MenuGeneral PostprocQuery ResultsSubGrid Solu选择DOF solution (5) 显示指定节点在当前载荷下某方向的应力大小 GUI：Main MenuGeneral PostprocQuery ResultsSubGrid Solu选择 Stress四报告要求1写出试验的几个主要过程；2写出图中指定的16个位置的总位移大小；3写出图中指定的16个位置的等效应力大小。实验四 轴承座的有限元建模与强度分析一实验目的：创建实体的方法，工作平面的平移及旋转，布尔运算（相减、粘接、搭接，模

27、型体素的合并，基本网格划分。基本加载、求解及后处理。二实验内容：轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理。问题描述：三具体步骤： 轴承系统 (分解图) 载荷 首先进入前处理(/PREP7)1. 创建基座模型 生成长方体Main Menu：PreprocessorCreateBlockBy Dimensions输入x1=0,x2=3,y1=0,y2=1,z1=0,z2=3平移并旋转工作平面Utility MenuWorkPlaneOffset WP by IncrementsX,Y,Z Offsets 输入2.25,1.25,.75 点击ApplyXY，YZ，ZX Angles输入0，90点击OK。创建圆柱体Main Menu：PreprocessorCreateCylinder Solid CylinderRadius输入0.75/2, Depth输入1.5,点击OK。 拷贝生成另一个圆柱体Main Menu：PreprocessorCopyVolume拾取圆柱体,点击Apply, DZ输入1.5然后点击OK从长方体中减去两个圆柱体Main Menu：PreprocessorOperateSubtract Volumes首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，