ANSYS有限元分析PPT课件.ppt

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1、2022/12/19,ANSYS,II. ANSYS软件及其应用,2022/12/19,2,第1章 有限元基本理论第2章 ANSYS功能简介第3章 ANSYS基本过程第4章 ANSYS入门与准备第5章 模型输入及修复第6章 坐标系第7章 选择、组件与部件第8章 实体建模技术第9章 布尔操作第10章 单元属性,第11章 网格划分第12章 加载求解技术第13章 后处理技术第14章 结构非线性分析第15章 模态分析第16章 耦合和约束方程第17章 APDL基础第18章 子模型第19章 热分析第20章 热-应力耦合分析,第一章 有限元基本理论,平衡方程,几何方程,物理方程,边界条件,物理系统,有限元离

2、散,单元的位移场,(假定单元内位移函数),单元节点关系,求解区域的位移场、应力场,简单化,1.1 有限元分析 (FEA),有限元分析 是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。它利用简单而又相互作用的元素，即单元，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。,定义,1.2 有限单元法的基本思想,将连续的结构离散成有限个单元，并在每一单元中设定有限个节点，将连续体看作只在节点处相连接的一组单元的集合体。选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一近似插值函数，以表示单元中场函数的分布规律。利用力学中的某种变分原理去建立用以求节点未知量的有限单元法方程，将一个连续域

3、中有限自由度问题化为离散域中有限自由度问题。,1.3 物理系统举例,几何体 载荷 物理系统,1.3.1 平衡方程,1.3.2 几何方程,1.3.3 物理方程(本构方程),拉梅系数,体积应变,剪切模量,1.3.4 边界条件,应力边界条件,位移边界条件,1.4 有限元模型,真实系统,有限元模型,有限元模型 是真实系统理想化的数学抽象。,定义,1.5 自由度(DOFs),自由度(DOFs) 用于描述一个物理场的响应特性。,结构 DOFs,ROTZ,UY,ROTY,UX,ROTX,UZ,定义,1.6 节点和单元,节点:空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。,单元: 一组节点自由度间相互作

4、用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。,有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。,载荷,定义,1.6 节点和单元 (续),信息是通过单元之间的公共节点传递的。,.,.,.,A,B,.,.,.,.,.,.,.,.,A,B,.,.,.,2 nodes,1.6 节点和单元 (续),节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的。,J,I,I,J,J,K,L,I,L,K,I,P,O,M,N,K,J,I,L,三维杆单元 (铰接) UX, UY, UZ,三维梁单元UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ,二维或

5、轴对称实体单元UX, UY,三维四边形壳单元UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ,三维实体热单元TEMP,J,P,O,M,N,K,J,I,L,三维实体结构单元UX, UY, UZ,1.7 单元形函数,FEA仅仅求解节点处的DOF值。单元形函数是一种数学函数，规定了从节点DOF值到单元内所有点处DOF值的计算方法。因此，单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。,1.7 单元形函数(续),1.7 单元形函数(续),DOF值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解，但单元内的

6、平均值与实际情况吻合得很好。这些平均意义上的典型解是从单元DOFs推导出来的（如：结构应力、热梯度）。,1.7 单元形函数(续),如果单元形函数不能精确描述单元内部的DOFs，就不能很好地得到导出数据，因为这些导出数据是通过单元形函数推导出来的。当选择了某种单元类型时，也就十分确定地选择并接受该种单元类型所假定的单元形函数。在选定单元类型并随之确定了形函数的情况下，必须确保分析时有足够数量的单元和节点来精确描述所要求解的问题。,1.8 直杆受自重作用的拉伸问题,1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续),就整个直杆来说，位移函数U(x)是未知的，但对每一单元可以近似地假设一位移函数，它在结点上等于

7、结点位移。此处，假设单元中的位移按线性分布 ，即：,1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续),有了位移插值函数，就可以按材料力学公式求出应变和应力用节点位移表示的公式：,1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续),外载荷与结点的平衡方程,为第i个结点上承受的外载荷,1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续),假定将直杆分割成3个单元，每个单元长为a=L/3，则对结点2，3，4列出的平衡方程为：,1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续),1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续),联立求解线性代数方程组得：,1.9 有限单元法解题的一般步骤,结构的离散化选择位移模式建立平衡方程求解节点位移计算单元中的应力和应变

8、,1.9.1 结构的离散化,将分析的结构物分割成有限个单元体，使相邻的单元体仅在节点处相连接，而以如此单元的结合体去代替原来的结构。,1.9.2 选择位移模式(形函数),首先对单元假设一个位移差值函数，或称之为位移模式，得到用节点位移表示单元体内任一点的唯一的关系式有了位移模式，就可利用几何关系和应力-应变关系表出用单元节点位移表示单元中应变和应力的表达式,1.9.3 三角形单元的形函数,基本假定：假定单元内的位移可以用一个比较简单的函数来表示，如线性插值函数。这在单元划分比较密的情况下是合理可行的。,1.9.3 三角形单元的形函数(续),将三角形单元的3个顶点的2个方向位移代入位移函数可求出

9、6个待定系数。即可用节点的位移表示内部任意一点的位移：,1.9.4 建立平衡方程,可利用最小势能原理建立结构的节点载荷和节点位移之间的关系式，即结构的平衡方程,1.9.5 求解结点位移,将边界条件代入线性代数方程组 后，经解算可求得所有未知的结点位移。,1.9.6 计算单元中的应变和应力,依据求得的结点位移，由可求得单元中任一点的应变和应力。,平面问题的有限单元法,结构的离散化,用有限元法对结构进行应力分析时，首先要将结构进行离散化。即将一个连续体看成由有限个单元组成的体系。弹性力学平面问题中最常见的单元是三角形单元。所有作用在单元上的载荷都按静力等效的原则移置到结点上，并在受几何约束的结点处

10、设置相应的铰支座。这样就得到了用以代替原来弹性体的有限单元计算模型。,位移模式,取一个典型的三角形单元进行力学分析。在有限单元位移法中，假设结点上的位移是基本未知量。为了能用单元的结点位移表示单元中的应变和应力分量，必须假定一个位移模式，也就是说根据单元的结点位移去构造单元上的位移插值函数。,位移模式（续）,位移插值函数,采用线性插值，即假定单元上的位移分量是坐标的线性函数： 它们可以由结点位移确定如下：,位移模式(续),联立求解上述方程，可得：,位移模式(续),其中：而：是三角形ijm的面积。,位移模式(续),于是可以得到：其中：同理得：,位移模式(续),可以将位移模式改写为矩阵模式：,单元

11、中的应变和应力,有了单元的位移模式，就可以借助平面问题的几何和物理方程，导出用单于的结点位移表示单元中的应变和应力分量的公式。 由：,单元中的应变和应力(续),得到：或简写为：,单元中的应变和应力(续),将应变代入物理方程：可得： 即为用单元中的结点位移表示单元中应力的关系式。,单元中的应变和应力(续),式中D为弹性矩阵，对于平面应力问题，矩阵为：,单元的总势能,我们已经知道由各个单元的位移模式就形成了整个结构的位移模式。按弹性力学最小势能原理，结构中最接近于真实解的位移应该是使结构总势能取得最小值的那组位移函数。由于在位移函数公式中，结点位移为自变量，这样就使一个泛函的极值问题变为一个多元函

12、数的极值问题。为此我们来讨论单元的总势能关于结点位移的表达式。每一个单元的总势能由该单元的应变能以及此单元上所有外力的势能组成。,单元的应变能,平面应力状态下，设物体厚度为h，则单元中的应变能为：,单元的应变能（续）,将和Bi代入上式，应用矩阵相乘的转置的逆序法则,注意到弹性矩阵D的对称性,有：,单元的应变能（续）,因为矩阵B及D的元素都是常量，所以可记：,单元的应变能（续）,从而单元的应变能可写为：利用=Be，有：,单元的应变能（续）,注意到B=Bi Bj Bm，记子矩阵,单元上体积力的势能,物体中常见的体力为旋转离心体力和重力。在平面问题中，体积力在z轴方向的分力为零，设单元体积中的体积力

13、为： 单元上体积力具有的势能为：,单元上表面力的势能,设物体边界上一单元某边上受到表面力的作用，单位长度上所受到的表面力为：则单元上表面力的势能为：,单元节点上集中力的势能,如果弹性物体受到集中力Re 的作用，通常划分单元网格时都在集中力的作用点设置结点。设某单元3个结点上所受到的集中力为：于是该单元上集中力的势能是：,单元中的总势能,综合前面的几种情况，可以得到单元中的总势能为：,单元中的总势能,分别引进单元体积力，表面力，集中力向量如下：,单元中的总势能,则单元中的总势能可以表示为：,物体中的总势能,把各单元的总势能叠加起来，就可得到整个弹性体的总势能。为了便于叠加和归并，需将单元刚度矩阵

14、表达式(2-18)作适当的改写。假设结构离散化后共有n个结点，将编号为 l的结点位移记为：则结构的结点位移向量： 是一个2n维的列向量。,物体中的总势能（续）,可将单元刚度矩阵式用补零的办法由6X6的矩阵扩大到2nX2n的矩阵,物体中的总势能（续）,如果在物体上划分的单元总数是e0,再引进结构的总刚度阵：物体总势能就可写为：,物体中的总势能（续）,代入约束条件后的弹性体总势能可以写为：,空间问题的有限单元法,空间问题的有限单元法,用有限单元法求解弹性力学空间问题，首先也要将连续的空间物体用一系列的单元离散化。空间问题中，最简单的是四面体单元。离散的空间结构是这些单元只在节点处以空间铰相互连接的

15、集合体。,空间问题的有限单元法（续）,位移模式,空间问题中，每一个结点有3个位移分量，单元结点位移向量由12个分量组成，分别表示为：,位移模式（续）,假定单元内的位移分量为坐标的线性函数:,位移模式（续）,将上式中的第一式应用于4个结点，则有：,位移模式（续）,由上式可解出a1,a2,a3和a4再代回位移分量的表达式，可得： 式中： 为形函数，其中：,位移模式（续）,位移模式（续）,用同样的方法，可以得到：合并,的表达式，可以将单元内任一点的位移写为：,单元中的应变和应力,在空间问题中，每点有6个应变分量，由几何关系：,将,的表达式代入上式，得到:式中：,单元中的应变和应力(续),单元中的应变

16、和应力(续),可以看出，应变矩阵B中的元素都是常量，从而单元中的应变都是常量，故线性位移模式的四面体单元是常应变单元。由应力-应变关系，得到单元中的应力为：式中D为一般空间问题的弹性矩阵从下面D的表达式可以看出，单元中的应力都是常数。,单元中的应变和应力(续),单元刚度矩阵和结点载荷向量,仿照平面问题的推导，可以得到四面体单元的刚度矩阵：分块形式：,单元刚度矩阵和结点载荷向量（续）,式中子矩阵可以表达为：其中：,单元刚度矩阵和结点载荷向量（续）,经过与平面问题中同样的推导，单元的体积力向量和表面力向量可以用下列公式计算：经叠加，组合，得有限元支配方程：代入约束条件，可解出结点位移向量，从而就可

17、以求出各单元的应变和应力。,第二章 ANSYS软件的功能简介,ANSYS在部分工业领域中的应用如下：航空航天汽车工业生物医学桥梁、建筑电子产品重型机械微机电系统运动器械,ANSYS/Multiphysics 包括所有工程学科的所有性能ANSYS/Multiphysics有三个主要的组成产品ANSYS/Mechanical - ANSYS/机械-结构及热ANSYS/Emag -ANSYS电磁学ANSYS/FLOTRAN - ANSYS计算流体动力学其它产品:ANSYS/LS-DYNA -高度非线性结构问题DesignSpace CAD环境下，适合快速分析容易使用的设计和分析工具ANSYS/Pro

18、FEA Pro/ENGINEER的ANSYS 分析接口。,DesignSpace,2.1 前处理模块PREP7,实体建模方式之一 ：自顶向下,问题：如何保证各实体的连接、交叉等关系？布尔操作,2.1 前处理模块PREP7(续),实体建模方式之二 ：自底向上,2.1 前处理模块PREP7(续),实体建模方式的选择：自顶向下建模可以提高建模的效率，但在需要利用布尔操作时比较难以掌握；自底向上建模可以减少出错的机会，但效率较低。建议：先学习自底向上后学习自顶向下,网格划分方法：延伸划分与映射划分,2.1 前处理模块PREP7(续),网格划分方法：自由划分和自适应划分,2.1 前处理模块PREP7(续

19、),2.2 求解模块SOLUTION,2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),结构动力分析的类型：模态分析：计算线性结构的自振频率及振型。谱分析：是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD)。谐响应分析：确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。瞬态动力学分析：确定结构 对随时间任意变化的载荷的响应， 可以考虑与静力分析相同的结构 非线性行为。,2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2

20、求解模块SOLUTION(续),显式动力学分析的特点：用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为。它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法。,热分析之后往往进行结构分析，计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力。ANSYS热分析功能:相变(熔化及凝固)内热源(如电阻发热等)三种热传递方式(热传导、热对流、热辐射),2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),磁场分析的类型:静磁场分析：计算直流电(DC)或永磁体产生的磁场。交变磁场分析：计算由于交流电(AC)产生的磁场。

21、瞬态磁场分析：计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场。,2.2 求解模块SOLUTION(续),同轴电缆中的电场 (EFSUM),2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),流体分析的分类：CFD -ANSYS/FLOTRAN 提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。应用于：航空航天，电子元件封装，汽车设计。,声学分析 - 考虑流体介质与周围固体的相互作用, 进行声波传递或水下结构的动力学分析等。例如：扬声器、汽车内部、声纳。典型的物理量是：压力分布、位移和自振频率。容器内流体 分析 - 考虑容器内的非流动流

22、体的影响。可以确定由于晃动引起的静水压力。例如：油罐，其它液体容器。流体动力学耦合分析 - 在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元。,2.2 求解模块SOLUTION(续),2.2 求解模块SOLUTION(续),典型耦合场分析：热应力分析流体结构相互作用感应加热（电磁热）压电分析（电场和结构）声学分析（流体和结构）热-电分析静电-结构分析,两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起，图示为加热后的变形。,2.2 求解模块SOLUTION(续),2.3 后处理模块POST1和POST26,这个模块对前面的分析结果能以图形形式显示和输出。例如，计算结果（如应力）在模型上的变

23、化情况可用等值线图表示，不同的等值线颜色代表了不同的值（如应力值） 。,POST1,这个模块用于检查在一个时间段或子步历程中的结果，如节点位移、应力或支反力。这些结果能通过绘制曲线或列表查看。绘制一个或多个变量随频率或其他量变化的曲线，有助于形象化地表示分析结果。,POST26,第三章 ANSYS的基本过程,一个典型的ANSYS分析过程可分为以下3个步骤：,3.1 前处理,前处理,指定工程名称和分析标题,定义单位,定义单元类型,定义单元常数,创建横截面,定义材料特性,创建有限元模型,定义分析类型求解控制,加载,3.1.1 指定工程名称和分析标题,更改工程名,定义分析标题,3.1.2 定义单位,

24、除电磁分析以外，你不必为ANSYS设置单位系统。简单地确定你将采用的单位制，然后保证所有输入数据均采用该种单位制就可以。你确定的单位制将影响尺寸、实常数、材料特性和载荷等的输入值。ANSYS 不进行单位换算! 它只是简单地接受所输入的数据而不会怀疑它们的合法性。命令/UNITS允许你指定单位制, 但它只是一个纪录设计，从而让使用你模型的用户知道你所用的单位。,3.1.2 定义单位(续),使用/UNITS命令可以设置系统单位，没有相应的GUI。USER：用户自定义单位，是缺省设置SI：国际单位制，m, kg, s, BFT：以英尺为基础的单位制，ft, slug, s, FCGS：cm, g,

25、s, MPA：mm, mg, s, BIN：以英寸为基础的单位制in, lbm, s, F,3.1.3 定义单元类型,3.1.4 定义单元常数,单元实常数是由单元类型的特性决定的，如梁单元的横截面特性。并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元也可以有不同的实常数。,指定单元的实常数号,3.1.5 创建横截面,创建梁的横截面,3.1.6 定义材料特性,定义材料特性,指定单元材料号,3.1.7 定义分析类型求解控制,定义分析类型,求解控制,基本设置,瞬态设置,求解选项,非线性设置,求解终止的高级控制,包括：自由度约束、力、表面分布载荷、体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷载荷步：仅指可求得解的

26、载荷设置。子步：是指在一个载荷步中每次增加的步长，主要是为了在瞬态分析和非线性分析中提高分析精度和收敛性。子步也称作时间步，代表一段时间。,3.1.8 加载,3.2 求解,求解当前载荷步,求解某载荷步,3.3 通用后处理器,画出分析的结果用列表的形式列出分析的结果查询某些结点或者单元处的应力值以及其它分析选项,Deformed Shape表示画出变形后的形状。有如下选项：,3.3.1 画出分析的结果,3.3.2 画出节点的结果,位移,转角,3.3.3 求解自由度结果,正应力和剪应力,主应力,应力强度,平均等效应力,3.3.4 求解应力结果,正应变和剪应变,主应变,应变强度,平均等效应变,3.3

27、.5 求解总应变结果,求解能量,弹性应变,蠕变,其它应变,正应变和剪应变,主应变,应变强度,平均等效应变,3.3.6 其它求解结果,3.3.7 图形输出选项,只画出变形后的图形,画出变形前后的图形,画出变形后的图形和变形前的边界图,3.4 时间历程后处理器,适用于：瞬态分析的后处理。,3.5 悬壁梁算例,使用ANSYS分析一个工字悬壁梁，如图所示。,P,Point A,L,H,求解在力P作用下点A处的变形，已知条件如下：P = 4000 lbL = 72 inI = 833 in4E = 29 E6 psi横截面积 (A) = 28.2 in2H = 12.71 in,见beam.txt,1.

28、启动 ANSYS：以交互模式进入ANSYS，工作文件名为beam。2.创建基本模型：(使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元的实常数中设置)a.Main Menu: Preprocessor -Modeling- Create Keypoints In Active CS.b.输入关键点编号 1，输入x,y,z坐标 0,0,0，选择 Applyc.输入关键点编号 2，输入x,y,z坐标72,0,0，选择 OKd.Main Menu: Preprocessor -Modeling- Create -Lines- Lines Straight Linee.选取两个关键点，在拾取菜

29、单中选择OK,3.存储ANSYS数据库：Toolbar: SAVE_DB4.设定分析模块：a.Main Menu: Preferencesb.选择 Structural.c. 选择 OK.5.设定单元类型相应选项：a.Main Menu:PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Deleteb.选择 Add . . .c.左边单元库列表中选择 Beam.d.在右边单元列表中选择 2D elastic (BEAM3).e.选择 OK 接受单元类型并关闭对话框.f.选择 Close 关闭单元类型对话框.,6.定义实常数：a.Main Menu: Preprocessor R

30、eal Constantsb.选择 Add . . .c.选择 OK 定义BEAM3的实常数.d.选择 Help 得到有关单元 BEAM3的帮助.e.查阅单元描述.f.File Exit 退出帮助系统.g.在AREA框中输入 28.2 （横截面积）.h.在IZZ框中输入 833 （惯性矩）.i.在HEIGHT框中输入 12.71 （梁的高度）.j.选择 OK 定义实常数并关闭对话框.k.选择 Close 关闭实常数对话框.,7.定义材料属性：a.Preprocessor Material Props -Constant- Isotropicb.选择 OK to 定义材料 1.c.在EX框中输入

31、29e6（弹性模量）.d.选择OK 定义材料属性并关闭对话框.8.保存ANSYS数据库文件 beamgeom.db：a.Utility Menu: File Save asb.输入文件名 beamgeom.db.c.选择 OK 保存文件并退出对话框.,9.对几何模型划分网格：a.Main Menu: Preprocessor MeshToolb.选择 Mesh.c.拾取 line.d.在拾取对话框中选择 OK.e.(可选) 在MeshTool对话框中选择 Close.10.保存ANSYS数据库到文件 beammesh.db：a.Utility Menu: File Save asb.输入文件名

32、： beammesh.db.c.选择 OK 保存文件并退出对话框.,11.施加载荷及约束：a.Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Nodesb.拾取最左边的节点，在拾取菜单中选择 OK.c. 选择All DOF.d. 选择 OK. （如果不输入任何值，位移约束默认为0）e.Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Force/Moment On Nodesf.拾取最右边的节点，在选取对话框中选择OK.g.选择 FY.h.在 VALUE框中输入 -4000

33、，选择 OK.,12.保存数据库文件到 beamload.db：a.Utility Menu: File Save asb.输入文件名 beamload.db.c.选择OK保存文件并关闭对话框.13.进行求解：a.Main Menu: Solution -Solve- Current LSb.查看状态窗口中的信息, 然后选择 File Closec.选择 OK开始计算.d.当出现 “Solution is done!” 提示后，选择OK关闭此窗口.14.进入通用后处理读取分析结果:Main Menu: General Postproc -Read Results- First Set,15.图

34、形显示变形：a.Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shapeb.在对话中选择 deformed and undeformed.c.选择 OK.16.(可选) 列出反作用力：a.Main Menu: General Postproc List Results Reaction Solub.选择 OK 列出所有项目，并关闭对话框.c.看完结果后，选择File Close 关闭窗口.17.退出ANSYS：a.工具条: Quitb.选择Quit - No Save!c.选择 OK.18.与弹性梁理论计算对比： ya = (PL3)/(3

35、EI) = 0.0206 in.两个结果一致.,3.6 车床刀具算例,说明下面求解一个车床刀具模型的 3-D应力分析。通过下列步骤在通用后处理器中查看结果：1) 画位侈2) 列反力3) 画von Mises 应力4) 动态显示von Mises应力施加不同的约束重新求解，并与第一次的结果进行比较。,第一次求解载荷及材料特性:,第二次求解时的荷载及材料特性：,1.用“cutter”作为作业名，进入ANSYS。2. 设置 GUI 优先选择 为“结构”:Main Menu Preferences 选择 “Structural”, 然后按OK,3.选择 “No defeaturing”，输入 “cut

36、ter.igs” IGES 文件:Utility Menu File Import IGES 选择 “No defeaturing”,然后按 OK选择“cutter.igs,然后按OK或用命令:/AUX15 IOPTN,IGES,NODEFEAT IGESIN,cutter,igs,4.按一定比例转换模型，把厘米单位转换英寸：Main Menu Preprocessor Operate Scale Volumes +按Pick All对RX, RY,和 RZ输入 1/2.54 设置 IMOVE为“Moved”, 然后按 OK或用命令:VLSCAL, ALL, , , 1/2.54, 1/2.5

37、4, 1/2.54, , 0, 1Utility Menu Plot Volumes或用命令:VPLOT,5.读入文件“cutter-area.inp” ，建立一个小的面，在面上施加荷载:Utility Menu File Read Input from 选择 “cutter-area.inp”, 然后按 OK或用命令:/INPUT,cutter-area,inp,6.确定单元类型：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 按Add .选择 “Structural Solid” 和 “Tet 10node 92”, 然后按 OK按C

38、lose或用命令:ET,1,SOLID92,7.定义第一组材料的弹性模量为 10e6 (铝):Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural - Linear - Elastic - Isotropic输入 EX = 10e6 (铝的弹性模量，以psi为单位)输入PRXY = .32按OKSelect Material Exit或用命令:MP,EX,1,10e6MP,PRXY,1,.32,8.激活智能网格，用四面体单元划分实体：Main Menu Preprocessor MeshTool 激活“Smart Si

39、ze”设置 Smart Size为4按Mesh拾取Pick All按Close或用命令:SMRT,4MSHAPE,1,3DMSHKEY,0VMESH,9.在面上施加对称约束，约束附加区域：Utility Menu Plot AreasMain Menu Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement -Symmetry B.C.- On Areas +拾取面 18, 19, 25, 和 26, 然后按 OK或用命令:DA,18,SYMMDA,19,SYMMDA,25,SYMMDA,26,SYMM,10. 在顶端施加压力:Main Menu So

40、lution -Loads- Apply -Structural- Pressure On Areas +拾取面 1, 然后按OKVALUE = 10000按OK或用命令:SFA,1,1,PRES,10000,11. 保存数据库并求解:Click the “SAVE_DB” button in the Toolbar (or select: Utility Menu File Save as Jobname.db)Main Menu Solution -Solve- Current LS观察 “/STATUS Command” 窗口，然后关闭它按OK按Close - 求解完成后关闭黄色信息窗口

41、或用命令:/SOLUSOLVE,12.观察结果：12a. 画出位侈：Main Menu General Postproc Plot Results -Contour Plot- Nodal Solu .选择 “DOF solution” 和 “Translation USUM”, 选择 “Def + undef edge”,然后按 OK或用命令:/POST1PLNSOL,U,SUM,2,1,12b. 列出反力:Main Menu General Postproc List Results Reaction Solu .选择 “All items”,然后按 OK或用命令:PRRSOL,12c.

42、画出von Mises 应力:Main Menu General Postproc Plot Results -Contour Plot- Nodal Solu .选择“Stress” 和 “von Mises SEQV”, 然后按 OK或用命令:PLNSOL,S,EQV,12d. 对模型进行“捕捉”并将其最小化：Utility Menu Plot Cntrls Capture Image在以后的比较中把窗口最小化,12e. 动画显示 von Mises 应力：Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Results .选择 “Stress” 和 “von

43、 Mises SEQV”, 然后按 OK或用命令:PLNSOL,S,EQVANCNTR,10,0.5,13. 关闭动画显示，删除面对称约束： 按CloseUtility Menu Plot AreasMain Menu Solution -Loads- Delete -Structural- Displacement On Areas +拾取面 18, 19, 25, 和26, 然后按 OK按OK或用命令:DADELE,18,ALLDADELE,19,ALLDADELE,25,ALLDADELE,26,ALL,14.对面18, 19,和26施加 全部自由度 约束 :Main Menu Solu

44、tion -Loads- Apply -Structural- Displacement On Areas +拾取面18, 19, 和 26,然后按OK选择 “All DOF” ,然后按OK或用命令:DA,18,ALLDA,19,ALLDA,26,ALL,15.改变标题:Utility Menu File Change Title 键入标题: Lathe Cutter - with ALL DOF constraint on areas at hole按OK,16. 保存数据库并求解:在工具条上拾取 “SAVE_DB” (或选择: Utility Menu File Save as Jobna

45、me.db)Main Menu Solution -Solve- Current LS按OK按Close或用命令:SAVE/SOLUSOLVE,17. 观察结果:Main Menu General Postproc Plot Results -Contour Plot- Nodal Solu .选择 “Stress” 和 “von Mises SEQV”按OK或用命令:PLNSOL,S,EQV,打开前面分析最小化的结果以比较结果,18.存储并退出ANSYS:在工具条上拾取“QUIT” (或选择: Utility Menu File Exit.)选择 “Save Everything”按OK或用

46、命令:FINISH/EXIT,ALL,3.7 2-D角型支架分析指南,说明本练习向你逐步介绍有关ANSYS指南一步一步求解的例子，它们以HTML格式显示。这个问题是一个用二维平面应力单元模拟的角型支架的静力分析。,3.7 2-D角型支架分析指南(续),用“bracket”作为作业名，进入ANSYS。进入ANSYS在线帮助指南：Utility Menu Help ANSYS Tutorials打开“Structural Tutorial”文件夹选择 “Static Analysis of a Corner Bracket” 文件架执行 步骤1 至 26,3.8 练习:轴承座,创建轴承座 的几何模

47、型(下图是轴承系统示意图)，建模的步骤是：创建体素、平移并旋转工作平面、进行体素间的布尔操作。几何模型划分网格、加载、进行求解。,轴承系统 (分解图),3.8 练习:轴承座(续),Arch of bushing bracket,Base of bushing bracket,Webs (2),Mounting holes (4),Base of pillow block,轴承座的各部分名称,0.85” Bushing radius1.0” Counterbore radius0.1875” deep,3.8 练习:轴承座(续),Base6” x 3” x 1”,1.5”,.75”,.75”,W

48、eb .15”thick,尺寸,1.75”,.75”,.75”,1.5”,0.85”,1”,Bushing,C,L,Bracket 0.75” thick,Four .75” dia. holes,3.8 练习:轴承座(续),四个安装孔径向约束 (对称),轴承座底部约束 (UY=0),载荷,counterbore 上的推力 (1000 psi.),向下作用力 (5000 psi.),1. 由IGES接口读入基座的几何模型 base.igsUtility Menu: File - Import - IGES .1.设置 “Alte No defeatur” 不要使用 “Default defea

49、tur”选项 2.确认 “Merge”、“Solid” 和 “Small” 为 “Yes”3.选择OK4.选择文件 base.igs5.OK, 然后选择 Yes确认。,3.8 练习:轴承座(续),2. 打开shaded image并画出基座实体模型Utility Menu: PlotCtrls - Style - Solid Model Facets1.选择 “Normal Faceting”2.OKUtility Menu: Plot - Volumes3.用 Pan, Zoom, Rotate 将模型置于等参位置，并由Fit使模型充满图形区Toolbar: SAVE_DB 保存数据库,3.

50、8 练习:轴承座(续),3. 创建支撑部分Utility Menu: WorkPlane - Display Working Plane (toggle on)Main Menu: Preprocessor - -Modeling-Create - -Volumes-Block - By 2 corners & Z1.在创建实体块的参数表中输入下列数值:WP X = 0WP Y = 1Width = 1.5Height = 1.75Depth = 0.752.OK,3.8 练习:轴承座(续),Utility Menu: PlotCtrls - Numbering .3.打开 “Volume N