ANSYS課程設計

1、目錄1 前言12 有限元設計部分22.1 問題闡述22.2 近似與假設22.3 主要分析思想22.4 ansys的求解過程32.4.1 進入ansys32.4.2 設置不顯示日期和時間32.4.3 設置計算類型32.4.4 設置單元類型32.4.5 定義材料參數(shù)32.4.6 生成幾何模型32.4.7 進行網(wǎng)格劃分42.4.8 施加均布力72.4.9 施加約束72.4.10 分析計算72.4.11 顯示完整的有限元模型72.4.12 繪制von mises stress等效應力圖72.4.13 列出反力解答102.5 結果分析103 機械優(yōu)化設計部分113.1 問題闡述113.2 給出解析解11

2、3.3 算法流程圖113.4 c程序代碼113.4 運行結果133.5 結果分析134 結束語145 參考文獻151 前言隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對產(chǎn)品質量的要求逐步提高，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計技術目前已遠遠不能滿足產(chǎn)品的功能和市場的要求。而現(xiàn)代設計技術是以電子計算機為手段，以網(wǎng)絡為基礎，建立在現(xiàn)在管理之上，運用工程設計的新理論、新方法，實現(xiàn)計算機結果最優(yōu)化，設計過程高效化的設計技術，它是傳統(tǒng)設計技術的延伸和發(fā)展，它使傳統(tǒng)設計技術發(fā)生了質的飛躍。有限單元法最早可上溯到20世紀40年代。courant第一次應用定義在三角區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理來求解st.venant扭轉問題?，F(xiàn)代有限單元

3、法的第一個成功的嘗試是在 1956年，turner、clough等人在分析飛機結構時，將鋼架位移法推廣應用于彈性力學平面問題，給出了用三角形單元求得平面應力問題的正確答案。1960年，clough進一步處理了平面彈性問題，并第一次提出了有限單元法，使人們認識到它的功效。有限元法已成為非常普及的數(shù)字化分析方法，國際上已發(fā)布了眾多的有限元分析軟件，因此，甚至可以說只要你能夠進行工程設計和畫圖，就可以進行有限元分析。因為在一個自動化程度很高的軟件平臺基礎上，有限元分析完全可以由計算機來自動完成。優(yōu)化設計英文名是optimization design，從多種方案中選擇最佳方案的設計方法。它以數(shù)學中的最

4、優(yōu)化理論為基礎，以計算機為手段，根據(jù)設計所追求的性能目標，建立目標函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設計方案。本課程設計以國際上著名的有限元軟件ansys為平臺，對實際工程問題的有限元法做一簡單的介紹，又簡單的介紹一下機械優(yōu)化設計方法的應用。2 有限元設計部分2.1 問題闡述 如圖2-1所示為對稱涵洞模型的一半【1】，將其作為平面應變問題，其頂部的路面作用有均布載荷6000n/m2?；谟邢拊治鲕浖瑢υ搯栴}進行力學分析。其中定義模型的彈性模量e=210gpa，u=0.3。圖2-12.2 近似與假設 本題的分析為平面應變問題。壓力載荷只作用在x-y平面上。近似操作是使用固體模型來構

5、造2-d模型并利用節(jié)點和單元將其自動劃分網(wǎng)格。2.3 主要分析思想 為了能對有限元分析有更好的掌握，本次課設應用ansys對此問題進行交互式求解。求解過程分別采用plane42、plane183、plane2單元類型進行網(wǎng)格的劃分，plane2類型的單元分別用0.2和0.05的單元邊長進行網(wǎng)格劃分。并對各種劃分單元的結果和分析后的結果進行比較。2.4 ansys的求解過程2.4.1 進入ansys 在d盤建立一文件夾，文件名為ansys。然后運行程序 ansys 10.0 configure ansys products file management select working direc

6、tory: d:ansys，input job name:handongrun2.4.2 設置不顯示日期和時間 utility menuplotctrlswindow controlswindow optionsdate date/time display：no date or time2.4.3 設置計算類型 ansys main menupreferencesselect structuralok2.4.4 設置單元類型 main menupreprocessorelement typeadd/edit/deleteaddstructural solidquad 4-noded 42（pl

7、ane82）okoptions在第一個（k3后的）下拉列表中選擇plane stress項okclose。2.4.5 定義材料參數(shù) ansys main menu preprocessormaterial propsmaterial models material models availablestructural (雙擊打開子菜單) linear(雙擊) elastic(雙擊)isotropic(雙擊) ex:210e9,prxy: 0.3ok 關閉材料定義菜單 2.4.6 生成幾何模型 step1生成4個關鍵點：ansys main menu preprocessormodelingcr

8、eatkeypoints in active cs按次序輸入3個特征點，方式為：只在x,y,z的3個空格內填入點的坐標，每完成一個點的輸入，用apply結束，3個特征點坐標為1(0,0,0)，2（6，0,0），3(3.2，5.5,0)和4（0,5.5,0）okstep2建立4條線：ansys main menu preprocessor modelingcreatelineslines in active coord用鼠標選擇關鍵點1和2形成l1，選擇關鍵點2和3形成l2，選擇關鍵點3和4形成l3選擇關鍵點4和1形成l4okstep3 創(chuàng)建面：ansys main menu preproces

9、sormodelingcreateareasarbitraryby l ines鼠標單擊選擇4條線okstep4創(chuàng)建圓：ansys main menupreprocessormodelingcreateareascirclesolid circle分別輸入0,0,3okstep4從面上刪除圓：ansys main menupreprocessormodelingoperatesubtractareas單擊面apply單擊圓ok完成模型的創(chuàng)建。2.4.7 進行網(wǎng)格劃分step1 main menupreprocessormesh tool。step2 按下mesh tool 窗口中的global

10、后的 set按鈕。step3 在global element sizes窗口中，在size后的編輯框中輸入數(shù)值0.2作為單元邊長。step4 按下ok按鈕。step5 在下拉列表中選擇areas。step6 按下mesh按鈕。step7 按下選擇菜單上的pick all按鈕。step8 關閉mesh tool對話框。 完成plane42/0.2單元網(wǎng)格的劃分如圖2-2（此類圖型應用ansys自帶的出圖功能導出，具體操作：utility menuplotctrlshardcopyto file選擇jpeg類型，其它缺省即可ok）圖2-2 其它單元類型： plane183/0.2單元網(wǎng)格的劃分如圖

11、2-3圖2-3plane2/0.2單元網(wǎng)格的劃分如圖2-4圖2-4plane2/0.05單元網(wǎng)格的劃分如圖2-5圖2-52.4.8 施加均布力ansys main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon lines選擇模型頂部的線l3, ok輸入6ok2.4.9 施加約束ansys main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon lines選擇模型下端的線選擇all dofok，同樣方法對模型最左端的線施加ux約束。2.4.10 分析計算ansys main men

12、usolutionsolvecurrent ls屏幕上出現(xiàn)一個狀態(tài)窗口。瀏覽窗口內的信息，然后選擇file菜單內的close項關閉該窗口按下ok按鈕，開始求解關閉求解結束時出現(xiàn)的信息窗口2.4.11 顯示完整的有限元模型 utility menuplotctrlsstylesymmetry expansionperiodic/cyclic symmetry expansionreflect about yzok2.4.12 繪制von mises stress等效應力圖 main menugeneral postprocplot resultscontour plotnodal solu在彈出

13、的對話框中，選擇左側列表框內的stress項選擇右側列表框內的von mises stress（seqv）項按ok按鈕。繪制出以plane42/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應力圖，如圖2-6。圖2-6 其它單元類型的von mises stress等效應力圖： plane42/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應力圖，如圖2-7圖2-7plane2/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應力圖，如圖2-8圖2-8plane2/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應力圖，如圖2-9圖2-92.4.13 列出反力解答main menugeneral postproclist resultsreacton solu拖動右側的滾動條并找到垂

14、直方向合力fy使用窗口file菜單內的close命令關閉該窗口。2.5 結果分析 分析的精準程度：plane42 plane183 lane2，而且單元邊長越小，單元越多，分析的越精準。3 機械優(yōu)化設計部分3.1 問題闡述用黃金分割法求函數(shù)f（x）= a-8a+20的最優(yōu)解。取迭代精度e為0.000001初始區(qū)間為【2,8】。3.2 給出解析解 根據(jù)函數(shù)求導可得函數(shù)解析解a=4，f（x）=4。3.3 算法流程圖圖3-13.4 c程序代碼#include#include#includedouble gold(double *n);double function(double x);double

15、m,n,f13,a4,f4;#define e 0.000001void main() m=gold(&n); printf(此函數(shù)的nt最優(yōu)解x=%fnt最優(yōu)解值f=%f,m,n); getch();double gold(double *n) int i; double g; a0=2,a3=8; a1=a0+0.382*(a3-a0); a2=a0+0.618*(a3-a0); f1=function(a1); f2=function(a2); for( i=0;i+) if(f1=f2) a0=a1; f0=f10; a1=a2; f1=f2; a2=a0+0.618*(a3-a0); f2=function(a2); else a3=a2; f3=f2; a2=a1; f2=f1; a1=a0+0.382*(a3-a0); f1=function(a1); if(a3-a0)e) g=(a1+a2)/2; *n=function(g); break; return(g); double function(double x)double y=pow(x,2)-8*x+20;return(y);3.4 運行結果圖3-23.5 結果分析通過c語言編程運行結果與解析解的比較可知，黃金分割法的精度還是