ANSYS-3D實體模型實例

1、ANSYS-3D實體模型實例實驗二三維實體結構的分析前面的實訓練習中，是采用先生成節(jié)點，然后連接節(jié)點生成元素的方法來建立有限元模型的，它適用于結構比較簡單的零件。但是對于一些復雜結構，如果還是采用上面的方法建立有限元模型，不但非常繁瑣，而且容易出錯，甚至在有些情況下幾乎是不可能的。因此，本實訓中將介紹三維實體結構的有限元分析。一、問題描述圖 25 所示為一工字鋼梁，兩端均為固定端，其截面尺寸為，l,1.0m,a,0.16m,b,0.2m,c,0.02m,d,0.03m。試建立該工字鋼梁的三維實體模型，并在考慮重力的情況下對其進行結構靜力分析。其他已知參數(shù)如下:圖 25 工字鋼結構示意圖u,0.

2、3 彈性模量 ( 也稱楊式模量 ) E= 206GPa; 泊松比 ; 32,7800kg/mg,9.8m/s 材料密度 ; 重力加速度 ;作用力 Fy 作用于梁的上表面沿長度方向中線處，為分布力，其大小Fy=-5000N二、實訓目的本實訓的目的是使學生學會掌握ANSYS在三維實體建模方面的一些技術，并深刻體會 ANSYS軟件在網(wǎng)格劃分方面的強大功能。三、結果演示圖 26 單元類型庫對話框使用 ASSYS 8。0 軟件對該工字鋼梁進行結構靜力分析，顯示其節(jié)點位移云圖。四、實訓步驟( 一)ASSYS8.0的啟動與設置與實訓 1 第一步驟完全相同，請參考。( 二) 單元類型、幾何特性及材料特性定義圖

3、 27 單元類型對話框1 定義單元類型。點擊主菜單中的“Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，彈出對話框，點擊對話框中的“Add ”按鈕，又彈出一對話框 ( 圖 26) ，選中該對話框中的“ Solid ”和“ Brick8node 45 ”選項，點擊“ OK”，關閉圖 26 對話框，返回至上一級對話框，此時，對話框圖 28 材料特性參數(shù)對話框中出現(xiàn)剛才選中的單元類型 :Solid45 ，如圖 27 所示。點擊“ Close ”，關閉圖 27 所示對話框。注 :Solid45 單元用于建立三維實體結構的有限元分析模型，該單元由8 個節(jié)

4、點組成，每個節(jié)點具有X、Y、Z 方向的三個移動自由度。( 定義材料特性。點擊主菜單中的“Preprocessor>Material Props>Material Models”， 2彈出窗口如圖 28 所示，逐級雙擊右框中“Structural Linear ElasticIsotropic”前圖標，彈出下一級對話框，在“彈性模量”(EX) 文本框中輸入 :2.06e11 ，在“泊松比” (PRXY)文本框中輸入 :0.3 ，如圖 29 所示，點擊“ OK” 按鈕，回到上一級對話框，然后，雙擊右圖 28 材料特性對話框框中的“ Density ”選項，在彈出對話框的“DENS”一欄

5、中輸入材料密度 :7800 ，點擊“ OK”按鈕關閉對話框。最后，點擊圖2-31 所示窗口右上角“關閉”該窗口。( 三) 工字鋼三維實體模型的建立1( 生成關鍵點。圖 30 所示的工字鋼梁的橫截面由12 個關鍵點連線而成，其各點坐標圖 30 節(jié)點生成參數(shù)輸入對話框分別為 :1(-0.08,0,0)、2(0.08,0,0) 、 3(0.08,0.02,0)、4(0.015,0.02,0)、5(-0.015,0.18,0) 、6(-0.08,0.18,0)、7(0.08,0.02,0)、 8(-0.08,0.02,0)、9(-0.08,0.18,0) 、 10(-0.015,0.18,0)、11(

6、-0.015,0.02,0)、12(-0.08,0.02,0)。點擊主菜單中的“ Preprocesso r>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS”，彈出對話框。在“ Keypoint number ”一欄中輸入關鍵點號 1，在“ XYZ Location ”一欄中輸入關鍵點1 的坐標 (-0.08，0，0) ，如圖 30 所示，點擊“ Apply ”按鈕，同理將212 點的坐標輸入，此時，在顯示窗口上顯示所生成的12 個關鍵點的位置。2( 生成直線。點擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>Crea

7、te >Lines >Lines>StraightLine”，彈出關鍵點選擇對話框，依圖31 生成直線顯示圖 32 面選擇對話框次點選關鍵點 1、2，點擊“ Apply ”按鈕，即可生成第一條直線。同理，分別點擊 2、3;3 、4;4 、 5;5 、6;6 、7;7 、 8;8 、9;9 、10;10 、 11;11 、12;12 、1 可生成其余 11 條直線。生成后的組成工字鋼梁橫截面的直線如圖31 所示。3( 生成平面。點擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ByLines

8、”，彈出“直線選擇”對話框，依次點選 112直線，點擊“ OK”按鈕關閉對話框，即可生成工字鋼的橫截面。圖 33 平面拉伸成體的參數(shù)設置4( 生成三維實體。點擊主菜單中的“Preprocessor>Modeling>>Operate>Extrude>Areas>Along Normal ”，彈出平面選擇對話框32，點選上一步驟生成的平面，點擊“OK”按鈕。之后彈出另一對話框33，在“ DIST”一欄中輸入 :1( 工字鋼梁的長度 ) ，其他保留缺省設置，點擊 OK按鈕關閉對話框，即可生成工字鋼梁的三維實體模型。如圖 34 所示。 ( 四) 網(wǎng)絡劃分1( 設定

9、單元大小。點擊主菜單中的“Preprocess or>Meshing>M eshTool ”, 彈出對話框，在 “Size Control ”標簽中的 Global一欄點擊 Set圖 34 工字鋼梁三維實體模型按鈕，彈出“網(wǎng)格尺寸設置”對話框，在SIZE 一欄中輸入 :0.02 ，其他保留缺省設置，點擊OK按鈕關閉對話框。2( 接著上一步，在圖35 的劃分網(wǎng)格的對話框中，選中單選框“ Hex”和“ Sweep”，其他保留缺省設置，然后點擊“ Sweep”按鈕，彈出體選擇對圖 36 劃分網(wǎng)格后的工字鋼梁模型話框，點選 34 中的工字鋼梁實體，并點擊OK按鈕，即可完成對整個實體結構的網(wǎng)

10、格劃分，其結果如36 所示。( 五) 施加載荷1( 施加位移約束。點擊主菜單的“Preprecessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structuaral>Displacemengt>On Areas”，彈出面選擇對話框，點擊該工字梁的左端面，點擊“OK”按鈕，彈出對話框如圖示，選擇右上列表框中的“All DOF ”，并點擊“ OK”按鈕，即可完成對左端面的位移約束，相當于梁的固定端。同理，對工字鋼的右端面進行固定端約束。( 施加分布力 (Fy) 載荷。 2(1) 選擇施力節(jié)點。點擊應用菜單中的“Select>Entities.

11、”，彈出對話框如圖 37 所示，在第一個列表框中選擇“Nodes”選項，第二個列表框中選擇“ By Location ”選項，選中“Zcoordinates ”單選框，參數(shù)的文本框中輸入 :0.5( 表示選擇工并在“ Min,Max”字鋼梁沿的中間橫截面上的所有節(jié)點) ，其他參數(shù)保留缺省設置，點擊“Apply ”按鈕完成選擇。點擊“ Plot ”按鈕，在顯示窗口上顯示出工字鋼梁中間橫截面上的所有節(jié)點。然后，在圖 37 所示對話框中選中“ Zcoordinates ”單選框，在“ Min,Max”參數(shù)文本框中輸入 :0.2( 表示工字鋼梁的上表面 ) ，選中“Reselect ”( 表示在現(xiàn)有活

12、動節(jié)點即上述選擇的中間橫截面中，再選擇y 坐標等于 0.2 的節(jié)點為活動節(jié)點 ) 單選框，其他參數(shù)保留缺省設置 ( 參見圖 37) ，然后依次點擊“ Apply ” 和“ Plot ”按鈕，即可在顯示窗口上顯示出工字鋼梁上表面沿長度方向中線處的一組節(jié)點，這組節(jié)點即為施力節(jié)點。(2) 施加載荷。點擊主菜單中的 “Preprocessor>Loa ds>Define圖 35 網(wǎng)格劃分對話框 Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Loads ”，彈出“節(jié)點選擇”對話框，點擊“ Pick All ”按鈕，即可選中 (1) 中所

13、選擇的這組需要施力的節(jié)點，之后彈出另一個對話框，在該對話框中的“ Directionof force/mom ”一項中選擇 : “FY,在 Force/moment value ”一項中輸入 :-5000( 注: 負號表示力的方向與 Y 的方向相反 ) ，其他保留缺省裝置，如圖 38 所示，然后點擊“ OK”按鈕關閉對話框，這樣，通過在該組節(jié)點上施加與 Y 向相反的作用力，就可以模擬該實訓中所要求的分布力 Fy =-5000N。(3) 恢復選擇所有節(jié)點。在求解之前必須選擇所有已創(chuàng)建的對象為活動對象 ( 如點、線、面、體、單元等 ) ，否則求解會出錯。因此，點擊應用菜單中的“Select>

14、Everything ”，即可完成該項工作。需要注意的是，此時顯示窗口僅顯示施力節(jié)點及作用力的方向箭頭。若要顯示整個工字鋼梁的網(wǎng)絡模型，可點擊應用菜單中的“Plot>Elements ”即可。3( 施加重力載荷。點擊主菜單中的“Preproce ssor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity”, 在彈出對( 表示沿 Y 方向的重力話框的“ ACELY”一欄中輸入 :9.8加速度為 9.8m/s ，系統(tǒng)會自動利用密度等參數(shù)進行分析計算 ) ，其他保留缺省設置，點擊“ OK”關閉對話框。到此為

15、止，有限元分析的前置處理部分已經(jīng)結束。(六)求解點擊主菜單中的“ Solution>Solve>Current LS”，在彈出對話框中點擊“ OK”按鈕，開始進行分析求解。分析完成后，又彈出一信息窗口提示用戶已完成求解，點擊“Close ”按鈕關閉對話框即可。至于在求解時產(chǎn)生的STATUS Command窗口，點擊“ File>Close ”關閉即可。說明 : 到此為止，有限元分析的求解部分已經(jīng)結束。圖 37 節(jié)點選擇( 七) 分析結果瀏覽1( 繪制節(jié)點位移云圖。點擊主菜單中的“General Postproc>PlotResults>ContourPlot>

16、;Nodal Solu”，彈出對話框，選中右上列表框“Translation”欄中的“UY”選項，其他保留缺省設置。點擊“OK”按鈕，即可顯示本實訓工字鋼梁各節(jié)點在重力和 Fy 作用下的位移云圖，如圖40 所示。同理，通過在圖39 所示對話框中選擇不同的選項，也可以繪制各節(jié)點的應力以及沿其他方向的云圖。2( 列舉各節(jié)點的位移解。點擊主菜單中的General Postproc>PlotResults>ContourPlot>Nodal Solu”，彈出對話框如圖39 所示，全部保留缺省設置，點擊“OK”按鈕關閉對話框，并彈出一列表窗口，顯示了該工字鋼梁各節(jié)點圖 38 施加載荷時的參數(shù)設置的位移情況，顯然，由于受力方向為 y 方向，因此，從窗口數(shù)據(jù)看出，各節(jié)點沿 y 的位移最大。圖 39 節(jié)點位移顯示設置3( 顯示變形動畫。點擊應用菜單(Utility>Menu)中的“ PlotCtrls>Animate>DeformedResults.