ANSYS實(shí)體建模有限元分析-課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、南京理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）作者:學(xué)號(hào)：學(xué)院（系）:理學(xué)院專業(yè):工程力學(xué)題目：ANSYS實(shí)體建模有限元分析指導(dǎo)者：評(píng)閱者：（姓名）（專業(yè)技術(shù)職務(wù)）（姓名）（專業(yè)技術(shù)職務(wù)）20年月日摘要有限元分析已經(jīng)在教學(xué)、科研以及工程應(yīng)用中成為重要而又普及的數(shù)值分析方法和工具；綜合考慮有限元方法的力學(xué)分析原理、建模技巧、應(yīng)用領(lǐng)域、軟件平臺(tái)、實(shí)例分析這幾個(gè)方面，而ANSYS軟件含有進(jìn)行多種有限元分析的能力，包括從簡單的線性靜態(tài)分析到復(fù)雜非線性動(dòng)態(tài)分析。一個(gè)典型的ANSYS分析過程可以分為三個(gè)步驟：建立模型、加載并求解、查看分析結(jié)果。其中建立模型在整個(gè)分析過程中所花費(fèi)的時(shí)間應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其它過程。而處于初學(xué)期

2、的我們，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)有限元方法的實(shí)質(zhì)理解和融會(huì)貫通，力求精而透，強(qiáng)調(diào)自身綜合能力（掌握和應(yīng)用有限元方法）的培養(yǎng)，為自身親自參與建模、以及使用先進(jìn)的有限元軟件平臺(tái)提供較好的素材。關(guān)鍵詞有限元、ANSYS、建立模型、加載并求解、查看分析結(jié)果練習(xí)題一要求：照?qǐng)D利用ANSYS軟件建立實(shí)體模型和有限元離散模型，說明所用單元種類、單元總數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)。操作步驟：擬采用自底向上建模方式建模。1. 定義工作文件名和工作標(biāo)題1）選擇UtilityMenu>File>ChangeJobname命令，出現(xiàn)ChangeJobname對(duì)話框，在/FILNAMEnternewjobname文本框中輸入工作文件名lea

3、rning1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2）選擇UtilityMenu>File>ChangeTitle命令，出現(xiàn)ChangeTitle對(duì)話框，在/TITLEEnternewtitle文本框中輸入08dp,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2. 定義單元類型1）選擇MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，出現(xiàn)ElementTypes對(duì)話框，單擊Add按鈕，出現(xiàn)LibraryofElementTypes對(duì)話框。在LibraryofElementTypes列表框中選擇StructuralSolid,Tet10no

4、de92，在Elementtyperefereneenumber文本框中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2）單擊ElementTypes對(duì)話框上的Close按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框。3. 創(chuàng)建幾何模型1）選擇UtilityMenu>P1otCtrls>Style>Colors>ReverseVideo命令，設(shè)置顯示顏色。2）選擇UtilityMenu>P1otCtrls>ViewSettings>ViewingDirection命令，出現(xiàn)ViewingDirection對(duì)話框，在XV,YV,ZVCoordsofviewpoint文本框中分別輸入1,1,1，

5、其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。3）建立支座底塊選擇MainMenu'PreprocessorModeling>Create>volumes>Block>ByDemensios命令，出現(xiàn)CreateBlockbyDemensios對(duì)話框，在X1,X2X-coordinates文本框中輸入0、400,在Y1,Y2Y-coordinates文本框中輸入0、150,在Z1,Z2Z-coordinates文本框中輸入0、40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。4）建立支座孔柱選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Cr

6、eate>Volumes>Cylinder>SolidCylinder命令，出現(xiàn)SolidCylinder對(duì)話框，在WPX文本框中輸入40，在WPY文本框中輸入40,在Rad-1文本框中輸入20，在Depth文本框中輸入40，單擊0K按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。5）復(fù)制支座孔圓柱選擇MainMenu>Preprocessor>Copy>Volume命令，出現(xiàn)CopyVolume對(duì)話框，在圖形上拾取圓柱實(shí)體，單擊Apply按鈕，在移動(dòng)方向（x方向）欄中輸入移動(dòng)距離3206）布爾運(yùn)算減去底座圓柱孔圓柱選擇MainMenu>Preprocessor>Modeli

7、ng>0perate>Booleans>Subtract>Volumes命令，出現(xiàn)SubtractVolumes拾取菜單，拾取底塊，點(diǎn)擊0K鍵，又出現(xiàn)一拾取菜單，拾取兩個(gè)圓柱，點(diǎn)擊0K鍵完成運(yùn)算。7）底座圓角繪制選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>SolidCylinder命令，出現(xiàn)SolidCylinder對(duì)話框，在WPX文本框中輸入40，在WPY文本框中輸入40，在Rad-1文本框中輸入40，在Depth文本框中輸入40，單擊0K按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。選擇M

8、ainMenu>Preprocessor>Copy>Volume命令，出現(xiàn)CopyVolume對(duì)話框，在圖形上拾取圓柱實(shí)體，單擊Apply按鈕，在移動(dòng)方向（x方向）欄中輸入移動(dòng)距離320。選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>0perate>Booleans>Divide>VolumesbyArea命令，出現(xiàn)DivideVolbyArea拾取菜單，拾取底塊，點(diǎn)擊0K鍵，又出現(xiàn)一個(gè)拾取菜單，拾取兩個(gè)大圓柱面，點(diǎn)擊0K鍵完成運(yùn)算。選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>De

9、lete>VolumesandBelow命令，出現(xiàn)DeleteVolumesandBelow拾取菜單拾取大圓柱，邊角塊，點(diǎn)擊0K鍵完成運(yùn)算。8）底塊凹槽繪制選擇MainMenu'PreprocessorModeling>Create>volumes>Block>ByDemensios命令，出現(xiàn)CreateBlockbyDemensios對(duì)話框，在X1,X2X-coordinates文本框中輸入85、315，在Y1,Y2Y-coordinates文本框中輸入0、150，在Z1,Z2Z-coordinates文本框中輸入0、10，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。后經(jīng)

10、布爾運(yùn)算Subtract減去凹?jí)K得效果圖如下9）變換工作坐標(biāo)選擇UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>AtSpecifiedLoc+命令，彈出CreateCSatlocation對(duì)話框，在文本框中輸入新坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)200,172,40,單擊OK按鈕，再輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。選擇UtilityMenu>WorkPlane>AlignWSwith>SpecifiedcoordSys.彈出AlignWSwithSpecifiedCS對(duì)話框輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框

11、。10）支座頂部圓柱選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>SolidCylinder命令，出現(xiàn)SolidCylinder對(duì)話框，在WPX文本框中輸入0，在WP丫文本框中輸入40，在Rad文本框中輸入40，在Depth文本框中輸入40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。11）支座背板繪制變換工作坐標(biāo)，選擇UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>AtSpecifiedLoc+命令，彈出Creat

12、eCSatlocation對(duì)話框，在文本框中輸入新坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)200,150,40，單擊OK按鈕，再輸入11,單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。選擇UtilityMenu>WorkPlane>AlignWSwith>SpecifiedcoordSys.彈出AlignWSwithSpecifiedCS對(duì)話框輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>SolidCylinder命令，出現(xiàn)SolidCylinder對(duì)話框，在WPX文本框中輸入-75，在WP

13、Y文本框中輸入100,在Rad文本框中輸入125,在Depth文本框中輸入30，單擊0K按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>SolidCylinder命令，出現(xiàn)SolidCylinder對(duì)話框，在WPX文本框中輸入75，在WPY文本框中輸入100，在Rad文本框中輸入125，在Depth文本框中輸入30，單擊0K按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。用過布爾運(yùn)算方式切除多余邊角，合并相應(yīng)體面。12）頂孔以及勒板繪制變換坐標(biāo)系（同步驟9）繪制頂孔圓，布爾運(yùn)算挖孔，變換坐標(biāo)繪制勒板得到如

14、圖4.劃分網(wǎng)格1）選擇UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering命令，出現(xiàn)PlotNumberingControls對(duì)話框，選擇VOLUVolumenumber選項(xiàng)，使其狀態(tài)從On變?yōu)镺ff,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2）選擇MainMenu>Preprocessor>Meshing>Size>Cntrls>ManualSize>Global>Size命令，出現(xiàn)GlobalElementSizes對(duì)話框，在SIZEElementedgelength文本框中輸入15，如圖所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。3）選擇MainMe

15、nu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free命令，出現(xiàn)MeshVolumes拾取菜單，用鼠標(biāo)在ANSYS顯示窗口選擇支座，單擊OK按鈕關(guān)閉該菜單。單元種類SOLID92，單元數(shù)12614個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)21015個(gè)。練習(xí)題二四邊固定的圓盤形鋁板，在中央處放置一正方體鋼錠。鋼錠的邊為5CM,上表面施加了100MPa的外壓；圓盤形鋁板半徑10cm，厚。已知靜摩擦系數(shù)f二；剛的材料參數(shù)E=200GPa,|一1一0.27,.二悶加叱肯；鋁的材料系數(shù)E=70GPa,|丄一0.獎(jiǎng),P-27O0kg/r-i研究鋁板的變形和應(yīng)力情況。鋁板一建立相

16、關(guān)模型定義兩種單元為sold95；再分別定義鋁和鐵的材料參數(shù)，序號(hào)分別為1和2。又由于模型是對(duì)稱模型,故采用1/4模型分析運(yùn)算。二網(wǎng)格劃分鋁板網(wǎng)格劃分：選擇MainMenu>Preprocessor>Meshing命令，單擊MeshTool,彈出MeshToal對(duì)話框。在ElementAttributes下單擊Set按鈕，彈出MeshingAttributes對(duì)話框.在ElementTypenumber,Materialnumber文本框中分別選擇工1S0LID95,1，單擊OK按鈕，以上完成管道單元及材料分配）。其中通過變換Materialnumber號(hào)來區(qū)別實(shí)體材料性質(zhì)的不同A

17、MdhlfrgATtributKMediTaoilAANtSYSVkjlbp-rysk.!LLiliayWniri.iM.rnngj：Q3QQRDMTaalJ料W丐mavj|s|二蓼坯印|ANEYSladhat鼻止止|R£SLID|QJLTFOWKSRPhIAleSelectLisiPfatPlotCtrkWcrtPlant田SettiQrifQModding日MtlArng0M«lh紹忙Im他目.ElfizflCnlrli MOptsBConttnuleElediElModifyVErfiBcn«kMtfh OtirJ*KeypointsQCheckingCtr

18、ts,田NuFnhcringCtrl:田AKHh*«IM*咱SVoiipl油中/CtqflBLutti-fieldSetUpSL»dw田Phrfkl-SM也OperiEiarii：p&ftpHKTlwHltt陽tfTTgpdliUlOpt三建立接觸對(duì)DeFsukJd®ribut«forM«hingEPtElrmrrttypenjmbn-19OUD95jJMfliTMati-slnumberf"-23REM】HcjiKimtsntw4nurnb”訊口11亡defired呼E5吃iElementrctcirdinfflwsjra5

19、ECNUM1SerlionnurrlwwElen"AJ油曲：i')舊問創(chuàng)1創(chuàng)廠Smai勻鍛JJ葉6Cwups5叱Cflrttrnkg1Uw1Ctrlj1匸加1如1型血型到到兩|1-©|9曰亙旦«lfll®JJJaAJAJAJ-J*JJJJJ血|mdt=2®pe=lIf£i3il=-l|cs盧二G|itcn-lrCkiw選擇MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair彈出ContactManager對(duì)話框，安左上按鈕，接著由相關(guān)操作有載荷施加并求解（1

20、）定義邊界條件和載荷選擇Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnAreas，選擇圓盤側(cè)面，定義Z方向的位移為零；選擇Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>OnAreas，選擇鋼錠頂面，定義外壓大小為100MPa擴(kuò)展模型執(zhí)行UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SymmetryExpansion>Priodic/CclincSmmerty命令，彈出Priodic/Cclinc

21、SymmetryExpansion對(duì)話框，選擇“1/4DihedralSym”單擊OK完成。EISPLACEHiHTSTEP-1SUB=1TIME-1/EXPANDED宙=.001076ANSEEIS201220:14:57C91137010B-dcngpcngrziX方向應(yīng)力圖三建立相關(guān)模型丫方向應(yīng)力圖Z方向應(yīng)力圖首先繪制齒輪外齒圈每個(gè)單元齒的剖面輪廓，得到效果圖如下轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)系，Copy28份環(huán)形陣列，得效果圖如下布爾運(yùn)算面相加(MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>add>Areas&g

22、t;Pickall得到下圖選中面，沿軸向拉伸(Modeling>Extrude>Operate>Areas>AlongNormal)繪制支撐板5夕LbM心！.Ingp*E4繪制軸套支撐板上挖孔，繪制圓孔柱，Copy5份環(huán)形陣列，布爾減運(yùn)算，得效果圖如下軸套上挖槽，布爾運(yùn)算合并實(shí)體并離散化單元種類：SOLID185單元數(shù)：38548節(jié)點(diǎn)總數(shù)：9600材料特性彈性模量、泊松比加載回MaterialModelsAvailableaterialMadelINumber13PreferetiEtiElPrepro-Ees-iDf UefneiiHTypeE鼬胡cm,忖昭 Miit

23、&rialPnopEMat«ri«lLibraryBTemperatuneUniitsSBl倉lrtplm曲UrlitUatsirialhlodd:SGenverl;ALFkH匚hangeMatINuinn田FailureCtiterlaSWritetoFt)3dl222：igANSYSMainMenuACheiineMaterialMc-delBehavior屈FsMorrt&L血Structural禧linear曲Eltic倉J色OirthotfQpicMaterialEditFavoriteHelpMeterialMod&lsDefinedDa

24、mpingALjnearIsotropicProperliesfarMatriflllNumber1Linear1占口tr口pcMfeirialPrape-rtiE-iforMaTerialNumber1PR.WAddTemperatureDeleteTemp&raajr&Graph®l=lPickamenuitem(_type=l2E1DDBTemperaturesEX險(xiǎn)AnisotropicNonlinearDensityThermalEKpansion罔froSectionsModelingchcckilrtgaNumberingArchiveM&iCo

25、upling/'iMulti-fieldILoads-PhysicsPathOpera!EE田EEl田田&DlutieiHB朋deIPxtpihElTimeHirfPesU材料特性密度加載加載角速度：運(yùn)算結(jié)果應(yīng)力圖，NODJILsolutionSEE1720L219;29;15fl91137380S-dengpengSIEElSUB=1TIME=1USUHRSYS=CDNK=»21SE-05SNN=b872E-07SMX=b21SE-05.ST2E-07.5ELE-O6.LO2E-O5.14&E-0E194±.-0E319E-06.7E3E-0

26、71;A25E-G5A71E-05.21BE-O5變形圖：練習(xí)題圖示中心具有圓孔的正方形薄板，兩側(cè)收到垂直板邊沿隨時(shí)間變化的均布載荷P=P(t)作用。設(shè)板邊長匸1m，圓孔直徑d=2a=,材料E=20GPa,卩二，密度p=2500kg/m3厚度t=，試計(jì)算x=0上截面正應(yīng)力隨時(shí)間變化情況解答由于該分析模型是對(duì)稱模型，故為減少計(jì)算量，提高運(yùn)算速度計(jì)，選取1/4份模型建模求解，其建模，材料屬性加載，模型離散化過程與以上三題方法類似，在此就不多做贅述了。通過對(duì)題目的分析，該題是一個(gè)帶孔平板結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析問題。一定義分析類型和設(shè)置選項(xiàng)1）定義分析類型。執(zhí)行MainMenu>Snlutian&

27、gt;AnalysisType>NewAnalysis命令，彈出NewAnalysis對(duì)話框。選擇“Transient”按鈕，單擊OK按鈕，彈出TransientAnalysis對(duì)話框，選擇“Full”單擊OK按鈕。2）打開預(yù)測器。執(zhí)行MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol'nControls命令，彈出SalutivnControls對(duì)話框，選擇Nonlinear選項(xiàng)卡，在DOFsolutionpredictor下拉列表框中選擇“Onforallsubstep”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。3）設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行MainMenu>S

28、olution>AnalysisType>Sol'nControls命令，彈出SolutionControls對(duì)話框。在AnalysisOptions和Frequency下拉列表框中分別選擇“SmallDisplacementStatic”及“Writeeverysubstep”選項(xiàng)，在Timeatendofloadstep文本框中輸人“5",在Numberofsubsteps文本框中輸入“1",單擊OK按鈕。4）施加對(duì)稱約束（操作與題二類似,不多做說明）二載荷步選項(xiàng)控制及求解運(yùn)算1）寫入第1個(gè)載荷步。執(zhí)行MainMenu>Solution>

29、LoadStepOpts>WriteLSFile命令，彈出WriteLoadStepFile對(duì)話框。在Loadstepfilenumbern文本框中輸入“1",單擊OK按鈕。2）設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行MainMenu>Solution>Analysis>Type>Sol'nControls命令，彈出SolutionControls對(duì)話框。在AnalysisDptions,Automatictimesteppingoption和Frequency下拉列表框中分別選擇"LargeDisplacementStatic","

30、On"及"Writeeverysubstep”選項(xiàng)，在Timeatendofloadstep和Numberofsubsteps文本框中分別輸入“1”及“l(fā)O”，單擊OK按鈕。3) 施加集中載荷。執(zhí)行MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，彈出拾取框，拾取x=0上一點(diǎn)，單擊OK按鈕，彈出ApplyFIMonNodes對(duì)話框。在Directionofforcelmam下拉列表框中選擇“FX”選項(xiàng)，在LoadTEMPvalue文本框中輸入“0”，

31、單擊OK按鈕。第一載荷步施加完成，第二第三直至第五載荷步操作與第一步類似，注意：寫入第1個(gè)載荷步。執(zhí)行MainMenu>Solution>LoadStepOpts>WriteLSFile命令，彈出WriteLoadStepFile對(duì)話框。在Loadstepfilenumbern文本框中輸入字符編號(hào)的變換(1-5)。執(zhí)行MainMenu>Solution>Analysis>Type>Sol'nControls命令，彈出SolutionControls對(duì)話框。，在Timeatendofloadstep文本框中輸入字符編號(hào)的變換(1-5)。執(zhí)行Mai

32、nMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes命令，彈出拾取框，拾取x=0上點(diǎn)，單擊OK按鈕，彈出ApplyFIMonNodes對(duì)話框。在LoadTEMPvalue文本框中輸入外載荷突變折點(diǎn)數(shù)據(jù)與載荷步編號(hào)的對(duì)應(yīng)。三求解問題執(zhí)行MainMenu>Solution>Solve>FromLSFile命令，彈出SolveLoadStepFile對(duì)話框，在LSMINLSMAX分別輸入“1”、“5”點(diǎn)擊OK鍵求解。整體運(yùn)算后應(yīng)力變化效果如附帶視頻所示。通過下步驟得出本題

33、所需結(jié)果，顯示情況如下計(jì)算結(jié)果視頻顯示t=1s時(shí)x=0面應(yīng)力情況NCDA13OLKTICNAVG),L34E+O9,L9DE+09,Z47E+O9.1S2E+C5.21BE+O5.275E+C50911370108dengp亡ngETEP=150E=1TrME=lSKR3Y5=aDMK=.022064SMN2ME心5MK=.275EK)9SEPLB2012L7;45;33rZD6E+0e,77LE；+06.453EtOaL05E+O5t=2s時(shí)x=0面應(yīng)力情況1iSrcrLSOLUTIONSIEP=1SUB-1TIME=1SK(iVG)RSYS-0ZMX=.0fiL055SMN=-.27SEKl9SHKn20aE.tO3ANSEPIS201217:4Gk33-.10SE+aS-.27SE+0S-.210E1-D9-.1S2E409-.247Z+O9-.1S0E1-09-.laazi-oe一.134E+09-771E+0S-,20SSK)