通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用第三講PPT

1、碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用(三) 二OO六年三月十日10 March 20061通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用碩士研究生學(xué)位課程講義（2006）第三講 內(nèi)容提要4. 實(shí)體建模的基本過程示例 4.1 問題概述 4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 4.3 創(chuàng)建幾何模型 4.4 劃分網(wǎng)格 4.5 加載與求解 4.6 查看結(jié)果 4.7 命令流輸入10 March 20062通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.1 問題概述三層框架結(jié)構(gòu)，層高4米，結(jié)構(gòu)平面圖如下：三層框架結(jié)構(gòu)平面示意圖 10 March 20063通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.1 問題概述（續(xù)）主

2、要承重構(gòu)件的截面尺寸及材料力學(xué)性能參數(shù)框架柱： 500mm500mm混凝土柱外環(huán)梁： 300mm500mm混凝土梁樓面梁： 10500工字鋼，高 H500mm，寬 B200mm， 翼緣t116mm，腹板t210mm樓面板： 100mm混凝土樓面板材料特性：混凝土C30，彈模E3.01010N/m2，泊松比0.2， 密度2500Kg/ m3型鋼鋼材：彈模E2.11011N/m2，泊松比0.3，密度7800Kg/ m3 10 March 20064通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 啟動(dòng)ANSYS 設(shè)置相關(guān)工作目錄和工作文件名，注意：工作目錄不能用中文 定義分析類型

3、 選擇 Main Menu Preferences 命令，彈出如下優(yōu)選對(duì)話框10 March 20065通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 定義分析標(biāo)題 選擇 Utility Menu File Change Title 命令，彈出如下對(duì)話框 輸入分析標(biāo)題：Frame Structure Analysis 10 March 20066通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 定義單元類型選擇 Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 命令，彈出 Element Type 對(duì)話

4、框，單擊 Add 按鈕，在新彈出的 Library of Element Types 對(duì)話框中選擇 Beam4 用于模擬框架柱，單擊 Apply 按鈕按上述步驟繼續(xù)選擇 Beam4 為 Element Type 2 用于模擬外環(huán)梁；選擇 Beam4 為 Element Type 3 用于模擬樓面梁；選擇 Shell63 為 Element Type 4 用于模擬樓面板。全部完成后單擊 Close 按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。10 March 20067通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 定義實(shí)常數(shù)選擇 Main Menu Preprocessor Real Constan

5、ts Add/Edit/Delete 命令，彈出Real Constants 對(duì)話框，選擇 Add，顯示 Choose Element Type 對(duì)話框，選中 Type 1 Beam4 后，單擊 OK 按鈕，在彈出的 Real Constant Set Number 1，for Beam4 對(duì)話框中如圖輸入框架柱各參數(shù)： Cross-sectional AREA0.25Area moment of inertia IZZ = 1/192Area moment of inertia IYY = 1/192Thickness along Z axis TKZ = 0.25Thickness alo

6、ng Y axis TKY = 0.25Torsional moment of inertia IXX = 2/192類似地，重復(fù)上述步驟完成 Element Type 2 和 3，for Beam4 10 March 20068通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 定義實(shí)常數(shù)（續(xù)）選擇 Element Type 4 Shell63 后，在新彈出的 Real Constant Set Number 4，for Shell63 對(duì)話框中如圖輸入樓面板參數(shù)： 全部完成后單擊 Close 按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 注意：不同的單元類型，其對(duì)應(yīng)的實(shí)常數(shù)對(duì)話框格式和內(nèi)容均會(huì)有所不

7、同，輸入數(shù)據(jù)時(shí)一定要仔細(xì)核對(duì)。10 March 20069通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 定義材料屬性選擇 Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 命令，將彈出如下圖所示的 Define Material Model Behaviour 對(duì)話框： 10 March 200610通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.2 定義材料、幾何參數(shù)和單元類型 定義材料屬性（續(xù)）選擇 Material Models Available Structural Linear Elastic Isotropic，彈

8、出左圖所示的 Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1 對(duì)話框，輸入?yún)?shù) EX3.0e10，PRXY0.2，分別定義混凝土材料彈性模量和泊松比： 選擇 Material Models Available Structural Density，彈出如右圖所示的 Density for Material Number 1 對(duì)話框，輸入?yún)?shù) DENS2500，定義混凝土材料密度。按上述步驟繼續(xù)完成 Material Number 2 型鋼材料屬性的定義，最后用材料屬性對(duì)話框中的 Material 下拉菜單選項(xiàng) Exit，完成

9、材料屬性定義，關(guān)閉對(duì)話框。 10 March 200611通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.3 創(chuàng)建幾何模型 生成關(guān)鍵點(diǎn)（Keypoint）選擇 Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoint In Active CS 命令，彈出如圖所示的 Create Keypoints in Active Coordinate System 對(duì)話框，在對(duì)話框的 Keypoint number 欄中輸入 1，在 X、Y、Z 坐標(biāo)欄中輸入（0，0，0），單擊 Apply 生成框架柱 Z1 的下端點(diǎn) Keypoint 1；同樣地輸入（0，0，4）生成框架柱 Z1

10、的上端點(diǎn) Keypoint 2。 10 March 200612通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.3 創(chuàng)建幾何模型 生成框架柱 Z1 線元（Line）選擇 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Straight Line 命令，彈出左下圖所示選取對(duì)話框，順序點(diǎn)擊 Keypoint 1和 Keypoint 2，即在兩點(diǎn)之間生成一條直線。 重復(fù)執(zhí)行前述操作步驟，生成全部框架柱和梁的線元，得到如上圖所示的框架結(jié)構(gòu)幾何模型。 10 March 200613通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.3 創(chuàng)建幾何模型 生成樓面板面元（Area） 選擇 Utili

11、ty Menu Selet Entities 命令，彈出左圖所示選取圖元對(duì)話框，在選取類型表中選 Lines，選取標(biāo)準(zhǔn)表中選 By Location，參數(shù)設(shè)定窗中輸入 Z 坐標(biāo)限定范圍 Min，Max 為（4，4），單擊 OK 按鈕，即選中標(biāo)高4米處二層樓面內(nèi)全部線元。 選擇 Utility Menu PlotCtrls Numbering 命令，彈出右圖所示圖元編號(hào)控制對(duì) 話框，選定 Line numbers ON； 10 March 200614通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.3 創(chuàng)建幾何模型選擇 Utility Menu Plot Replot 命令，執(zhí)行后得到如下圖所示的線元編號(hào)顯示

12、。 10 March 200615通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.3 創(chuàng)建幾何模型選擇 Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary by Lines 命令，彈出左圖所示選取對(duì)話框，順序點(diǎn)擊線元 L13、L24、L16 和 L22，即在此四條線段所圍區(qū)域內(nèi)生成樓板面元。重復(fù)執(zhí)行上述操作，生成二層樓面內(nèi)全部樓板面元；再次執(zhí)行選擇樓層選取操作，選取其余樓層；并繼續(xù)執(zhí)行樓板面元生成操作，完成所有樓面面元的生成，最終得到如右圖所示的框架結(jié)構(gòu)幾何模型。 10 March 200616通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.4 劃分網(wǎng)格 定義框架

13、梁線元屬性選擇 Utility Menu Plot Lines 命令，圖形窗口再現(xiàn)全部框架梁、柱線元；選擇 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked lines 命令，彈出線元選取對(duì)話框，在圖形窗口中選取全部框架柱線元，單擊 OK 按鈕，彈出線元屬性對(duì)話框（Line Attributes），如下圖所示指定框架柱線元的材料類型號(hào) MAT1、實(shí)常數(shù) REAL1和單元類型號(hào) TYPE1，單擊 Apply 按鈕，完成框架柱線元屬性定義。重復(fù)執(zhí)行上述操作，完成外環(huán)梁及樓面梁線元屬性定義。 10 March 200617通用有限元程序ANS

14、YS及應(yīng)用4.4 劃分網(wǎng)格 定義樓面板面元屬性選擇 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes All Areas 命令，彈出面元屬性對(duì)話框（Area Attributes），如圖所示指定樓面板面元屬性的材料類型號(hào) MAT1、實(shí)常數(shù) REAL4 和單元類型號(hào) TYPE4，單擊 OK 按鈕，完成樓面板面元屬性定義。 10 March 200618通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.4 劃分網(wǎng)格 框架梁、柱單元?jiǎng)澐?選擇 Utility Menu Selet Entities 命令，彈出選取圖元對(duì)話框，在選取類型表中選 Lines，選取標(biāo)準(zhǔn)表中選 B

15、y Attributes，參數(shù)設(shè)定窗中輸入 Elem type num 單元類型限定范圍 Min，Max，Inc為（1，1，1），單擊 OK 按鈕，即選中單元類型為 1 的全部框架柱線元。選擇 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls Manualsize Lines All Lines 命令，彈出下圖所示線元尺寸控制對(duì)話框，指定每條框架柱線元的等分?jǐn)?shù)目NDIV2，單擊 OK 按鈕，完成框架柱線元網(wǎng)格劃分。 10 March 200619通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.4 劃分網(wǎng)格重復(fù)執(zhí)行圖元選擇操作，選中單元類型為 2 和 3 的全部框架梁線元。

16、重復(fù)執(zhí)行網(wǎng)格劃分操作，指定每條框架梁線元的等分?jǐn)?shù)目 NDIV1，完成框架梁線元網(wǎng)格劃分。選擇 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Lines 命令，彈出線元選取對(duì)話框，單擊 Pick All 按鈕，生成全部框架梁、柱單元，如下圖： 10 March 200620通用有限元程序ANSYS及應(yīng)用4.4 劃分網(wǎng)格 樓面板網(wǎng)格劃分 由于各樓面板的圍線即是框架梁線元，已在以前的步驟中完成網(wǎng)格劃分，故無需另行分網(wǎng)操作，可以直接執(zhí)行單元生成操作。選擇 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Areas Mapped 3 or 4 sized命令，彈出面元選取對(duì)話框，單擊 Pick All 按鈕，生成樓面板單元?？蚣芙Y(jié)構(gòu)完整的有限元計(jì)算模型如下圖