有限元基礎(chǔ)與ANSYS軟件第3章典型結(jié)構(gòu)的ANSYS建模分析課件

1、有限元基礎(chǔ)及ANSYS軟件 郭世偉第三章 典型結(jié)構(gòu)的ANSYS建模分析一、負(fù)載的定義ANSYS中的負(fù)載可分為邊界條件和實(shí)際外力兩類，主要有：自由度約束，給定節(jié)點(diǎn)位移值；集中力（力矩），作用于結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)；表面壓力負(fù)載，分布于單元面上的分布力；等等。結(jié)構(gòu)的有限元模型建立后，開(kāi)始聲明各種負(fù)載。負(fù)載的聲明可在/prep7處理器和/solu處理器中進(jìn)行，建議全部負(fù)載在/solu處理器中聲明。分析類型的聲明：ANTYPE，Antype，！Antype=STATIC 或 0，靜態(tài)分析（系統(tǒng)默認(rèn)） BUCKLE 或 1，屈曲分析 MODEL 或 2，振動(dòng)模態(tài)分析 HARMIC 或 3，調(diào)和外力動(dòng)力系統(tǒng)分析 TR

2、ANS 或 4，瞬時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)分析定義節(jié)點(diǎn)自由度限制：D,DODE,LAB,VALUE,VALUE2, NEND,NINC,LAB2,LAB3,LAB=UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ, ALLDODE,NEND,NINC選取節(jié)點(diǎn)范圍VALUE為位移值 定義節(jié)點(diǎn)上的集中力：F,NODE,LAB,VALUE,VALUE2, NEND,NINC，LAB = FX,FY,FZ,MX,MY,MZ NODE,NEND,NINC選取節(jié)點(diǎn)范圍VALUE為外力值梁?jiǎn)卧系姆植剂Χx：SFBEAM,ELEM,LKEY,LAB,VALI,VALJELEM為梁?jiǎn)卧?hào)碼LKEY為梁?jiǎn)卧娴奶?hào)碼LAB=“P

3、RES”VALI、VALJ為節(jié)點(diǎn)I、J處的分布力密度單元分布力的定義：SFE，ELEM,LKEY,LAB,KVAL,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4ELEM為單元號(hào)碼LKEY為單元邊（面）的號(hào)碼，與節(jié)點(diǎn)順序相關(guān)LAB=“PRES”VAL1VAL4為對(duì)應(yīng)邊（面）的節(jié)點(diǎn)上的分布力密度以上為分布力的默認(rèn)正方向，注意節(jié)點(diǎn) I、J 的順序！定義節(jié)點(diǎn)間的分布力：SF, Nlist, Lab, VALUE適于均布負(fù)載，作用于Nlist節(jié)點(diǎn)所包含的單元的邊或面上。Lab=PRES表示為結(jié)構(gòu)所受壓力；VALUE為壓力值。OUTPR,Item,FREQ,用于控制分析后的結(jié)果是否顯示于輸出窗口（文件），該命令

4、需位于SOLVE命令之前。Item=ALL 所有結(jié)果，=NSOL，節(jié)點(diǎn)自由度結(jié)果，=BASIC,系統(tǒng)默認(rèn)（所包含的內(nèi)容足以使用）FREQ為負(fù)載次數(shù)，=ALL時(shí)為最后負(fù)載 。SOLVE加完負(fù)載后，可執(zhí)行該命令對(duì)題目進(jìn)行求解。求解過(guò)程中的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、負(fù)載狀態(tài)、分析結(jié)果等數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)于相關(guān)文件中，如jobname.rst，jobname.rth，jobname.rmg等。 二、后處理器 后處理器用于檢查分析、顯示分析結(jié)果，不同單元有不同特性，所得各種解答也不同。/POST1！進(jìn)入后處理器PLDISP,圖示結(jié)構(gòu)受外力變形的結(jié)果PRDISP, 列表顯示各節(jié)點(diǎn)位移結(jié)果PRESOL, Item, Co

5、mp ！打印單元的解答(以單元為單位) Item S(應(yīng)力) F （力） M（力矩） Comp XYZXYYZXZ XYZ XYZPRNSOL, Item, Comp ！打印節(jié)點(diǎn)的解答(以節(jié)點(diǎn)為單位) Item U(位移) S （應(yīng)力） Comp XYZCOMP COMPPRIN可顯示一般結(jié)構(gòu)的2-D，3-D單元的分析結(jié)果！對(duì)于一維的桿、梁等單元的結(jié)果的圖形顯示可用ETABLE命令。ETABLE,Lab,Item,Comp ！將單元某項(xiàng)結(jié)果制成表格形式Lab為字段名稱（最多8個(gè)字）Item為結(jié)果項(xiàng)次名稱Comp結(jié)果項(xiàng)次名稱的方向軸向應(yīng)力：ETABLE,AXSTRESS,LS,1軸向力：ETAB

6、LE,AXFORCE,SMISC,1軸向應(yīng)變：ETABLE,AXE,LEPEL,1梁彎矩：ETABLE,IMOMENT,SMISC,6梁彎矩：ETABLE,JMOMENT,SMISC,12梁剪力：ETABLE,ISHEAR,SMISC,2梁剪力：ETABLE,JSHEAR,SMISC,8平面單元（PLANE42）等效應(yīng)力：ETABLE,AAA,S,EQV平面單元X中心點(diǎn)位置：ETABLE,POSIX,CENT,XPRETAB,PLLS,圖象與動(dòng)畫1、平面桁架問(wèn)題的求解三、典型結(jié)構(gòu)的ANSYS分析/UNITS,SI /PREP7 ET,1,LINK1 MP,EX,1,207E9 R,1,0.01

7、N,1,0,0 N,5,8,0 FILL,1,5N,6,2,1 N,7,4,2 N,8,6,1 E,1,2 EGEN,4,1,1,1,1 E,1,6 E,6,7 E,7,8 E,5,8 E,2,6 E,3,7 E,4,8 E,2,7 E,4,7 FINISH /SOLUANTYPE,STATIC OUTPR,BASIC,ALL D,1,ALL,0 D,5,ALL,0 F,6,FY,-1000F,7,FY,-1000F,8,FY,-1000F,8,FX,1000SOLVE FINISH /POST1PLDISP,1PRDISP PRNSOL,U,X PRNSOL,U,Y ETABLE,AXS,L

8、S,1 ETABLE,AXF,SMISC,1 ETABLE,AXE,LEPEL,1 PLETAB,AXS PLETAB,AXF PLETAB,AXEFINISH2、梁結(jié)構(gòu)問(wèn)題的求解/UNITS,SI/PREP7ET,1,BEAM3MP,EX,1,2E11R,1,2*0.5,2*0.5*3/12,0.5N,1,0,0N,11,10,0FILL,1,11E,1,2EGEN,10,1,1,1,1FINISH /SOLUANTYPE,STATICOUTPR,BASIC,ALL D,1,ALL,0 D,11,UX,0,UY SFBEAM,1,1,PRES,0,1000 SFBEAM,2,1,PRES,1

9、000,2000 SFBEAM,3,1,PRES,2000,3000SFBEAM,4,1,PRES,3000,4000SFBEAM,5,1,PRES,4000,5000SFBEAM,6,1,PRES,5000,6000SFBEAM,7,1,PRES,6000,7000SFBEAM,8,1,PRES,7000,8000SFBEAM,9,1,PRES,8000,9000SFBEAM,10,1,PRES,9000,10000! F,7,FY,1000SOLVE FINISH ETABLE,IM,SMISC,6 ETABLE,JM,SMISC,12 ETABLE,IS,SMISC,2 ETABLE,J

10、S,SMISC,8 PRETAB PLLS,IS,JS PLLS,IM,JM FINISH3、彈性平面問(wèn)題a=5cm,c=2cm,d=2cm,q=1500N/m,q1=600N/m/UNITS,SI /PREP7 N,1,0,0 N,11,0.1,0 FILL,1,11 NGEN,7,11,1,11,1,0,0.01ET,1,PLANE42MP,EX,1,200E9 MP,NUXY,1,0.3 E,1,2,13,12 EGEN,10,1,1 EGEN,6,11,1,10 EDELE,21,25 EDELE,31,35 NDELE,34,38FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC

11、OUTPR,BASIC,ALLD,1,ALL,0 D,12,ALL,0 D,23,ALL,0 D,45,ALL,0 D,56,ALL,0 D,67,ALL,0 D,11,UY,0 SFE,10,2,PRES,-600,-500SFE,20,2,PRES,-500,-400SFE,30,2,PRES,-400,-300SFE,40,2,PRES,-300,-200SFE,50,2,PRES,-200,-100SFE,60,2,PRES,-100,0 SFE,51,3,PRES,1500,1500SFE,52,3,PRES,1500,1500SFE,53,3,PRES,1500,1500SFE,5

12、4,3,PRES,1500,1500SFE,55,3,PRES,1500,1500SFE,56,3,PRES,1500,1500SFE,57,3,PRES,1500,1500SFE,58,3,PRES,1500,1500SFE,59,3,PRES,1500,1500SFE,60,3,PRES,1500,1500SOLVE FINISH /POST1 PRDISP PLDISP,1PLNSOL,U,X PLNSOL,U,Y PLESOL,S,EQV四、多重負(fù)載 確定的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)所受約束條件與載荷形式多樣，要分別求解不同約束條件和載荷單獨(dú)作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)情況。例如下圖中，可分別進(jìn)行F1、F2、F

13、3單獨(dú)作用或不同組合作用下的結(jié)構(gòu)分析求解。 可采用多重負(fù)載方式來(lái)處理(約束條件也看作負(fù)載)。 結(jié)構(gòu)的有限元模型完全相同，只是在解答處理器中注意其不同負(fù)載狀態(tài)下的分析流程。F1=10kN，F(xiàn)2=2kN，F(xiàn)3=5 kN有以下常用命令： 多重負(fù)載的資料保存：LSWRITE，n負(fù)載階段數(shù)n=01，02，保存為文本文件Jobname.sn 多重負(fù)載解答：LSSOLVE,SLMIN,SLMX,SLINC讀取多重負(fù)載，并解答之，SLMIN,SLMX,SLINC為階段負(fù)載的范圍。每個(gè)負(fù)載的解答是獨(dú)立的。 設(shè)置不同的約束條件和載荷狀態(tài)時(shí)，可用到以下指令：刪除已定義的節(jié)點(diǎn)約束條件DDELE, NODE,Lab,N

14、END,NINC，對(duì)應(yīng)于指令D。刪除已定義的節(jié)點(diǎn)集中力FDELE, NODE,Lab,NEND,NINC，對(duì)應(yīng)于指令F。刪除已定義的面負(fù)載SFDELE, Nlist,Lab，對(duì)應(yīng)于指令SF。刪除已定義的面負(fù)載SFEDELE, ELEM,LKEY,Lab，對(duì)應(yīng)于指令SFE。 在POST1/中，檢查多重負(fù)載的解答時(shí)，聲明多重負(fù)載的號(hào)碼n：SET,n多重負(fù)載處理的一般流程為：上面實(shí)例的程序流程為：/UNITS,SI/PREP7ET,1,LINK1MP,EX,1,2.07E11R,1,1E-4R,2,2E-4N,1,0,0N,2,1,0N,3,2,0N,4,0.5,1N,5,1.5,1TYPE,1MA

15、T,1REAL,1E,1,2E,2,3E,4,5TYPE,1MAT,1REAL,2E,1,4E,2,4E,2,5E,5,3FINISH/SOLUD,1,ALLD,3,UY,0F,4,FY,-10000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0F,4,FY,-10000F,5,FX,2000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0FDELE,5,FXF,4,FY,-10000F,2,FY,-5000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0FDELE,4,FYF,5,FX,2000F,2,FY,-5000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0F,4,FY,-10000F,2,FY,

16、-5000F,5,FX,2000LSWRITELSSOLVE,1,5FINISH/POST1SET,1PLDISP,1SET,2PLDISP,1SET,3PLDISP,1SET,4PLDISP,1SET,5PLDISP,11、多自由度振動(dòng)系統(tǒng)具有黏性阻尼的二自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)：二自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)：五、振動(dòng)模態(tài)分析第一主振型 第二主振型二自由度系統(tǒng)的主振型圖 (a)平衡狀態(tài) (b)三質(zhì)量塊產(chǎn)生的位移 (c)三質(zhì)量塊的分立圖三自由度系統(tǒng)的力學(xué)模型 運(yùn)用隔離體法，對(duì)每個(gè)質(zhì)量塊進(jìn)行分析，可得該三自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為：三自由度有阻尼振動(dòng)系統(tǒng)三自由度系統(tǒng)及其固有模態(tài)振型各自由度上的頻率響應(yīng)圖3、連

17、續(xù)體振動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)支梁的前三階主振型可形如下圖所示：均勻簡(jiǎn)支梁：懸臂梁的前三階主振型可形如下圖所示：均勻懸臂梁：2、基于ANSYS的振動(dòng)模態(tài)分析結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)分析，分析類型ANTYPE=MODAL或2選擇模態(tài)分析的方法：MODOPT,Method Method=REDUC降階法，=SUBSP次空間法在降階法中選擇主自由度：M, NODE, Lab1,NEND,NINC, Lab2, 聲明模態(tài)階數(shù)或頻率范圍：MXPAND,NMODE,FREQB,FREQE,實(shí)例1：長(zhǎng)方形截面懸臂梁，梁屬性：材料屬性：質(zhì)量塊： 程序清單：/UNITS,SI/PREP7ET,1,BEAM3ET,2,MASS21,4R,1

18、,0.003,6.25E-7,0.05R,2,1.5MP,EX,1,207E9MP,NUXY,1,0.33MP,DENS,1,7800N,1,0,0N,20,1.2,0FILL,1,20TYPE,1MAT,1REAL,1E,1,2EGEN,19,1,1,1,1TYPE,2REAL,2E,20FINISH/SOLUANTYPE,MODALMODOPT,REDUCMXPAND,5D,1,ALL,0M,2,UY,20,1!SOLVE!FINISH!/SOLU!EXPASS,ONSOLVEFINISH/POST1SET,LISTSET,1,1PLDISPSET,1,2PLDISPSET,1,3PLDISP實(shí)例2：COMBIN14為彈簧-阻尼單元 如：ET,1,COMBINE14,1 ！表示以UX為自由度方向的線性1-D縱向彈簧-阻尼單元； ET,1,COMBINE14,2 ！表示以UY為自由度方向的線性1-D縱向彈簧-阻尼單元； ET,1,COMBINE14,2 ！表示X-Y平面內(nèi)的線性2-D縱向彈簧-阻尼單元；MASS21為結(jié)構(gòu)點(diǎn)質(zhì)量單元，有各方向的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 如：ET,MASS21,4 ！表示無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平面2-D質(zhì)量。M1=1kg,M2=2kg,M3=3kgK1=1000N/m,K