有限元基礎(chǔ)和ANSYS軟件典型結(jié)構(gòu)ANSYS建模分析

有限元基礎(chǔ)和ANSYS軟件典型結(jié)構(gòu)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

TRANS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,ALL DODE,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為外力值梁單元上的分布力定義：SFBEAM,ELEM,LKEY,LAB,VALI,VALJ ELEM為梁單元號(hào)碼

LKEY為梁單元面的號(hào)碼

LAB=“PRES” 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,VAL4 ELEM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” VAL1～VAL4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,Comp

！打印單元的解答(以單元為單位)ItemS(應(yīng)力)F（力）

M（力矩）

CompX\Y\Z\XY\YZ\XZX\Y\ZX\Y\ZPRNSOL,Item,Comp

！打印節(jié)點(diǎn)的解答(以節(jié)點(diǎn)為單位)ItemU(位移)S（應(yīng)力）

CompX\Y\Z\COMPCOMP\PRIN\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：ETABLE,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、平面桁架問題的求解三、典型結(jié)構(gòu)的ANSYS分析/UNITS,SI/PREP7ET,1,LINK1MP,EX,1,207E9R,1,0.01N,1,0,0N,5,8,0FILL,1,5N,6,2,1N,7,4,2N,8,6,1E,1,2EGEN,4,1,1,1,1E,1,6E,6,7E,7,8E,5,8E,2,6E,3,7E,4,8E,2,7E,4,7FINISH/SOLUANTYPE,STATICOUTPR,BASIC,ALLD,1,ALL,0D,5,ALL,0F,6,FY,-1000F,7,FY,-1000F,8,FY,-1000F,8,FX,1000SOLVEFINISH/POST1PLDISP,1PRDISPPRNSOL,U,XPRNSOL,U,YETABLE,AXS,LS,1ETABLE,AXF,SMISC,1ETABLE,AXE,LEPEL,1PLETAB,AXSPLETAB,AXFPLETAB,AXEFINISH2、梁結(jié)構(gòu)問題的求解/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,ALLD,1,ALL,0D,11,UX,0,,,,UYSFBEAM,1,1,PRES,0,1000SFBEAM,2,1,PRES,1000,2000SFBEAM,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,1000SOLVEFINISHETABLE,IM,SMISC,6ETABLE,JM,SMISC,12ETABLE,IS,SMISC,2ETABLE,JS,SMISC,8PRETABPLLS,IS,JSPLLS,IM,JMFINISH3、彈性平面問題a=5cm,c=2cm,d=2cm,q=1500N/m,q1=600N/m/UNITS,SI/PREP7N,1,0,0N,11,0.1,0FILL,1,11NGEN,7,11,1,11,1,0,0.01ET,1,PLANE42MP,EX,1,200E9MP,NUXY,1,0.3E,1,2,13,12EGEN,10,1,1EGEN,6,11,1,10EDELE,21,25EDELE,31,35NDELE,34,38FINISH/SOLUANTYPE,STATICOUTPR,BASIC,ALLD,1,ALL,0D,12,ALL,0D,23,ALL,0D,45,ALL,0D,56,ALL,0D,67,ALL,0D,11,UY,0SFE,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,,-100,0SFE,51,3,PRES,,1500,1500SFE,52,3,PRES,,1500,1500SFE,53,3,PRES,,1500,1500SFE,54,3,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,,1500,1500SOLVEFINISH/POST1PRDISPPLDISP,1PLNSOL,U,XPLNSOL,U,YPLESOL,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、F3單獨(dú)作用或不同組合作用下的結(jié)構(gòu)分析求解?？刹捎枚嘀刎?fù)載方式來處理(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=5kN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,NEND,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,1MAT,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,-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、連續(xù)體振動(dòng)系統(tǒng)簡支梁的前三階主振型可形如下圖所示：均勻簡支梁：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,MethodMethod=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,1,0.003,6.25E