ANSYS實體建模有限元分析-課程設計報告.doc

課程設計說明書（論文） 0911370108鄧鵬 南 京 理 工 大 學課程設計說明書(論文)作 者:學 號：11370108學院(系):理學院專 業(yè):工程力學題 目:ANSYS實體建模有限元分析指導者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)20 年 月 日 摘要 有限元分析已經在教學、科研以及工程應用中成為重要而又普及的數值分析方法和工具；綜合考慮有限元方法的力學分析原理、建模技巧、應用領域、軟件平臺、實例分析這幾個方面， 而ANSYS軟件含有進行多種有限元分析的能力，包括從簡單的線性靜態(tài)分析到復雜非線性動態(tài)分析。一個典型的ANSYS分析過程可以分為三個步驟： 建立模型 、加載并求解 、查看分析結果。其中建立模型在整個分析過程中所花費的時間應該遠遠多于其它過程。而處于初學期的我們，更應強調有限元方法的實質理解和融會貫通，力求精而透，強調自身綜合能力(掌握和應用有限元方法)的培養(yǎng)，為自身親自參與建模、以及使用先進的有限元軟件平臺提供較好的素材。關鍵詞 有限元、ANSYS、建立模型、加載并求解、查看分析結果練習題一要求：照圖利用ANSYS軟件建立實體模型和有限元離散模型，說明所用單元種類、單元總數和節(jié)點數。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題 1)選擇Utility MenuFileChange Jobname命令，出現Change Jobname對話框，在/FILNAM Enter new jobname文本框中輸入工作文件名learning1，單擊OK按鈕關閉該對話框。 2)選擇Utility MenuFileChange Title命令，出現Change Title對話框，在/TITLE Enter new title文本框中輸入0911370108dp,單擊OK按鈕關閉該對話框。2.定義單元類型 1)選擇Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出現Element Types對話框，單擊Add按鈕,出現 Library of Element Types 對話框。在Library of Element Types 列表框中選擇 Structural Solid, Tet 10node 92，在Element type reference number文本框中輸入1，單擊OK按鈕關閉該對話框。 2)單擊Element Types對話框上的Close按鈕，關閉該對話框。3.創(chuàng)建幾何模型1)選擇Utility MenuP1otCtrlsStyleColorsReverse Video命令，設置顯示顏色。2)選擇Utility MenuP1otCtrlsView SettingsViewing Direction命令，出現Viewing Direction對話框，在XV,YV,ZV Coords of view point文本框中分別輸入1, 1, 1，其余選項采用默認設置，單擊OK按鈕關閉該對話框。3)建立支座底塊選擇Main MenuPreprocessor ModelingCreatevolumesBlockBy Demensios命令，出現Create Block by Demensios對話框，在X1,X2 X-coor dinates文本框中輸入0、400，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中輸入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中輸入0、40，單擊OK按鈕關閉該對話框。4)建立支座孔柱選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現Solid Cylinder對話框，在WP X文本框中輸入40，在WP Y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OK按鈕關閉該對話框。5)復制支座孔圓柱選擇Main MenuPreprocessorCopyVolume命令，出現Copy Volume對話框，在圖形上拾取圓柱實體，單擊Apply按鈕，在移動方向（x方向）欄中輸入移動距離3206）布爾運算減去底座圓柱孔圓柱選擇Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes命令，出現Subtract Volumes拾取菜單，拾取底塊，點擊OK鍵，又出現一個拾取菜單，拾取兩個圓柱，點擊OK鍵完成運算。7）底座圓角繪制選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現Solid Cylinder對話框，在WP X文本框中輸入40，在WP Y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OK按鈕關閉該對話框。選擇Main MenuPreprocessorCopyVolume命令，出現Copy Volume對話框，在圖形上拾取圓柱實體，單擊Apply按鈕，在移動方向（x方向）欄中輸入移動距離320。選擇Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolumes by Area命令，出現Divide Vol by Area拾取菜單，拾取底塊，點擊OK鍵，又出現一個拾取菜單，拾取兩個大圓柱面，點擊OK鍵完成運算。選擇Main MenuPreprocessorModelingDeleteVolumes and Below命令，出現Delete Volumes and Below拾取菜單拾取大圓柱，邊角塊，點擊OK鍵完成運算。8)底塊凹槽繪制選擇Main MenuPreprocessor ModelingCreatevolumesBlockBy Demensios命令，出現Create Block by Demensios對話框，在X1,X2 X-coor dinates文本框中輸入85、315，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中輸入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中輸入0、10，單擊OK按鈕關閉該對話框。后經布爾運算Subtract減去凹塊得效果圖如下9）變換工作坐標 選擇Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc +命令，彈出Create CS at location對話框，在文本框中輸入新坐標系原點坐標200,172,40，單擊OK按鈕，再輸入11，單擊OK關閉該對話框。選擇Utility MenuWorkPlaneAlign WS withSpecified coord Sys.彈出Align WS with Specified CS對話框輸入11，單擊OK關閉該對話框。10）支座頂部圓柱選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現Solid Cylinder對話框，在WP X文本框中輸入0，在WP Y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按鈕關閉該對話框。11)支座背板繪制變換工作坐標，選擇Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc +命令，彈出Create CS at location對話框，在文本框中輸入新坐標系原點坐標200,150,40，單擊OK按鈕，再輸入11，單擊OK關閉該對話框。選擇Utility MenuWorkPlaneAlign WS withSpecified coord Sys.彈出Align WS with Specified CS對話框輸入11，單擊OK關閉該對話框。選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現Solid Cylinder對話框，在WP X文本框中輸入-75，在WP 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OK按鈕關閉該對話框。選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現Solid Cylinder對話框，在WP X文本框中輸入75，在WP 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OK按鈕關閉該對話框。用過布爾運算方式切除多余邊角，合并相應體面。12)頂孔以及勒板繪制變換坐標系（同步驟9）繪制頂孔圓，布爾運算挖孔，變換坐標繪制勒板得到如圖 4.劃分網格1)選擇Utility MenuPIotCtrlsNumbering命令，出現Plot Numbering Controls對話框，選擇VOLU Volume number選項，使其狀態(tài)從On變?yōu)镺ff，單擊OK按鈕關閉該對話框。2)選擇Main MenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSizeGlobalSize命令，出現Global Element Sizes對話框，在SIZE Element edge length文本框中輸入15，如圖所示，單擊OK按鈕關閉該對話框。3)選擇Main MenuPreprocessorMeshingMeshVolumesFree命令，出現Mesh Volumes拾取菜單，用鼠標在ANSYS顯示窗口選擇支座，單擊OK按鈕關閉該菜單。單元種類SOLID92，單元數12614個，節(jié)點總數21015個。練習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2.5cm。已知靜摩擦系數f=0.2；剛的材料參數E=200GPa，=0.27，=7800kg/m3；鋁的材料系數E=70GPa，=0.33，=2700kg/m3.研究鋁板的變形和應力情況。一 建立相關模型模型效果圖如下：定義兩種單元為sold95；再分別定義鋁和鐵的材料參數，序號分別為1和2。又由于模型是對稱模型，故采用1/4模型分析運算。二 網格劃分鋁板網格劃分：選擇Main MenuPreprocessorMeshing命令，單擊Mesh Tool，彈出Mesh Toal對話框。在Element Attributes下單擊Set按鈕，彈出Meshing Attributes對話框.在Element Type number, Material number文本框中分別選擇工1SOLID95,1，單擊OK按鈕，以上完成管道單元及材料分配)。其中通過變換Material number號來區(qū)別實體材料性質的不同三建立接觸對選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateContact Pair彈出Contact Manager對話框，安左上按鈕，接著由相關操作有載荷施加并求解（1） 定義邊界條件和載荷選擇SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，選擇圓盤側面，定義Z方向的位移為零；選擇SolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas，選擇鋼錠頂面，定義外壓大小為100MPa擴展模型執(zhí)行Utility MenuPlot CtrlsStyleSymmetry ExpansionPriodic/Cclinc Smmerty命令，彈出Priodic/Cclinc Symmetry Expansion對話框，選擇“1/4 Dihedral Sym”單擊OK完成。 X方向應力圖 Y方向應力圖 Z方向應力圖三 建立相關模型首先繪制齒輪外齒圈每個單元齒的剖面輪廓，得到效果圖如下轉換坐標系為柱坐標系，Copy 28份環(huán)形陣列，得效果圖如下布爾運算面相加 (Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansaddAreasPick all得到下圖選中面，沿軸向拉伸（ModelingExtrudeOperateAreasAlong Normal）繪制支撐板繪制軸套支撐板上挖孔,繪制圓孔柱，Copy 5份環(huán)形陣列，布爾減運算，得效果圖如下軸套上挖槽，布爾運算合并實體并離散化單元種類： SOLID185單元數：38548節(jié)點總數：9600材料特性彈性模量、泊松比加載材料特性密度加載加載角速度：運算結果應力圖，變形圖：練習題四圖示中心具有圓孔的正方形薄板，兩側收到垂直板邊沿隨時間變化的均布載荷P=P(t)作用。設板邊長l=1m，圓孔直徑d=2a=0.1m，材料E=20GPa，=0.167， 密度=2500kg/厚度t=0.1m，試計算x=0上截面正應力隨時間變化情況 解答由于該分析模型是對稱模型，故為減少計算量，提高運算速度計，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。通過對題目的分析，該題是一個帶孔平板結構的瞬態(tài)動力學分析問題。一定義分析類型和設置選項 1)定義分析類型。執(zhí)行Main MenuSnlutianAnalysis TypeNew Analysis命令，彈出New Analysis對話框。選擇“Transient”按鈕，單擊OK按鈕,彈出Transient Analysis對話框，選擇“Full”單擊OK按鈕。 2)打開預測器。執(zhí)行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，彈出Salutivn Controls對話框，選擇Nonlinear選項卡，在DOF solutionpredictor下拉列表框中選擇“On for all substep”選項，單擊OK按鈕。3)設置求解選項控制。執(zhí)行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，彈出Solution Controls對話框。在Analysis Options和Frequency下拉列表框中分別選擇“Small Displacement Static”及“Write every substep”選項，在Time at end of loadstep文本框中輸人“5，在Number of substeps文本框中輸入“1，單擊OK按鈕。4）施加對稱約束（操作與題二類似，不多做說明）二載荷步選項控制及求解運算1)寫入第1個載荷步。執(zhí)行Main MenuSolutionLoad Step OptsWrite LS File命令，彈出Write Load Step File對話框。在Load step file number n文本框中輸入“1，單擊OK按鈕。2)設置求解選項控制。執(zhí)行Main MenuSolutionAnalysisTypeSoln Controls命令，彈出Solution Controls對話框。在Analysis Dptions, Automatic time stepping option 和Frequency下拉列表框中分別選擇“Large Displacement Static ,On”及“Write every substep”選項，在Time at end of load step和Number of substeps文本框中分別輸入“1”及“l(fā)0”，單擊OK按鈕。3）施加集中載荷。執(zhí)行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes命令，彈出拾取框,拾取x=0上一點，單擊