ANSYS分析實(shí)例詳解

1、ANSYS分析實(shí)例詳解本次作業(yè)為對(duì)一空調(diào)支架的有限元分析，其主要內(nèi)容包括空調(diào)支架的建模、有限元分析、強(qiáng)度校核以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。下圖為空調(diào)支架一側(cè)的實(shí)物圖片： 1、 空調(diào)支架的特點(diǎn)分析由于空調(diào)支架為一個(gè)完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，空調(diào)的重量均勻分部在兩側(cè)對(duì)稱支架上，因此只要對(duì)空調(diào)支架的一側(cè)進(jìn)行分析即可達(dá)到對(duì)整體空調(diào)支架的分析，同時(shí)也達(dá)到了簡(jiǎn)化空調(diào)支架分析的目的。本次作業(yè)可以分三部分來(lái)完成：一，空調(diào)支架一側(cè)的建模；二，利用商業(yè)化有限元分析軟件對(duì)建好的空調(diào)支架模型進(jìn)行有限元分析；三，根據(jù)空調(diào)支架模型有限元分析的結(jié)果對(duì)支架進(jìn)行強(qiáng)度校核以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2、 空調(diào)支架的建?？照{(diào)支架的具體尺寸圖如下圖所示：考慮到空調(diào)支架模型

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故在此沒(méi)有利用三維軟件建模而是直接在有限元分析軟件中進(jìn)行建模，本次作業(yè)采用的有限元分析軟件為美國(guó)ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件ANSYS10.0。建立模型包括設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題，定義單元類型、定義材料屬性、建立三維模型、劃分有限元網(wǎng)格。2.1設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題打開ANSYS軟件進(jìn)入ANSYS操作界面，首先從主菜單中選擇【Preferences】命令，勾選Structural。然后從實(shí)用菜單中選擇【Change Jobname】命令，將文件名修改為Ktiao2，從實(shí)用菜單中選擇【Change Title】命令，將標(biāo)題修改為Ktiao2。如下圖所示：2.2定義單

3、元類型在進(jìn)行有限元分析時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)分析問(wèn)題的幾何結(jié)構(gòu)、分析類型和所分析的問(wèn)題精度要求等，選定適合具體分析的單元類型。本文中選用8節(jié)點(diǎn)六面體單元Solid185。如下圖所示：2.3定義材料屬性由于空調(diào)支架所用材料為45#鋼，故可查得45#鋼的彈性模量為210Gpa，泊松比為0.3。從主菜單中選擇Preprocessor>Material Props>Material Models命令，打開定義材料模型屬性窗口，對(duì)材料彈性模量和泊松比進(jìn)行設(shè)置。2.4建立空調(diào)支架的三維實(shí)體模型從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints&

4、gt;In Active CS命令，創(chuàng)建四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，坐標(biāo)分別為（0.54，0），（0.54，0.16），（0，0.16），（0，0.11）。接著從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through KPs命令，分別拾取上一步創(chuàng)建的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)生成平面。然后從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude> Areas>Along Normal命令，拾取上一步生成的面將其拉伸成一個(gè)實(shí)體。由于340mm長(zhǎng)度區(qū)域才為空調(diào)重量的加載區(qū)間，因

5、此對(duì)空調(diào)支架的加載面分三部分來(lái)創(chuàng)建。根據(jù)上述同樣的方法創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)，生成面然后拉伸成實(shí)體。最后從主菜單中選擇Preprocessor>Modeling>Operate >Booleans>Add>Volumes命令，將四個(gè)實(shí)體進(jìn)行布爾加運(yùn)算，至此空調(diào)支架的三維實(shí)體模型創(chuàng)建完畢。如下圖所示：2.5實(shí)體模型網(wǎng)格劃分從主菜單中選擇Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，打開“Mesh Tool”（網(wǎng)格工具），勾選“Smart Size”滑標(biāo)值默認(rèn)設(shè)置為6，“Mesh”的對(duì)象選擇“Volumes”，“Shape”選擇“Tet”“Free

6、”，然后單擊【Mesh】，打開實(shí)體選擇對(duì)話框，單擊【Pick All】按鈕對(duì)空調(diào)支架模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。如下圖所示：3、 空調(diào)支架模型的有限元分析空調(diào)支架模型網(wǎng)格劃分完之后，接下來(lái)將對(duì)其進(jìn)行有限元分析，其內(nèi)容包括定義載荷及邊界條件、求解、查看結(jié)果等。3.1定義載荷及邊界條件并求解由于在這只對(duì)空調(diào)支架的一側(cè)進(jìn)行分析，即一側(cè)支架承受空調(diào)重量一半的載荷，因此就可以算出加載到長(zhǎng)為340mm寬為50mm長(zhǎng)方形面上的面載荷。即： 根據(jù)空調(diào)支架的特點(diǎn)，在這對(duì)支架的邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，將支架靠近墻壁一側(cè)端面的自由度全部約束。下面為定義載荷及邊界條件的具體操作：從主菜單中選擇Preprocessor>Load

7、s>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas彈出拾取對(duì)話框，拾取所需加載面，輸入上文計(jì)算出的壓力值。接著對(duì)支架靠近墻壁一側(cè)的端面進(jìn)行約束，從主菜單中選擇Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural> Displacement>On Areas彈出拾取對(duì)話框，拾取支架靠近墻壁一側(cè)的端面對(duì)自由度全部約束。然后對(duì)其進(jìn)行求解，從主菜單中選擇Solution>Solve>Current LS命令，打開一個(gè)確認(rèn)對(duì)話框和狀態(tài)表

8、，查看列表中的信息確認(rèn)無(wú)誤后，單擊【OK】按鈕，開始求解。求解完成后打開求解結(jié)束對(duì)話框，單擊【Close】按鈕，關(guān)閉提示求解結(jié)束對(duì)話框。如下圖所示：3.2查看結(jié)果1）查看總變形2）Y方向上的應(yīng)力3）第一主應(yīng)力4、 強(qiáng)度校核以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化由于空調(diào)支架所用材料為45#鋼，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得其抗拉強(qiáng)度為600MPa。從上面的有限元分析結(jié)果可以看到支架在Y方向上的最大應(yīng)力為1.58MPa，第一主應(yīng)力最大值為為3.95MPa，兩者均遠(yuǎn)小于其許可應(yīng)力。因此空調(diào)支架滿足支撐強(qiáng)度要求，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。5、學(xué)習(xí)心得體會(huì)通過(guò)此次數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造作業(yè)的練習(xí)，讓我初步了解和掌握了有限元分析的基本理論基礎(chǔ)，了解有限元商業(yè)化軟件ANSYA的基本使用，并能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單問(wèn)題的計(jì)算和分析。但是這還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，從具體試驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)ANSYS的功能是十分強(qiáng)大的，目前也僅僅是了解了僅有的幾個(gè)基本功能，能給計(jì)算分析的也是最為簡(jiǎn)單的問(wèn)題，在三維