有限元理論與技術(shù)分析實用教案

1、會計學(xué)1有限元理論與技術(shù)有限元理論與技術(shù)(jsh)分析分析第一頁，共24頁。第1頁/共24頁第二頁，共24頁。第2頁/共24頁第三頁，共24頁。第3頁/共24頁第四頁，共24頁。圖 9-1 3種總體坐標(biāo)系總體坐標(biāo)系用于定位(dngwi)幾何實體的位置，是一個絕對的參考系。ANSYS提供了三種總體坐標(biāo)系：笛卡兒坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系，三種坐標(biāo)系都是右手系，它們有共同的原點全局原點。在默認(rèn)情況下，ANSYS使用笛卡兒坐標(biāo)系。第4頁/共24頁第五頁，共24頁。笛卡兒坐標(biāo)系（笛卡兒坐標(biāo)系（Cartesian CS）：為直角坐標(biāo)）：為直角坐標(biāo)(zh jio zu bio)系，坐標(biāo)系號系，坐標(biāo)系號0

2、，坐標(biāo)，坐標(biāo)(x,y,z)。圓柱坐標(biāo)系（圓柱坐標(biāo)系（Cylindrical CS）：坐標(biāo)系號）：坐標(biāo)系號1，坐標(biāo)，坐標(biāo)(r, ,z)。球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系(Spherical CS): 坐標(biāo)系號坐標(biāo)系號2，坐標(biāo)，坐標(biāo)(r, , )。圓柱圓柱Y坐標(biāo)系（坐標(biāo)系（Cylindrical Y CS）：坐標(biāo)系號）：坐標(biāo)系號5，坐標(biāo)，坐標(biāo)(r, ,y)。這種坐標(biāo)系與坐。這種坐標(biāo)系與坐標(biāo)系標(biāo)系1類似。類似。可以使用可以使用Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to命令對各種全局坐命令對各種全局坐標(biāo)系進行切換。標(biāo)系進行切換。第5頁/共24頁第六頁，共24頁。用戶可以根據(jù)需要，

3、建立自己的坐標(biāo)系，稱為局部坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)系號大于10，一旦某個局部坐標(biāo)系被定義，它立即成為活躍坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系的種類有笛卡兒坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系和環(huán)坐標(biāo)系，前3種比較常用(chn yn)，環(huán)坐標(biāo)系十分復(fù)雜，一般不用。定義局部坐標(biāo)系的方法(fngf)有：在當(dāng)前工作平面原點定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSAt WP Origin。通過3個關(guān)鍵點定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSB

4、y 3 Keypoints。通過3個節(jié)點定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSBy 3 Nodes。通過在工作平面上拾取點定義局部坐標(biāo)系，Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemCreate Local CSAt Specified Loc。第6頁/共24頁第七頁，共24頁。盡管定義了多種坐標(biāo)系，但任一時刻只能有一個是活躍的。把某一個 坐 標(biāo) 系 激 活 為 活 躍 坐 標(biāo) 系 ， 可 使 用 U t i l i t y MenuWorkPlaneCh

5、ange Active CS to命令。某一個坐標(biāo)系成為活躍坐標(biāo)系后，如果未做改變，則一直處于活躍狀態(tài)。需要(xyo)注意的是，不論活躍坐標(biāo)系的種類如何，ANSYS總是以x、y、z來標(biāo)識3個坐標(biāo)。第7頁/共24頁第八頁，共24頁。在默認(rèn)情況 ，ANSYS對節(jié)點和關(guān)鍵點列表時，顯示的總是直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。如果要顯示節(jié)點和關(guān)鍵點在其它坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，需要(xyo)改變顯示坐標(biāo)系。改變顯示坐標(biāo)系使用命令Utility MenuWorkPlaneChange Display CS to。改變顯示坐標(biāo)系也會對實體顯示產(chǎn)生影響，如果沒有特殊需要(xyo)，在使用實體創(chuàng)建、繪圖命令之前，應(yīng)將顯示坐標(biāo)系改變

6、為全局直角坐標(biāo)系。第8頁/共24頁第九頁，共24頁。節(jié)點坐標(biāo)系用于定義每個節(jié)點的自由度和節(jié)點載荷的方向。以下輸入數(shù)據(jù)是在節(jié)點坐標(biāo)系下定義的：自由度約束、集中力、主自由度、從自由度、約束方程；在POST26后處理器中，以下輸入數(shù)據(jù)是在節(jié)點坐標(biāo)系下定義的：自由度解、節(jié)點力、支反力；在POST1后處理器中，所有數(shù)據(jù)都是在結(jié)果坐標(biāo)系定義。旋轉(zhuǎn)節(jié)點坐標(biāo)系方向的方法有：將節(jié)點坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到當(dāng)前(dngqin)活躍坐標(biāo)系的方向，Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Active CS。按給定的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)節(jié)點坐標(biāo)系，Main Menu

7、PreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSBy Angles。直接設(shè)置節(jié)點坐標(biāo)系的3個坐標(biāo)軸方向，Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSBy Vectors。將節(jié)點坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到面或線的法線方向，Main MenuPreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Surf Norm。第9頁/共24頁第十頁，共24頁。單元坐標(biāo)系用于定義各向異性材料的特性的方向、施加表面載荷的方向、單元結(jié)果的輸出方向等。所有單元坐標(biāo)系都是右手直角坐標(biāo)系。

8、多數(shù)單元坐標(biāo)系的默認(rèn)方向按如下規(guī)則：1) 線單元的x方向是從該單元的節(jié)點I指向節(jié)點J。2) 殼單元的x方向是從節(jié)點I指向節(jié)點J；z軸垂直于殼表面，正向由I、J和K節(jié)點按右手定則確定，y軸垂直于x軸和z軸。3) 二維和三維實體單元的單元坐標(biāo)系通常(tngchng)平行于全局直角坐標(biāo)系。有些單元不符合這些規(guī)則，具體情況參見ANSYS幫助文檔。在定義單元類型時，可以通過其選項選擇采用的單元坐標(biāo)系。大變形分析時，單元坐標(biāo)系隨著單元的剛性旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。第10頁/共24頁第十一頁，共24頁。計算結(jié)果中的初始(ch sh)和節(jié)點解定義在節(jié)點坐標(biāo)系上，導(dǎo)出或單元解定義在單元坐標(biāo)系上。但是，不論計算結(jié)果定義在節(jié)點

9、坐標(biāo)系上還是單元坐標(biāo)系上，結(jié)果數(shù)據(jù)總是旋轉(zhuǎn)到結(jié)果坐標(biāo)系上顯示，默認(rèn)的結(jié)果坐標(biāo)系為全局直角坐標(biāo)系?？梢允褂肕ain MenuGeneral PostprocOptions for Outp命令將結(jié)果坐標(biāo)系改變?yōu)槠渌鴺?biāo)系。需要注意的是，有的單元結(jié)果數(shù)據(jù)總是在單元坐標(biāo)系上定義并顯示。大變形分析時，單元坐標(biāo)系隨著單元的剛性旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。結(jié)果顯示時，各應(yīng)力、應(yīng)變和其它導(dǎo)出的單元數(shù)據(jù)也將包含剛性旋轉(zhuǎn)效果。第11頁/共24頁第十二頁，共24頁。工作(gngzu)平面是一個二維繪圖平面，它主要用于創(chuàng)建實體時的定位和定向。在一個時刻只能有一個工作(gngzu)平面，工作(gngzu)平面的位置和方向可以改變。默

10、認(rèn)的情況下，工作(gngzu)平面為全局直角坐標(biāo)系的xy平面，工作(gngzu)平面的x軸、y軸和原點與全局直角坐標(biāo)系的x軸、y軸和原點重合。與工作(gngzu)平面相對應(yīng)，有一個工作(gngzu)平面坐標(biāo)系，坐標(biāo)系號為4。有關(guān)工作(gngzu)平面的操作如下：1) 顯示工作(gngzu)平面，Utility MenuWorkPlaneDisplay Working Plane。2) 設(shè)置工作(gngzu)平面，包括工作(gngzu)平面的坐標(biāo)系、捕捉、柵格等，Utility MenuWorkPlaneWP Settings。3) 偏移和旋轉(zhuǎn)工作(gngzu)平面，Utility MenuWo

11、rkPlaneOffset WP by IncrementsUtility MenuWorkPlaneOffset WP toUtility MenuWorkPlaneAlign WP with。第12頁/共24頁第十三頁，共24頁。第13頁/共24頁第十四頁，共24頁。n創(chuàng)建單元類型創(chuàng)建單元類型 (Define the element types )n定義材料特性定義材料特性 (Define material properties)n創(chuàng)建矩形面創(chuàng)建矩形面 (Create the rectangular)n劃分單元劃分單元 (Generate area mesh)n旋轉(zhuǎn)擠出體（旋轉(zhuǎn)擠出體（Op

12、erate Extrude）n旋轉(zhuǎn)工作平面旋轉(zhuǎn)工作平面(pngmin) (Offset WP by Increment)n創(chuàng)建局部坐標(biāo)系（創(chuàng)建局部坐標(biāo)系（Create Local CS）n施加約束施加約束 (Applied displacement)n施加載荷施加載荷 (Applied force)n求解求解 (Obtain solution)n查看結(jié)果查看結(jié)果 (Review result plot path graph)第14頁/共24頁第十五頁，共24頁。第15頁/共24頁第十六頁，共24頁。第16頁/共24頁第十七頁，共24頁。第17頁/共24頁第十八頁，共24頁。第18頁/共24頁第十九頁，共24頁。第19頁/共24頁第二十頁，共24頁。/POST1PLDISP,1RSYS,11NSEL,S,LOC,Z,0.045NSEL,R,