結(jié)構(gòu)線性靜力分析與熱分析

1、一、結(jié)構(gòu)線性靜力分析結(jié)構(gòu)靜力分析是ANSYS產(chǎn)品家族中7種結(jié)構(gòu)分析之一，主要用來分析由于 穩(wěn)態(tài)外載荷所引起的系統(tǒng)或零部件的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和作用力，很適合求解慣 性及阻尼的時間相關(guān)作用對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響并不顯著地問題，其中穩(wěn)態(tài)載荷主要 包括外部施加的力和壓力、穩(wěn)態(tài)的慣性力，如重力和旋轉(zhuǎn)速度、施加位移、溫度 和熱量等。ANSYS的靜力分析過程一般包括建立模型、施加載荷并求解和檢查結(jié)果3個 步驟。連桿受力分析實例(a)問題描述如圖所示為汽車連桿的幾何模型，連桿的厚度為0.5m，在小頭孔的內(nèi)側(cè)90 度范圍內(nèi)承受P=1000N的面載荷作用，利用有限元分析該桿的受力狀態(tài)。連桿 的材料屬性為彈性模量E=30

2、e6 Pa，泊松比為0.3。(由于連桿的結(jié)構(gòu)和載荷均對 稱，因此在分析時只采用了一般進(jìn)行分析)(b)分析步驟步驟1設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置界面 選擇菜單Utility Menu: MenuCtrls,選擇相應(yīng)菜單，即可將 其現(xiàn)實或隱藏。 顯示工作平面 選擇菜單 Utility Menu： WorkPlaneDisplay Working Plane. 設(shè)置工作平面 選擇菜單 Utility Menu: WorkPlaneWP Settings，在 工作平面設(shè)置對話框中選Grid Only單選鈕，設(shè)置Snap Incr為0.5， Minimum 為 0， Maximum 為 10，Spacing 為 1

3、。 顯示網(wǎng)格 選擇菜單 Utility Menu : PlotCtrlsPan， Zoom, Rotate,單 擊控制按鈕，使網(wǎng)格滿窗口。 設(shè)置分析類型 選擇菜單Main Menu : Preferences，選擇分析類型對 話框中的Structural復(fù)選框。步驟2定義單元屬性定義單元類型 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorAdd/Edit/Delete 命令，在單元庫列表中選擇Solid和Brick 8node 45。定義材料屬性 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorMaterial Props -Materia Model，在材料屬性窗口中依次點

4、擊Structure， Linear， Elastic 和 Isotropic，在彈出的對話框里設(shè)置 EX=30e6，PRXY=0.3。涉驟3建立2D模型 創(chuàng)建兩個圓環(huán)面選擇菜單 Main Menu： Preprocessor-Modeling CreateAreasCircleBy Dimensions，在彈出的對話框中依次輸 入 1.4 1 0 180。 打開面編號控制選擇菜單Utility Menu： PlotCtrlsNumbering,在彈 出的對話框中選擇【AREA】復(fù)選框。步驟4創(chuàng)建兩個矩形面 生成矩形面 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorModelingC

5、reate Areas Rectangle By Dimensions ,在彈出的對話框中輸入“X1=-0.3 Y1=1.2”, “X2=0.3 Y2=1.8”,單擊【Apply】，再依次輸 入 “-1.8 -1.2”，“0.3 0”。 平移工作平面選擇菜單 Utility Menu : WorkPlaneAlign WP to XYZ Locations，彈出拾取框，在坐標(biāo)欄中輸入6.5后按回車。 將激活的坐標(biāo)系設(shè)置為工作平面坐標(biāo)系選擇菜單Utility Menu: WorkPlaneChange Active CS toWorking Plane。 創(chuàng)建另兩個圓環(huán)面選擇菜單Main Men

6、u : PreprocessorModeling CreateAreasCircleBy Dimensions，在彈出的對話框中依次 輸入 0.7 0.4 0 180。單擊【Apply】。輸入 “THETA2=135”。面疊 分操作 選擇菜單 Main Menu: Preprocessor Modeling OperateBooleansOverlapAreas，彈出拾取框。拾取編號為 A1、 A2、A3、A4的面，單擊【Apply】。選擇編號為A5和A6的面。激活總體笛卡爾坐標(biāo)系 選擇菜單Utility Menu : WorkPlaneChange Active CS toGlobal Ca

7、rtesian。定義4個新的關(guān)鍵點 選擇菜單Main Menu: PreprocessorModeling CreateKeypoint In Active CS，在彈出的文本框中X和Y里 分四次輸入“2.5 和 0.5”“3.25 和 0.4”“4 和 0.33”“4.75 和 0.28”。 激活總體柱坐標(biāo)系選擇菜單Utility Menu : WorkPlane Change Active CS toGlobal Cylindrical。(9) 創(chuàng)建樣條線 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorModelingCreate 一Lines SplinesWith Optio

8、nsSpline Thru KPs,彈出拾取框。 按順序拾取編號為5、6、7、21、23、22這6個關(guān)鍵點。單擊【OK】 后在彈出的對話框中輸入XV1=1, YV1=135, XV6=1, YV6=45。步驟5生成一個新面 在關(guān)鍵點間創(chuàng)建直線 選擇菜單Main Menu： PreprocessorModeling CreateLines Straight Lines，彈出拾取框，拾取編號為1和 18的關(guān)鍵點。 打開線的編號并顯示線 選擇菜單Utility Menu： PlotCtrlsNumbering, 在彈出的對話框中選擇【LINE】復(fù)選框。(3) 由線生成新的面 選擇菜單 Main Me

9、nu： PreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines,彈出拾取框，拾取編號為 6、 1、7、25的4條線。(4)放大連桿的左面部分 選擇菜單Utility Menu : PlotCtrlsPan, Zoom, Rotate。線倒角 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorModelingCreate Lines Lines Fillet,彈出拾取框，拾取編號為36和40的線，單 擊【Apply】，在彈出的對話框中輸入NL1=40, NL2=31, RAD=0.25，單 擊【Apply】。然后重復(fù)上述操作，對編號為40、31、3

10、0和39的線進(jìn) 行倒角。由前面定義的線倒角創(chuàng)建新的面 選擇菜單Main Menu： Preprocessor ModelingCreateAreasArbitraryBy Lines，彈出拾取框， 拾取編號為12、10、13的線，單擊【Apply】。拾取線17、15、19， 單擊【Apply】。拾取線23、21、24。(7)面相 加操作 選擇菜單 Main Menu (7)面相 加操作 選擇菜單 Main Menu : Preprocessor Modeling 關(guān)閉線及面的編號選擇菜單Utility Menu： PlotCtrlsNumbering,在 彈出的對話框中關(guān)閉【LINE】和【AR

11、EA】復(fù)選框。保存幾何模型。涉驟6生成2D網(wǎng)格設(shè)置單元尺寸并劃分網(wǎng)格 選擇菜單Main Menu： PreprocessorMeshTool,彈出工具欄，在【SIZE】中輸入0.2。單擊Pick All。保存2D網(wǎng)格結(jié)果。步驟7采用拖動生成3D網(wǎng)格改變單元類型 設(shè)置拖動方面的單元數(shù)目選擇菜單 Main Menu: Preprocessor ModelingOperateExtrudeElem Ext Opts，在彈出的對話框中的【VAL1】中輸入3。拖動生成 3D 網(wǎng)格 選擇菜單 Main Menu : PreprocessorModeling OperateExtrudeAreas-By X

12、YZ Offset,單擊 Pick All,在欄中 輸入 0,0,0.5. 顯示網(wǎng)格 選擇菜單 Utility Menu： CtrlsPlot Elemento(5)保存3D網(wǎng)格結(jié)果。步驟8施加約束、載荷并求解 在大孔的內(nèi)表面施加對稱約束選擇菜單Main Menu: Solution一 Define LoadsApply, StructureDisplacementOn Areas，彈出 拾取框，拾取大孔的內(nèi)表面。 在Y=0的所有面上施加對稱約束 選擇菜單Main Menu： Solution Define LoadsApplyStructureDisplacementSymmetry B.C

13、 On Areas，拾取Y=0的所有面。施加Z方向的約束 選擇菜單Main Menu： SolutionDefine Loads ApplyStructureDisplacementOn Nodes,拾取編號為 474 的 節(jié)點，在【DOF to be constrained】中選擇“UZ。 選擇所有實體選擇菜單 Utility Menu： SelectEverythingo 顯示單元 選擇菜單Utility Menu： PlotPlot Elements。設(shè)置面載荷的表示方式 選擇菜單Utility Menu : PlotCtrlsSymbol, 在show pre convect as】

14、中選擇Arrowo(7)在小孔內(nèi)表面施加面載荷選擇菜單Main Menu： SolutionDefine Loads Structure PressureOn Areas，彈出拾取框，拾取小孔的 內(nèi)表面。在【Load PRES value】中輸入1000。(8)選擇PCG迭代求解器 選擇菜單Main Menu： SolutionAnalysisTypeSol n controls，在“Equation solver中選擇Precondition CG o 開始求解運算 選擇菜單 Main Menu： SolutionSolveCurrent LS， 執(zhí)行FileClose，單擊OK開始。保存分

15、析結(jié)果。步驟9瀏覽分析結(jié)果顯示變形形狀 選擇菜單 Main Menu： General Postproc Plot Result 一 Deformed Shape ,彈出對話框，在【KUND】選項組中選擇“ Def+Undeformed”。 顯示節(jié)點位移云圖選擇菜單Main Menu： General PostprocPlot Result 一Nodal Solu，在下拉列表框中選擇“DOF solution 和“Displacement vector sum”，選擇“Def+undeformed單選按鈕。(3) 顯示節(jié)點的 Von Mises 應(yīng)力 選擇菜單 Main Menu： Gener

16、al PostprocPlot ResultNodal Solu，在彈出的對話框中選擇“Stress 和 “Von MisesStress 選項。 映射節(jié)點應(yīng)力選擇菜單 Utility Menu： PlotCtrlsStyleSymmetry ExpansionPeriodic/Cyclc Symmetry Expansion，在彈出的對話框 中選擇“Reflect About XZ”。保存結(jié)果。二、熱分析熱分析用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其他熱物理參數(shù)，如熱量的獲 取或損失、熱梯度、熱流密度等。熱分析實例(a)問題描述某一潛水艇可以簡化為一圓筒，它由三層組成，最外面一層為不銹鋼，中間

17、為玻纖隔熱層，最里面為鋁層，管內(nèi)為空氣，筒外為海水，求內(nèi)外壁面溫度及溫 度分布，垂直于圓筒軸線做橫截面得到一圓環(huán)，取其中1的扇形圓環(huán)進(jìn)行分析。 分析參數(shù)見表，注意，此實例采用英制單位。參數(shù)如下表:幾何參數(shù)筒外徑/30總壁厚/ft2不銹鋼層壁厚/in0.75玻纖層厚度/in1鋁層厚度/in0.25筒長/ft200導(dǎo)熱系數(shù)/(Btu/(h - ft2 - F)不銹鋼8.27玻纖0.028鋁117.4邊界條件空氣溫度/。F70海水溫度/。F44.5空氣對流系數(shù)/(Btu/(h ft2 F)2.5海水對流系數(shù)/(Btu/(h - ft2 - F)80b)分析步驟步驟1分析準(zhǔn)備 定義文件名 選擇菜單 U

18、tility Menu： FileChange Jobname,輸入 Steady。 定義分析類型 選擇菜單Utility Menu: FileChange Title，輸入 Steady-state thermal analysis of submarineo 設(shè)定分析類型 選擇菜單Main Menu : Preferences，選擇分析類型對 話框中的Thermal復(fù)選框。設(shè)定單位 在輸入窗口中輸入命令行/UNITS, BFT步驟2定義單元屬性定義單元類型 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorAdd/Edit/Delete 命令，在單元庫列表中選擇Thermal Sol

19、id和Quad 4node 55。 定義不銹鋼材料屬性1 選擇菜單Main Menu: Preprocessorf Material Props f Materia Model,在材料屬性窗口中依次點擊 Thermal, Conductivity , Isotropic ,在彈出的對話框里設(shè)置 KXX=8.27。定義玻纖材料屬性2 KXX=0.028。定義鋁材料屬性3 KXX=117.4。步驟3建立幾何模型(1) 創(chuàng)建1的扇形圓環(huán)面 選擇菜單Main Menu： Preprocessorf Modeling f Create f Areas f Circle f By Dimensions ,

20、 輸入 RAD1=15 , RAD2=15-0.75/12, THERA1=-0.5, THERA2=0.5，創(chuàng)建不銹鋼層。輸入 RAD1=15-0.75/12, RAD2=15T.75/12, THERA1=-0.5, THERA2=0.5, 創(chuàng)建玻纖層。輸入 RAD1=15-1.75/12, RAD2=15-2/12, THERA1=-0.5, THERA2=0.5,創(chuàng)建鋁層。粘貼面 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorOperateAreas，單 擊Pick All。打開面號 選擇菜單Utility Menu： PlotctrlsNumbering,選 Areas 復(fù)

21、選框。存盤。步驟4建立有限元模型設(shè)置單元尺寸 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorSize Contrls Pick Lines，選不銹鋼短邊，在NDIV中輸入4.再選玻纖短邊，在 NDIV中輸入5。選鋁短邊，在NDIV中輸入2。最后選任意圓弧邊， 在NDIV中輸入16。設(shè)置各面的單元類型 選擇菜單Main Menu : Preprocessor Attributes-DefinePicked Area，選不銹鋼面，在 MAT 框中選 1. 然后選玻纖面，在MAT框中選2。最后選鋁面，在MAT框中選3。劃分網(wǎng)格 選擇菜單 Main Menu： PreprocessorMesh3 or4 sides, 單擊 Pick All。步驟5加載與求解 定義分析類型 選擇菜單 Main Menu： SolutionNew Analysis，選 Steady State。施加邊界條件 選擇菜單 Main Menu：