《有限元法及其应用》课程作业ANSYS应用分析
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专业：建筑与土木工程
角托架的有限元建模与分析
一 、模型介绍
本模型是关于一个角托架的简单加载，线性静态结构分析问题，托架的具体形状和尺寸如图所示。托架左上方的销孔被焊接完全固定，其右下角的销孔受到锥形压力载荷，角托架材料为Q235A 优质钢。角托架材料参数为：弹性模量366E e psi =；泊松比0.27ν=
托架图（厚度：0.5）
二、问题分析
因为角托架在Z 方向尺寸相对于其在X,Y 方向的尺寸来说很小，并且压力荷载仅作用在X,Y 平面上，因此可以认为这个分析为平面应力状态。
三、模型建立
3.1 指定工作文件名和分析标题
（1）选择菜单栏Utility Menu →File →Jobname 命令.系统将弹出Jobname(修改文件名)对话框,输入bracket
（2）定义分析标题
GUI ：Utility Menu>Preprocess>Element Type>Add/Edit/Delete 执行命令后，弹出对话框，输入stress in a bracket 作为ANSYS 图形显示时的标题。
3.2设置计算类型
Main Menu: Preferences … →select Structural → OK
3.3定义单元类型
PLANE82 GUI ：Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete 命令，系统将弹出Element Types 对话框。单击Add 按钮，在对话框左边的下拉列表中单击Structural Solid →Quad 8node 82，选择8节点平面单元PLANE82。单击ok ，Element Types 对话框，单击Option ，在Element behavior 后面窗口中选取Plane strs w/thk 后单击ok 完成定义单元类型。
3.4定义单元实常数
GUI ：Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete ，弹出定义实常数对话框，单击Add ，弹出要定义实常数单元对话框，选中PLANE82单元后，单击OK →定义单元厚度对话
框，在THK中输入0.5.
3.5定义材料特性
GUI：Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →输入EX=30e6, 泊松比v=0.27 → OK
3.6建立几何模型
（1）定义矩形
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Area –Rectangle→by Dimensions →依次输入X1=0,X2=6,Y1=-1,Y2=1→Apply生成第一个矩形→输入X1=0,X2=6,Y1=-1,Y2=3单击OK生成第二个矩形。
（2）改变图形控制
GUI：Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，将Area numbers设置为On→OK
（3）绘制圆形
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Area –Circle→Circle Solid，对话框输入X=0，Y=0，Radius=1→Apply→输入X=5，Y=-3，Radius=1
（4）布尔加运算
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate→Booleans-Add→Areas，对话框中单击Pick All
（5）创建倒角
GUI：Utility Menu→PlotCtrls→Numbering→Line number改为on
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create→Lines—LineFillet→选中L21和L8两条线→OK→Filletradius输入0.4→OK
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Area-Arbitrary→By Lines→选择L1，L4，L5→OK
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling-Operate→Booleans-Add→Areas→Pick All (6)创建托架圆孔
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Area –Circle→Circle Solid，对话框输入X=0，Y=0，Radius=0.4→Apply→输入X=5，Y=-3，Radius=0.4单击Ok
GUI：Main Menu: Preprocessor →Modeling-Operate→Booleans-Subtract→Areas选中托架为布尔减运算基体，单击Apply，选中两个小圆为被减部分然后单击OK生成两个圆孔。
3.7 网格划分生成有限单元
GUI： Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →SIZE=0.5→OK返回MeshTool工具条单击Mesh→Pick All
四、加载求解
4.1选择分析选项
GUI：Main Menu:Solution→Analysis Type→New Analysis→选择Static→OK
4.2施加位移约束
GUI：Main Menu: Solution→Define Loads→Apply→Structrual→Displacement→On Lines →选中左圆孔处4根线（L4、L5、L6、L7）单击OK→在DOFs to be constrained中选择All DOF，在Displacement value中输入0→Ok
4.3施加压力荷载
GUI：Main Menu: Solution→Define Loads→Apply→Structrual-Pressure→On Lines→选中
托架右下角圆孔左下弧线L11单击OK→Value 50,500→Apply→选中托架右下角圆孔右下弧线L12单击OK→Value 500,50→OK
4.4求解
GUI：Main Menu: Solution→Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK
五、查看计算结果
5.1读入结果文件
GUI：Main Menu: General Postproc →Read Results →first set
5.2绘制变形图
GUI：Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape→选择Def + Undeformed→OK
5.3画托架等效应力分布图
GUI：Main Menu: General Postproc →Plot Results→Contour Plot →Nodal Solu→ Stress →von mises stress→OK
结果图：
变形图
等效应力分布图
5.4 退出系统
GUI：Utility Menu: File→ Exit → Save Everything→OK
六、模型分析
（1）由模型受力图分析可得：横截面由内径向外径方向应力一次减小；（2）有应力图可看出有应力集中现象；
（3）由应变图可知应力越大的区域应变越大。
轴承座的ANSYS实体建模： 实验报告（一） 一、实验目的：进一步练习ANSYS软件的操作；学会建立模型的高级操作和步骤；实际操作建立微微机械车轮模型。 （一）基本思路 有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征，即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。广义上讲，模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件，以及其他用来表现这个物理系统的特征。 建立模型的典型步骤是： (1)确定分析目标及模型的基本形式，选择合适的单元类型并 考虑如何建立适当的网格密度。 (2)进入前处理（PREP7）建立模型，一般情况下利用实体建模 创建模型。 (3)建立工作平面。 (4)利用几何元素和布尔运算操作生成基本几何形状。 (5)激活适当的坐标系。 (6)用自底向上方法生成其他实体，即定义关键点后生成线、 面和体。
(7) 用布尔运算或编号控制适当地连接各个独立的实体模型域。 四、实验内容及步骤 （一）轴承座建模 1. 创建基座模型 (1)、生成基座部分的长方体： 单击Main Menu Preprocess Create Volumes Block By Dimensions ，输入X1=0,X2=3,Y1=0,Y2=1,Z1=0,Z2=3,然后单击[OK]，得长方体基座。 X Y Z 09060242-44-sunguoliang
(2)、平移并旋转工作平面：Utility Menu WorkPlane Offset WP by IncrementsX,Y,Z Offsets 输入 2.25,1.25,0.75，点击[Apply]，XY ，YZ ，ZX Angles 输入0，－90，0，单击[OK]。 (3)、创建圆柱体： 单击Main Menu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder Solid Cylinder,输入 WP X=0，WP Y=0， Radius=0.75/2, Depth=－1.5,单击[OK]。得到一个圆柱体。拷贝生成另一个圆柱体：Main Menu Preprocessor Modeling Copy Volume 拾取圆柱体,单击击Apply, DZ 输入1.5，单击[OK]。拷 贝生成另一个圆柱体完成。 1 X Y Z 09060242-44-sunguoliang MAR 31 2012 00:50:22 VOLUMES TYPE NUM (4)、从长方体中减去两个圆柱体：Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Volumes ，
ANSYS模态分析教程及实例讲解 ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。模态分析是其中的一项重要功能，用于计算和分析结构的固有振动特性，包括固有频率、振型和振动模态，可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。 以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解，包含了基本步骤和常用命令，帮助读者快速上手模态分析。 1.创建模型：首先需要创建模型，在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型，包括几何形状、材料属性和边界条件等。可以使用ANSYS的建模工具，也可以导入外部CAD模型。 2.网格划分：在模型创建完毕后，需要进行网格划分，将结构划分为小的单元，使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间，需要根据分析需要进行合理选择。 3.设置材料属性：在模型和网格创建完毕后，需要设置材料属性，包括弹性模量、密度和材料类型等。可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性，也可以自定义材料属性。 4.定义边界条件：在模型、网格和材料属性设置完毕后，需要定义结构的边界条件，包括约束和加载条件。约束条件是指结构受限的自由度，例如固定支撑或限制位移；加载条件是指施加到结构上的载荷，例如重力或外部力。
5.运行模态分析：完成前面几个步骤后，就可以执行模态分析了。在ANSYS中，可以使用MODAL命令来进行模态分析。MODAL命令需要指定求 解器和控制选项，例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。 6.分析结果：模态分析完成后，ANSYS会输出结构的振动特性，包括 固有频率、振型和振动模态。可以使用POST命令查看和分析分析结果， 例如绘制振动模态或振动模态的频率响应。 下面是一个实际的案例，将使用ANSYS执行模态分析并分析分析结果。 案例：矩形板的模态分析 1.创建模型：在ANSYS界面中创建一个矩形板结构模型，包括矩形板 的几何形状和材料属性等。 2.网格划分：对矩形板进行网格划分，生成有限元网格。可以使用ANSYS的自动网格划分功能，也可以手动划分网格。 3.设置材料属性：定义矩形板的材料属性，包括弹性模量、密度和材 料类型等。可以根据具体情况选择合适的材料属性。 4.定义边界条件：定义矩形板的边界条件，包括约束和加载条件。例如，可以定义一个边界为固支，另一个边界施加一个加载。 5.运行模态分析：使用MODAL命令执行模态分析，指定求解器和控制 选项。例如，可以设置求解3个模态，计算频率范围在0-100Hz，收敛准 则为0.01 6.分析结果：模态分析完成后，使用POST命令进行结果分析。可以 绘制振动模态的振型图或频率响应图，分析结构的振动特性。
ANSYS_各种类型分析方法与步骤 ANSYS 各种类型分析方法与步骤 静力分析 轴对称问题有限元（设置） 选择单元Element Types-单击Options按钮，在―Element behavior‖选择―Axisymmetric‖-OK. 显示单元受力情况:Utility Menu>Select>Entities…选择―Elements‖点[Apply]弹出―Select elements‖对话框，选择[Box]. 得到三维应力图：Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>2D Axi-Symmetric. ！轴对称问题有限元可以采用三维空间单元模型求解。–轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。 轴对称单元：PLANE25,SHELL61,PLANE75,PLANE78,FLUID81,PLANE83 杆梁问题有限元（设置） 主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。 可以选择打开截面功能：Utility Menu>PlotCtrls>Size and Shape 板壳问题的有限元（设置） 主要不同在于：框架为面；选择单元—Shell,设置实常数—输入厚度I.J.K.Lnodes的厚度。 结构振动问题有限元（设置） 对梁杆结构振动：主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。 1.模态分析设置：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,设置模态分析。选择Modal. Main Menu>Solution>Analys is Type> Analysis Options选择Reduced,OK.弹出对话框，输入频率0和10000其他默认，OK。
均匀直杆的子空间法模态分析 1.模态分析的定义及其应用 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。 ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。 2.模态分析操作过程 一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。 (1).建模 模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。 (2).施加载荷和求解 包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。 指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。 指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND. 定义主自由度，仅缩减法使用。 施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS。 (3).扩展模态 如果要在POSTI中观察结果，必须先扩展模态，即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。 激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定载荷步选项。 扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法 (4).查看结果 模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等
ANSYS模态分析实例和详细过程 ANSYS是一款被广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以进行多 种不同类型的分析，包括模态分析。模态分析是通过对结构进行振动分析，计算得到结构的固有频率、振型和阻尼比等参数，对结构的动力响应进行 预测和分析。本文将介绍ANSYS模态分析的实例和详细过程。 一、模态分析实例 假设我们有一个简单的悬臂梁结构，长度为L，横截面面积为A，杨 氏模量为E，密度为ρ。我们想要计算该梁结构的固有频率、振型和阻尼 比等参数，以评估其动力特性。 二、模态分析过程 1.准备工作 在进行模态分析之前，我们需要先准备好结构的有限元模型。假设我 们已经完成了悬臂梁结构的几何建模和网格划分，并且已经定义好了材料 属性和约束条件。 2.设置分析类型和求解器 打开ANSYS软件，并选择“Structural”工作台。在“Analysis Settings”对话框中，选择“Modal”作为分析类型。然后，在 “Analysis Type”对话框中选择“Modes”作为解决方案类型。 3.定义求解控制参数 在“Analysis Settings”对话框中，点击“Solution”选项卡。在 该选项卡中，我们可以定义求解控制参数，例如计算模态频率的数量、频 率范围和频率间隔等。
4.添加约束条件 在模态分析中，我们需要定义结构的边界条件。假设我们对悬臂梁的 一端施加固定边界条件，使其不能在该位置发生位移。我们可以在“Model”工作区中选择相应的表面，然后右键点击并选择“Fixed”。 5.添加载荷 在模态分析中，我们通常可以不添加外部载荷。因为模态分析着重于 结构的固有特性，而不是外部激励。 6.定义材料属性 在模态分析中，我们需要定义材料的弹性性质。假设我们已经在材料 库中定义了结构所使用的材料，并在“Model”工作区中选择了适当的材料。 7.运行分析 完成以上设置后，我们可以点击“Run”按钮开始运行分析。ANSYS 将计算结构的固有频率、振型和阻尼比等参数。 8.结果分析 一旦分析完成，我们可以查看和分析计算得到的结果。在模态分析中，我们通常关注的是固有频率、振型和阻尼比。我们可以在ANSYS的结果视 图中查看这些结果，并进行相应的分析和解释。 以上就是ANSYS模态分析的一个简单实例和详细过程。在实际应用中，模态分析可以帮助工程师更好地了解和评估结构的动力特性，以提高结构 的设计和性能。
ANSYS模态分析实例和详细过程 下面是一个ANSYS模态分析的实例和详细过程： 1.创建模型：使用ANSYS的几何建模工具，创建需要进行模态分析的 结构模型。模型可以包括不同的几何形状、材料属性和加载条件等。 2.定义材料属性：根据结构的材料特性，定义材料的弹性模量、泊松 比和密度等参数。这些参数将用于在分析中计算结构的响应。 3.网格划分：使用ANSYS的网格划分工具，将结构模型进行离散化处理，将其划分为小的单元网格，这些单元网格将用于进行数值计算。 4.定义加载条件：根据实际情况，定义结构的加载条件，包括外力、 支持条件和约束等。这些加载条件将作为分析的输入参数。 5.设置分析类型：在ANSYS的分析设置中，选择模态分析作为分析类型。定义分析的参数，包括求解方法、迭代步数和计算精度等。 6.进行求解：点击ANSYS的求解按钮，开始进行模态分析的求解过程。ANSYS将根据设定的求解参数，使用有限元法进行结构的动力学计算。 7.分析结果：模态分析完成后，ANSYS将生成一系列结果，包括结构 的固有频率、模态振型、模态质量和模态阻尼等。这些结果可以用于评估 结构的振动特性和动力响应。 8.结果后处理：使用ANSYS的后处理工具，将分析结果进行可视化处理，绘制出结构的模态振型图和模态频率响应图等。这些图形可以帮助工 程师更好地理解结构的动力学特性。 以上是一个简单的ANSYS模态分析的实例和详细过程。在实际应用中，根据具体情况可能需要进行更多的参数设置和后处理操作，以获取更准确
和全面的分析结果。同时，模态分析结果还可以用于其他工程分析，如结构的疲劳分析和振动控制等。
ANSYS结构分析基础篇 一、总体介绍 进行有限元分析的基本流程： 1.分析前的思考 1)采用哪种分析静态,模态,动态... 2)模型是零件还是装配件零件可以form a part形成装配件,有时为了划分六面体网格采 用零件,但零件间需定义bond接触 3)单元类型选择线单元,面单元还是实体单元 4)是否可以简化模型如镜像对称,轴对称 2.预处理 1)建立模型 2)定义材料 3)划分网格 4)施加载荷及边界条件 3.求解 4.后处理 1)查看结果位移,应力,应变,支反力
2)根据标准规范评估结构的可靠性 3)优化结构设计 高阶篇： 一、结构的离散化 将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元,并通过有限个节点相互连接的离散系统; 这一步要解决以下几个方面的问题: 1、选择一个适当的参考系,既要考虑到工程设计习惯,又要照顾到建立模型的方便; 2、根据结构的特点,选择不同类型的单元;对复合结构可能同时用到多种类型的单元,此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题; 3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求,合理确定单元的尺寸和阶次; 4、根据工程需要,确定分析类型和计算工况;要考虑参数区间及确定最危险工况等问题; 5、根据结构的实际支撑情况及受载状态,确定各工况的边界约束和有效计算载荷; 二、选择位移插值函数 1、位移插值函数的要求 在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数,并利用节点处的位移连续性条件,将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式; 位移插值函数需要满足相容协调条件,采用多项式形式的位移插值函数,这一条件始终可以满足; 但近年来有人提出了一些新的位移插值函数,如：三角函数、样条函数及双曲函数等,此时需要检查是否满足相容条件;
ANSYS有限元分析实例 1.悬臂梁的结构分析 悬臂梁是一种常见的结构，其呈直线形式，一端固定于支撑点，另一 端自由悬挂。在这个分析中，我们将使用ANSYS来确定悬臂梁的最大弯曲 应力和挠度。首先，我们需要创建悬臂梁的几何模型，并给出其材料属性 和加载条件。然后，在ANSYS中创建有限元模型，并进行网格划分。接下来，进行力学分析，求解材料在给定加载下的应力和位移。最后，通过对 结果的后处理，得出最大弯曲应力和挠度。 2.螺旋桨的流体力学分析 螺旋桨是一种能够产生推力的旋转装置，广泛应用于船舶、飞机等交 通工具中。螺旋桨的流体力学分析可以帮助我们确定其叶片的受力情况和 推力性能。在这个分析中，我们需要建立螺旋桨的几何模型，并给出流体 的流速和压力条件。然后，我们在ANSYS中创建螺旋桨的有限元模型，并 进行网格划分。通过求解流体场方程，计算叶片上的压力分布和受力情况。最后，通过对结果的后处理，得出叶片的受力情况和推力性能。 3.散热片的热传导分析 散热片是一种用于散热的装置，广泛应用于电子设备、电脑等领域。 散热片的热传导分析可以帮助我们确定散热片在给定热源条件下的温度分 布和散热性能。在这个分析中，我们需要建立散热片的几何模型，并给出 材料的热导率和热源条件。然后，我们在ANSYS中创建散热片的有限元模型，并进行网格划分。通过求解热传导方程，计算散热片上各点的温度分布。最后，通过对结果的后处理，得出散热片的温度分布和散热性能。
以上是三个ANSYS有限元分析的实例，分别涉及结构分析、流体力学分析和热传导分析。通过这些实例，我们可以充分展示ANSYS在不同领域的应用，并帮助工程师和科研人员解决工程问题，提高设计效率和产品性能。
ansys有限元分析实用教程 ANSYS有限元分析是一种常用的工程分析方法，广泛应用于 多个领域，包括机械工程、土木工程、航空航天工程等。本文将介绍ANSYS有限元分析的实用教程。 首先，要进行ANSYS有限元分析，我们需要安装并打开ANSYS软件。一般来说，ANSYS软件提供了一个图形用户界面，使得操作相对比较容易上手。在打开软件之后，我们可以选择创建一个新的工作文件，然后选择适当的分析类型，例如结构分析、热传导分析等。 接下来，我们需要构建模型。可以使用ANSYS提供的建模工 具来创建不同的几何形状，例如线段、圆柱体、平面等。在创建模型时，我们可以使用不同的几何参数和操作来精确地定义模型的形状。对于复杂的模型，可以使用更高级的建模工具来导入外部CAD文件，并对其进行细化处理。 一旦模型构建完成，我们需要定义材料属性。ANSYS允许用 户选择不同的材料模型来描述结构材料的行为。例如，可以选择线性弹性模型、塑性模型或复合材料模型等。对于每种材料模型，我们需要输入相应的材料参数，例如杨氏模量、泊松比、屈服强度等。 然后，我们需要定义边界条件和荷载。边界条件描述了模型在分析过程中的约束情况，例如固定约束、弹簧约束等。荷载描述了外部施加在模型上的力、压力或温度。在定义边界条件和荷载时，我们可以选择不同的约束类型和施加方式，以满足实
际工程需求。 在所有必要的输入参数都定义完毕后，我们可以运行分析并获得结果。ANSYS将自动生成一个有限元网格，并根据输入的 参数和模型条件进行求解。在求解过程中，ANSYS将计算模 型的应力、应变、变形等结果，并将其显示在图形界面上。此外，ANSYS还提供了更高级的结果后处理工具，可以进行更 深入的结果分析和可视化。 最后，我们可以根据分析结果来优化模型设计。通过修改材料参数、几何形状或边界条件，我们可以评估不同设计方案的性能，并选择最佳的设计方案。ANSYS提供了一套完整的优化 工具，使得优化过程变得更加高效和准确。 总之，ANSYS有限元分析是一种强大而实用的工程分析方法。通过本文提供的实用教程，读者可以了解到如何使用ANSYS 软件进行有限元分析，从而解决实际工程问题，并优化设计方案。这将有助于提高工程师的工作效率和设计质量。
ANSYS有限元分析实例 假设我们需要分析一个简单的悬臂梁结构，该梁由一个固定端和一个 自由端组成。其几何形状和材料属性如下： 梁的长度：L = 1000mm 梁的宽度：W = 20mm 梁的高度：H = 10mm 梁的材料：钢材 材料的弹性模量：E=210GPa 材料的泊松比：υ=0.3 在进行有限元分析之前，我们首先需要绘制悬臂梁的几何模型，并划 分网格。对于本例，我们可以使用ANSYS软件的几何建模工具进行绘制和 网格划分。 然后，我们需要定义材料属性和加载条件。在ANSYS中，可以通过分 析系统中的属性表来定义材料属性。在本例中，我们将定义钢材的弹性模 量和泊松比。 接下来，我们将定义结构的约束和加载条件。悬臂梁的固定端不允许 位移，因此我们需要将其固定。我们还需要定义在自由端施加的外部力或 力矩。 在建立有限元模型之后，我们需要进行模型网格划分并设置网格精度。在ANSYS中，可以选择适当的网格划分工具，例如自适应网格划分或手动 划分。
完成网格划分后，我们可以应用适当的材料属性和加载条件。在ANSYS中，可以使用强度分析工具来定义材料属性，并使用负载工具来定 义加载条件。我们可以在加载条件中指定施加在自由端的外部力或力矩。 然后，我们需要选择适当的求解器类型和求解方法。在ANSYS中，可 以选择静态结构分析求解器，并选择适当的求解器设置。 在求解器设置完成后，我们可以运行有限元分析，并获得结构的响应 和性能结果。在ANSYS中，可以查看和分析各个节点和单元的应力、应变、位移等结果。 最后，我们可以通过对结果进行后处理和分析，得出结构的安全性和 性能评估。在ANSYS中，可以使用后处理工具查看节点和单元的应力云图、变形云图、反应力云图等。 综上所述，这是一个使用ANSYS有限元分析进行静态结构分析的简单 实例。通过应用ANSYS软件的建模、网格划分、材料属性定义、加载条件 定义、求解器设置、求解分析等步骤，我们可以获得悬臂梁结构在不同加 载条件下的响应和性能结果。这些结果对于设计和优化工程结构具有重要 的参考价值。
《有限元法及其应用》课程作业ANSYS应用分析 学号: 姓名： 专业：建筑与土木工程
角托架的有限元建模与分析 一 、模型介绍 本模型是关于一个角托架的简单加载,线性静态结构分析问题，托架的具体形状和尺寸如图所示.托架左上方的销孔被焊接完全固定，其右下角的销孔受到锥形压力载荷,角托架材料为Q235A 优质钢.角托架材料参数为：弹性模量366E e psi =；泊松比0.27ν= 托架图（厚度：0。5） 二、问题分析 因为角托架在Z 方向尺寸相对于其在X,Y 方向的尺寸来说很小,并且压力荷载仅作用在X,Y 平面上,因此可以认为这个分析为平面应力状态。 三、模型建立 3.1 指定工作文件名和分析标题 （1）选择菜单栏Utility Menu →File →Jobname 命令。系统将弹出Jobname(修改文件名)对话框，输入bracket （2）定义分析标题 GUI:Utility Menu 〉Preprocess>Element Type 〉Add/Edit/Delete 执行命令后，弹出对话框,输入stress in a bracket 作为ANSYS 图形显示时的标题。 3。2设置计算类型 Main Menu ： Preferences … →select Structural → OK 3。3定义单元类型 PLANE82 GUI ：Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete 命令，系统将弹出Element Types 对话框。单击Add 按钮，在对话框左边的下拉列表中单击Structural Solid →Quad 8node 82，选择8节点平面单元PLANE82。单击ok ，Element Types 对话框,单击Option ，在Element behavior 后面窗口中选取Plane strs w/thk 后单击ok 完成定义单元类型。 3。4定义单元实常数 GUI:Main Menu ： Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete ，弹出定义实常数对话框，单击Add,弹出要定义实常数单元对话框,选中PLANE82单元后，单击OK →定义单元厚度对话框,
一、建立有限元模型 与ANSY经典版相比，WORKBENCH操作界面更加美观，建模、分析的过程更加智能化，更容易上手。但作为一个专注于有限元分析的软件，其日渐强大的建模模块(Geometry) 对建立复杂的船体曲面仍显得力不从心。因此需要在其他建模软件(笔者使用了SolidWorks) 中建立船体实体模型后导入WORKBENCH完成随后的建模和分析工作。 鉴于实体单元在计算中消耗过多的内存和计算时间，本文采用概念建模(Concept) 的方法将船体板定义为无厚度的壳体(SurfaceBody) ，将船体骨架定义为线体(Line Body) ，壳体和线体划分的网格类似于经典版的壳单元(Shell) 和梁单元(Beam)。 1.导入实体模型 可采用多种方法导入，如直接将模型文件拖入WORKBENCFProjectSchematic(项目概图)窗口，如图1所示。还可双击启动Geometry模块后，在其File菜单中选择导入命令，导入后的模型如图2 所示。 模型已冻结，分为船体和上层建筑两部分，船首指向X轴正向，船体上方指向Z轴正向。坐标原点位于船体基平面、中站面和中线面的交点处。 图2 导入后的模型 2.生成舷墙 (1)在中纵剖面(ZXPlane) 建立草图(NewSketch) ，进入绘制草图模式。点击“TreeOutline ” —“Sketching ”，沿甲板边线位置绘制一条曲线。返回模型模式，点击“ Sketching ” —“ Modeling ” —“ Extrude ”，生成一个SurfaceBody。 (2)沿甲板将船体分开，点击 “Create” —“Slice ”，在“ DetailView ” 窗口“ SliceType ”选项中选择“SlicebySurface ”项，“ TargetFace ”选择上一步生成的SurfaceBody，“Slice Targets ”选项中选“ SelectedBodies ”，点选船体结构―“ Apply ” —“ Gen erate ”，原来的船体分成两部分，上面是舷墙部分，下面是船舱部分，如图3 所示。 图3 船体分为两部分
ANSYS建模一般步骤 ANSYS建模一般步骤： 1、进入ANSYS设定工作目录和工作文件 2、设置计算类型：Structure 定义分析类型 3、选择单元类型：Beam、Link、Solid、Shell 对于Solid Quad 4node 42 需要设置单元行为 4、定义实常数以确定单元截面参数：Real Constants （Isotropic :截面积、惯性矩等、 De nsity:密度） 5、设定材料参数：Preprocessor—'Material Models （弹性模量和泊松比） 6、生成模型：Preprocessor —>Modeli ng —'Create 6.1生成有限元模型 6.1.1 生成节点：Preprocessor—>Model ing —'Create—>Nodes 6.1.2 生成单元：Preprocessor—>Model ing —'Create—>Eleme nts 6.2生成物理模型 6.2.1 生成关键点：Preprocessor—>Modeli ng —>Create—>Keypo ints 6.2.2 生成线、面、体：Preprocessor—>Modeling —>Create—>Lines、Areas、Volumes 6.2.3 网格划分：Preprocessor—>Meshing —>Mesh Attributes （网格属性）一>Picked Lines Preprocessor —>Meshing—>Mesh Tool —>Sizes Controls—>NDIV （将选中单元划分成NDIV等分） （W）關整划分 A^5¥5 UliEiiy Menu Si'k'fl KrfiT衣 E.ihCK -* Stic \l\ -* （>K ANS\ S Mam Xkaiu: Preprocessiir f \[cshing -* Sizt Cnlrls -* MunualSize -*■ Linus " AIJ I •、—I k mmr nn Ml h-rl [ in^' M）l \ I_H_.- I ' ；■ ■ ,
三梁平面框架结构的有限元分析 针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图 3-19 所示的框架结构，其顶端受均布力作用， 用有限元方法分析该结构的位移。结构中各个截面的参数都为：E 3.01011Pa ， I 7 4 ，A 6.810 4 m2 ，相应的有限元分析模型见图3-20。在 ANSYS 平台 6.5 10 m 上，完成相应的力学分析。 图 3-19 框架结构受一均布力作用 （a）节点位移及单元编号（b）等效在节点上的外力 图 3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载 解答对该问题进行有限元分析的过程如下。 1．基于图形界面的交互式操作(step by step) (1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件) 程序→ANSYS →ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname(设置 工作文件名): beam3→Run →OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences…→Structural →OK (3) 选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete…→Add…→beam：2D elastic 3 →OK (返回到 Element Types 窗口) →Close
(4) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口 (5) 定义实常数以确定平面问题的厚度 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s…→Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第 1 号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close (6) 生成几何模型 生成节点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply →Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply →Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK 生成单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元 1)→apply →选择节点1，3(生成单元 2)→apply →选择节点2，4(生成单元 3)→OK (7) 模型施加约束和外载 左边加 X 方向的受力 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →VALUE：3000 →OK→ 上方施加 Y 方向的均布载荷 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元 1(节点 1 和节点 2 之间)→apply →VALI：4167→VALJ：4167→OK 左、右下角节点加约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点 3 和节点 4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK (8) 分析计算 ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK →Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口 (9) 结果显示 ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape …→Def + Undeformed →OK (返回到 Plot Results) (10) 退出系统 ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK (11) 计算结果的验证 与 MATLAB 支反力计算结果一致。 2．完全的命令流 !%%%%%%%%%% [典型例题]3.3.7(3) %%% begin %%%%% / PREP7 !进入前处理 ET,1,beam3 !选择单元类型 R,1,6.5e-7,6.8e-4 !给出实常数(横截面积、惯性矩)
玻璃平面舞台的受力有限元分析 1工程介绍 某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示，每个分格（图2中每个最小的矩形即为一个分格）x方向尺寸为1m，y方向尺寸为1m；分格的列数（x向分格）=0X 10+5+5=10,分格的行数（y向分格）=1+4=5，列数为10,行数为5。 钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管；次梁为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235;该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间（如不是正处于X方向正中间，偏X坐标小处布置）的次梁的两端。玻璃采用四点支撑与钢结构连接（采用四点支撑表明垂直作用于玻璃平面的面载荷将传递作用于玻璃所在钢结构分格四周的节点处，表现为点载荷；对在垂直于玻璃平面方向的4KN /m2的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析（每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于1 KN的点载荷）。 2有限元分析 本次建模采用Solidworks2009进行，有限元分析采用workbench13.0软件进行。 问题描述：固定支撑点位于左右两端主梁和最中间的次梁的两端，共6个节点。而对在垂直于玻璃平面方向的4KN /m2的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析 （每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于 1 KN的点载荷）。 共6 11= 66个节点，分析时，为了更加贴近实际情况，可以将每个节点看成是一个直径为70mm的圆面。舞台4个角点的4个节点相当于受压强为1000（ 702 4）MPa = 0.26MPa，而舞台周边的26个节点相当于受压强为 2 0.26MPa = 0.52MPa ，舞台中间的36个节点相当于受压强为4 0.26MPa =1.04MPa。 有限元参数的设定，最后分析：（1）该结构每个支座的支座反力；（2）该结构节点的最大位移及其所在位置；（3）对该结构中最危险单元进行强度校核。
有限元分析 一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况 200 100P 20 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 (1)启动ANSYS软件，选择File→Change Jobname命令，弹出如图所示的[Change Jobname]对话框。
(2)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定 (3)选择File→Change Title菜单命令，弹出如图所示的[Change Title]对话框。 (4)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。 1.2定义单位 在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI” 1.3定义单元类型 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出如图所示[Element Types]对话框。 (2)单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的如下所示[Library of Element Types]对话框。
(3)选择左边文本框中的[Solid]选项，右边文本框中的[8node 82]选项，单击确定，。 (4)返回[Element Types]对话框，如下所示 (5)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。 (6)在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，单击确定。 (7)再次回到[Element Types]对话框，单击[close]按钮结束，单元定义完毕。 1.4定义单元常数 (1)在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令，弹出如下所示[Real Constants]对话框。 (2)单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框，选择[Plane82]单
ANSYS的基本使用方法 1．1ANSYS分析过程中的三个主要步骤 1、创建有限元模型 （1）、创建或读入几何模型。 （2）、定义材料属性。 （3）、划分网格（节点及单元）。 2、施加载荷并求解。 （1）、施加载荷及载荷选项、设定约束条件。 （2）、求解。 3、查看结果。 ANSYS在分析过程中需要读写文件,文件名格式为jobname.ext.ANSYS分析中还有几个数据库文件jobname.db，记录文件jobname.log（文本），结果文件jobname.rxx，图形文件jobname.grph。 1．2典型分析过程举例 如图1-1所示。使用ANSYS分析一个工字悬臂梁，求解在力P的作用下A点处的变形。 已知条件如下： P=4000Ibf E=29E6psi L=72in A=28.2in2 I=833in 4H=12.71in 1．启动ANSYS 以交互式模式进入ANSYS，工作文件名为beam。 2．创建基本模型 （1）GUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeline-Create>keypoints>In Active CS. 使用带有两个关键点的线模拟梁，梁的高度及横截面积将在单元中的实常量中设置。 （2）输入关键点编号I。 （3）输入x、y、z坐标0，0，0。 （4）选择Apply。 （5）输入关键点编号2。 （6）输入x、y、z坐标72，0，0。 （7）选择OK。 （8）GUI：Main Menu>Proprocessor>-Modeline-Create>Lines-lines>Straight Lines。 （9）选取两个关键点。 （10）在拾取菜单中选取OK。 3．存储ANSYS数据库 Toolbar:SA VE-DB Utility Menu>File 4．设定分析模块 使用“Preferences“对话框选择分析模块，以便对菜单进行过滤，使菜单更简洁明 了。 （1）GUI:Main Menu>Preferences （2）选择Structural
第五章实体建模 用直接生成的方法构造复杂的有限元模型费时费力,使用实体建模的方法就是要减轻这局部工作量.我们先简要地讨论一下使用实体建模和网格划分操作的功能是怎样加速有限元分析的建模过 程. 自下向上地模造有限元模型：定义有限元模型顶点的关键点是实体模型中最低级的图元.在构造实体模型时,首先定义关键点,再利用这些关键点定义较高级的实体图元〔即线、面和体〕.这就是所谓的自下向上的建模方法.一定要牢记的是自下向上构造的有限元模型是在当前激活的坐标系内定义 的. 图5-1自下向上构造模型 自上向下构造有限元模型：ANSYS程序允许通过聚集线、面、体等几何体素的方法构造模型.当生成一种体素时,ANSYS程序会自动生成所有从属于该体素的较低级图元.这种一开始就从较高级的实体图元构造模型的方法就是所谓的自上向下的建模方法.用户可以根据需要自由地组合自下向上和自上向下的建模技术.注意几何体素是在工作平面内创建的,而自下向上的建模技术是在激活的坐标系上定义的.如果用户混合使用这两种技术,那么应该考虑使用CSYS,WP或CSYS,4命令强迫坐标系跟随 工作平面变化. 图5-2自上向下构造模型〔几何体素〕 注意：建议不要在环坐标系中进展实体建模操作,因为会生成用户不想要的面或体. 运用布尔运算：可以使用求交、相减或其它的布尔运算雕塑实体模型.通过布尔运算用户可直接用较高级的图元生成复杂的形体.布尔运算对于通过自下向上或自上向下方法生成的图元均有效. 图5-3使用布尔运算生成复杂形体. 拖拉或旋转：布尔运算尽管很方便,但一般需消耗较多的计算时间.故在构造模型时,如果用拖拉或旋转的方法建模,往往可以节省计算时间,提高效率. 图5-4拖拉一个面生成一个体〔VDRAG〕 移动和拷贝实体模型图元：一个复杂的面或体在模型中重复出现时仅需要构造一次.之后可以移动、旋转或拷贝到所需的地方.用户会发现在方便之处生成几何体素再将其移动到所需之处,这样往往 比直接改变工作平面生成所需体素更方便. 图5-5拷贝一个面