ansys有限元法解题实例Word格式文档下载.docx
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三阶振动模态图:
四阶振动模态图:
五阶振动模态图:
命令流:
/FILNAM,
MODAL
/TITLE,Modal
analysis
of
a
modal
airplane
wing
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_STRUC,1
/UIS,MSGPOP,3
/PREP7
ET,1,PLANE42
ET,2,SOLID45
MP,EX,1,3800
12
MP,PRXY
1,0.3
MP,DENS,1,1.033E-3
K,1,
K,2,2
K,3,2.3,0.2
K,4,1.9,0.45
K,5,1,0.25
/TRIAD,OFF
/PNUM,KP,1
LSTR,1,2
LSTR,5,1
BSPLIN,2,3,4,5,,,-1,0,,-1,-0.25,,
AL,1,2,3
ESIZE,0.25
MSHKEY,0
MSHAPE,0,2D
AMESH,1
SA
VE
ESIZE,,10
TYPE,2
VEXT,1,,,0,0,10
/SOLU
ANTYPE,MODAL
MODOPT,SUBSP,5,,,,OFF
EQSLV
SPAR
MXPAND,5,,,,0.001
LUMPM,0
PSTRES,0
ESEL,U,TYPE,,1
NSEL,S,LOC,Z,0
D,ALL,ALL
ALLSEL,ALL
SOLVE
/POST1
SET,LIST
SET,FIRST
PLDI,,
ANMODE,10,0.5,,0
FINISH
13
/EXIT,ALL
问题二:
内六角扳手静力分析
内六角扳手在日常生产生活当中运用广泛,先受1000N的力产生的扭矩作用,然后在加上200N力的弯曲,分析算出在这两种外载作用下扳手的应力分布。
截面宽:
10mm,正六边形边长为5.
8
mm;
形状:
正六边形
杆长:
7.5cm
手柄长:
20cm
倒角半径:
1cm
弹性模量:
2.
07×
1011Pa
向下的面力:
20N
斜向上的面力:
100N
许用应力:
200MPa
一、建立模型:
1.选择分析模型:
Main
Menu|Preference
-Preference
GUI
Filtering-Structural
2.定义单元类型:
选用8节点实体单元,Main
Menu|Preprocessor|Element
Type|Add/Edit/Delete-
Element
Types-Add-Library
Types
3.定义材料属性:
4.建立几何模型:
六角形截面:
输入三个路径关键点:
A(0,0,0),B(0,0,-0.2),C(0,-0.075,-0.2),生成点后将点点相连,做出基本路径框架,之后进行倒角,生成实体模型:
5.进行网格划分:
选择2mm为单元尺度,网格划分方式为Sweep
6.定义边界条件和载荷:
位移边界条件为将扳手杆部的底面边界上节点的全部位移固定:
首先将在扳手手柄的端部施加100N的面力,将100N的面力分解到3个节点上,为第一步;
在扳手手柄的端部再施加20N的向下的面力,为第二步。
模拟扳手在使用中的状态。
二、求解:
利用载荷步求解,并查看结果:
1.第一步载荷等效应力分布
2.第二步载荷等效应力分布:
3.结果分析:
材料的许用应力为200MPa。
而在此给定尺寸下,结构的最大等效应力达到了249MPa,不符合要求的,需要对其结构进行大规模的优化,使其承载符合需用应力的要求。
三、优化设计(只采用第一步载荷):
不改变荷载和六角截面尺寸。
在这一前提下,可以缩短手柄长度。
由局部放大图知,最大应力出现在拐角处。
在荷载不变的情况下,可通过缩短手柄以减小扭矩的方法来降低局部应力。
将手柄长度由20cm依次减为19cm、18cm、17cm,其他尺寸均不变,进行模拟。
计算得到的最大应力均在200以上。
减至16cm时,最大应力降低到了199MPa。
问题三:
冷却栅管的稳态热分析
确定一个冷却栅管的温度场分布及位移和应力分布。
一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体,管外流体为空气。
冷却栅材料为不锈钢,特性如下:
导热系数:
25.96
W/m℃
1.93×
109
MPa
热膨胀系数:
1.62×
10-5
/℃
泊松比:
0.3
边界条件:
(1)管内:
压力:
6.89
MPa
流体温度:
250
℃
对流系数249.23
W/m2℃
(2)管外:
空气温度39℃
对流系数:
62.3
假定冷却栅管无限长,根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b。
其上下边界承受边界约束,管内部承受均布压力。
1.定义文件名和工作标题:
2.定义单元类型和材料属性
选择材料ThermalSolid和Quad8node77
EX=1.93e11PRXY=0.3
3.建立几何模型并划分单元
建立几何模型
面相加
面分解
划分映射网络
对A7划分网格:
GUI:
MainMenu>
Preprocessor>
Meshing>
Mesh>
Areas>
Mapped>
Byconners,弹出一个拾取框,拾取编号为A7的面,单击OK,接着拾取编号为5,14,9,10的关键点,单击OK。
4.施加载荷并求解
在线上施加对流载荷:
Solution>
DefineLoads>
Apply>
Thermal>
Convection>
OnLines,弹出一个拾取框,拾取编号为L2,L6,L13,L11的线,单击OK按钮,弹出【ApplyCONVonLines】对话框,在Filmcoefficient文本框中输入62.3,在Bulktemperature文本框中输入39,单击Apply按钮。
拾取编号为L9和L8的线,单击OK按钮,在Filmcoefficient文本框中输入249.23,在Bulktemperature文本框中输入250,单击OK按钮。
5.后处理
A、生成温度云图
B、热流量分布云图
C、热梯度分布云图
命令流
keyopt,1,3,1!
mp,kxx,1,1.25!
k,1,5!
k,2,6
k,3,12
k,4,12,0.25
k,5,6,0.25
k,6,6,1
k,7,5,1
k,8,5,0.25
a,1,2,5,8
a,2,3,4,5
a,8,5,6,7
esize,0.125!
amesh,all!
eplot
finish
/solu!
nsel,s,loc,x,5!
sf,all,conv,1,450!
nsel,s,loc,x,6,12!
nsel,r,loc,y,0.25,1
nsel,a,loc,x,12
sf,all,conv,0.25,70!
nsel,all
/pse,conv,hcoef,1
nplot
solve!
PIPE_FIN.rth
/post1
plnsol,temp!
/prep7
!
etchg,tts!
plane42
mp,ex,1,28e6!
mp,nuxy,1,0.3!
mp,alpx,1,0.9e-5!
nsel,s,loc,y,0!
nsel,a,loc,y,1
dsym,symm,y!
sf,all,pres,1000!
/pbc,all,1
/psf,pres,,1
tref,70!
ldread,temp,,,,,,rth!
/pbc,all,0
/psf,pres,,0
/pbf,temp,,1
/post1,plnsol,s,eqv!
finish
问题四、均匀直杆的模态分析
一根长度为L的等截面直杆,一端固定,一端自由。
己知杆材料的弹性模量E=2×
N/
护,密度p=7800kg/
,杆长L=0.1m.要求计算直杆纵向振动的固有频率。
根据振动学理论,假设直杆均匀伸缩,如图8-1所示等截面直杆纵向振动第i阶固有频率为
=
rad/s(i=1,2…)
将角频率
转化为周频率f,并将已知参数代入,可得
=12659(2i-1)Hz
计算出直杆的前5阶频率
12659
37978
63296
88615
113933
1.改变工作名:
UtilityMenu-File-ChangeJobname-在"
[/FILNAM]"
文本框中输入EXAMPLE8,单击“OK"
2.创建单元类型:
MainM--Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete-Add-在右侧列表中选择"
Brick20node186"
-在右侧列表中选择"
-OK-单击对话框的“Close"
3.定义材料属性
MainMenu-Preprocessor--MaterialProps-MaterialModels-在右侧列表中依次双击"
Structural"
"
Linear"
Elastic"
Isotropic"
-在"
EX"
文本框中输入2e11(弹性模量)-在"
PRXY"
文本框中输入0.3(泊松比)-单击"
OK"
-再双击右侧列表中"
下"
Density"
DENS"
文本框中输入7800(密度)-单击"
4.创建块
MainMenu-Preprocessor–Modeling-Create-Volumes-Block–ByDimension-在"
X1,X2"
文本框中输入0,0.01,在"
Y1,Y2"
文本框中输入0,0.01,在"
Z1,Z2"
文本框中输入0,0,1,-单击"
5.分单元
MainMenu-Preprocessor-Meshing-MeshTool-单击'
'
Size.Controls'
,区域中"
Lines"
后"
Set"
-弹出拾取窗口,任意拾取块x轴和y轴方向的边各一条(短边)-单击OK-在"
NDIV"
文本框中输入3-单击"
Apply"
-再次弹出拾取窗口,拾取块z轴方向的边(长边)-单击"
文木框中输入15-单击"
-在Mesh区域,选择单元形状为"
Hex"
(六面体),选择划分单元的方法为"
Mapped"
(映射)单击Mesh按钮-单击"
6.施加约束
MainMenu--Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement-OnAreas-拾取z=0的平面-单击"
-在列表中选择"
UZ"
单击"
-拾取y=0的平面,单击"
UY"
,单击"
-拾取x=0的平面,单击"
UX"
7.指定分析类型
MainMenu-Solution-AnalysisType-NewAnalysis-选择"
TypeofAnalysis"
为"
Modal"
8指定分析选项
MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions-在"
No.ofmodestoextract"
文本框中输入5,单击“OK"
-弹出"
BlockLanczosMethod"
9指定要扩展的模态数
MainMenu-Solution-LoadStepOpts-Expansionpass-SingleExpand-Expandmodes-在"
NMODE"
文本框中输入5,单击"
10求解
MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。
单击“SolveCurrentLoadStep”
对话框的“OK”-出现“Solutionisdone!
”提示时,求解结束
11.列表固有频率
MainMe-GeneralPostproc-ResultsSummary-列表中显示了模型的前5阶频率-查看完毕后,关闭该窗口
/CLEAR
/FILNAME,EXAMPLE8
/PREP7
ET,1,SOLID186
MP,EX,1,2E11
MP,PRXY1,0.3
MP,DENS,1,7800
BLOCK,0,0.01,0,0.01,0,0.1
LESIZE,1,,,3
LESIZE.2,,,3
LESIZE,9,,,15
MSHAPE,O
MSHKEY,1
VMESH,1
FINISH
/SOLU
ANTYPE,MODAL
MODOPT,LANB,5
MXPAND,5
DA,1,UZ
DA,3,UY
DA,5,UX
SOLVE
SAVE
/POST1
SET,LIST
SET,FIRST
/VIEW,1,-1
/REPLOT
PLDI
ANMODE,10,0.5,,0
SET,NEXT
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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- ansys 有限元 解题 实例
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