ansys工程实例4经典例子.docx

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ansys工程实例4经典例子

输气管道受力分析（ANSYS建模）

任务和要求：

按照输气管道的尺寸及载荷情况,要求在ANSYS中建模，完成整个静力学分析过程。

求出管壁的静力场分布。

要求完成问题分析、求解步骤、程序代码、结果描述和总结五部分。

所给的参数如下：

材料参数：

弹性模量E=200Gpa;泊松比0.26；外径R₁=0.6m；内径R₂=0.4m；壁厚t=0.2m。

输气管体内表面的最大冲击载荷P为1Mpa。

四.问题求解

（一）．问题分析

由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。

（二）．求解步骤

定义工作文件名

选择UtilityMenu→File→ChangJobname出现ChangeJobname对话框，在[/FILNAM]Enternewjobname输入栏中输入工作名LEILIN10074723，并将Newloganderorfile设置为YES，单击[OK]按钮关闭对话框

定义单元类型

1）选择MainMeun→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delte命令，出现ElementType对话框，单击[Add]按钮，出现LibraryofElementtypes对话框。

2）在LibraryofElementtypes复选框选择Strctural、Solid、

Quad8node82,在Elementtypereferencenumber输入栏中出入1，单击[OK]按钮关闭该对话框。

3.定义材料性能参数

1）单击MainMeun→Preprocessor→MaterialProps→Materialmodels出现DefineMaterialBehavion对话框。

选择依次选择Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现LinearIsotropicMaterialPropertiesForMaterialNumber1对话框。

2）在EX输入2e11，在Prxy输入栏中输入0.26，单击OK按钮关闭该对话框。

3）在DefineMaterialModelBehavion对话框中选择Material→Exit命令关闭该对话框。

4.生成几何模型、划分网格

1）选择MainMeun→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→Partail→Annulus出现PartAnnulusCircArea对话框，在WPX文本框中输入0，在WPY文本框中输入0，在Rad1文本框中输入0.4，在Theate-1文本框中输入0，在Rad2文本框中输入0.6，在Theate-2文本框中输入90，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择UtilityMenu→Plotctrls→Style→Colors→ReverseVideo，设置显示颜色。

3）选择UtilityMenu→Plot→Areas，显示所有面。

4）选择MainMenu→Preprocessor→Modeling→Reflect→Areas，出现ReflectAreas拾取菜单，单击PickAll按钮，出现ReflectAreas对话框，在NcompPlaneofSymmetry选项中选择Y-ZplaneX单选项，单击OK按钮关闭该对话框。

5）选择MainMenu→Preprocessor→Modeling→Reflect→Areas出现ReflectAreas拾取菜单，单击PickAll按钮，出现ReflectAreas对话框，在NcompPlaneofSymmetry选项中选择X-ZplaneY单选项，其余选项采用默认设置，单击OK关闭该对话框。

6）选择MainMeun→Preprocessor→NumberingCtrls→MergeItems出现MergeCoincidentorEquivalentlyDefinedItems，在LabelTypeofItemtobeMerge下拉列表中选择all，单击OK按钮关闭该对话框。

7）选择MainMeun→Preprocessor→NumberingCtrls→ComprssNumbers，在LabelItemtobeCompressed下来列表中选择all，单击OK关闭该对话框。

8）选择UtilityMenu→plot→areas命令，ansys显示窗口将显示所生成的几何模型。

如图所示。

9）选择UtilityMenu→Plotctrls→Numbering命令，出现PlotNumberingControls对话框，选中LINELineNumbers选项，使其错哦个OFF变为ON，其余选项采用默认设置，单击OK关闭对话框。

10）选择UtilityMenu→Workplane→ChangeActiveCSto→GlobalCylindrical命令，将当前坐标系转换为柱坐标系。

11）选择UtilityMenu→Select→Entities命令，出现SelectEntities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择byLocation，在第三栏中选择XCoordinates单选项，在Min，Max选项中输入0.5，在第五栏中选择FromFull单选项，单击OK关闭该对话框。

选择MainMeun→Preprocessor→Meshing→SizeCntrls→Manualsize→Lines→AllLines命令，出现ElementSizesonAllSelectedLines对话框，在NDIVNO.OfElementDivisions文本框中输入4，单击OK关闭该文本框。

选择UtilityMenu→Select→Everything命令，选择所有实体。

14）选择UtilityMenu→Select→Ntities命令，出现ElectNtities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择byLocation，在第三栏中选择XCoordinates单选项，在Min，Max选项中输入0.5，在第五栏中选择Unselect单选项，单击OK关闭该对话框。

15）选择MainMeun→Preprocessor→Meshing→SizeCntrls→Manualsize→Lines→AllLines命令，出现ElementSizesonAllSelectedLines对话框，在NDIVNO.OfElementDivisions文本框中输入20，单击OK关闭该文本框。

选择MainMeun→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Free命令，出现MeshAreas拾取菜单，单击PickAll按钮关闭该菜单。

选择UtilityMenu→Select→Everything命令，选择所有实体。

选择UtilityMenu→Plot→Elements命令，ANSYS显示窗口将显示网格划分结果，如图所示。

19）选择UtilityMenu→file→Saveas命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本中输入LEILIN10074723-1.db，保存上述操作过程，单击ok关闭该对话框。

5.加载求解

1）选择MainMenu→Solusion→AnalysisType→NewAnalysis命令，出现NewAnalysis对话框，选择分析类型为Static，单击OK按钮关闭给对话框。

2）选择MainMenu→Plot→Lines命令，显示所有线段。

3）选择MainMenu→Select→Entities命令，出现SelectEntities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择ByNum/Pick，在第三栏中选择FromFull单选项，单击OK按钮，出现SelectLines拾取菜单，在文本框中输入3，6，10，12单击OK按钮关闭对话框。

4）选择MainMenu→Select→Entities命令，出现SelectEntities对话框，在第一个下拉列表中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择Attachedto，在第三栏中选择Lines，All单选项，在第四栏中选择FromAll单选项，单击OK关闭该对话框。

5）选择MainMenu→Solusion→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→onNodes命令，出现ApplyPRESonNodes拾取菜单，单击PickAll按钮，出现ApplyPRESonNodes对话框，参照下图对其进行设置，单OKk关闭该对话框。

6）选择MainMenu→Select→Entities命令，出现SelectEntities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择ByNum/Pick，在第三栏中选择FromFull单选项，单击OK按钮，出现SelectLines拾取菜单，在文本框中输入2，9单击OK按钮关闭对话框。

7）选择MainMenu→Select→Entities命令，出现SelectEntities对话框，在第一个下拉列表中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择Attachedto，在第三栏中选择Lines，All单选项，在第四栏中选择FromAll单选项，单击OK关闭该对话框。

8）选择MainMenu→Solusion→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→onNodes命令，出现ApplyU,ROTonN拾取菜单，单击PickAll按钮，出现ApplyU,ROTonN对话框，参照下图对其进行设置，单OKk关闭该对话框。

9）选择MainMenu→Select→Entities命令，出现SelecEntities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines，在第二个下拉列表中选择ByNum/Pick，在第三栏中选择FromFull单选项，单击OK按钮，出现selectlines拾取菜单，在文本框中输入4，7单击OK按钮关闭对话框。

10）选择MainMenu→Select→Entities命令，出现SelectEntities对话框，在第一个下拉列表中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择AttachedTo，在第三栏中选择Lines，All单选项，在第四栏中选择FromAll单选项，单击OK关闭该对话框。

11）选择MainMenu→Solusion→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→onNodes命令，出现ApplyU,ROTonN拾取菜单，单击PickAll按钮，出现ApplyU,ROTonN对话框，在Lab2DOFstobeContrained列表框中选择UY，在Applyas下拉列表中选择Constantvalue，在VALUEDisplacementvalue文本框中输入0，单击OK按钮关闭该对话框。

12）选择UtilityMenu→Select→Everything命令，选择所有实体。

13）选择UtilityMenu→File→Saveas命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本中输入LEILIN10074723-2.db，保存上述操作过程，单击OK关闭该对话框。

14）选择Mainmenu→Solution→Solve→CurrentLS命令，出现SolveCurrentLoadStep对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。

15）求解结束时，出现Note提示框，单击Close关闭该对话框。

16）选择UtilityMenu→File→SaveAs命令，出现SaveDatabase对话框，在SaveDatabaseto文本中输入LEILIN10074723-3.db，保存上述操作过程，单击OK关闭该对话框。

6.查看求解结果

1）选择MainMenu→GeneralPostproc→PlotResult→ContourTitle→NodalSolu命令，出现ControurNodalSoulutionData对话框，在Itemtobecontonred选项框中选择NodalSolution→DOFsolution→DisplacementVectorSUM，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示位移场等值线图。

如图所示。

2）选择MainMenu→GeneralPostproc→PlotResult→Contourplot→NodalSolu命令，出现ControurNodalSoulutionData对话框，在ItemtoBecontonred选项框中选择NodalSoulution→Stress→X-ComponentofStress，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示X方向应力等值线图。

如图所示。

3）选择MainMenu→GeneralPostproc→PlotResult→Contourplot→NodalSolu命令，出现ControurNodalSoulutionData对话框，在Itemtobecontonred选项框中选择NodalSoulution→Stress→Y-ComponentofStress，单击【OK】按钮，ANSYS显示窗口将显示Y方向应力等值线图。

如图所示。

4）选择MainMenu→GeneralPostproc→PlotResult→ContourPlot→NodalSolu命令，出现ControurNodalSoulutionData对话框，在Itemtobecontonred选项框中选择NodalSoulution→Stress→vonMisesstress，单击【OK】按钮，ANSYS显示窗口将显示等效应力等值线图。

如图所示。

5）选择UtilityMenu→file→Exit命令，出现ExitfromANSYS对话框，选择Quit-NoSave！

选项，单击ok，关闭ANSYS。

管道支架结构分析

一问题描述

该结构用于支撑管道，如图所示。

该结构需要有很好的长时间的支撑性，且在支撑时，变形不能过大，否则会由于支撑力不够，造成管道变形，严重的话会造成管道的泄露。

另外，所用的材料也要满足屈服条件，设计时不能造成结构的破坏。

如何设计该支撑的结构和所用的材料成了其中的关键。

材料参数为7E+008，泊松比为0.33，边界条件为最下端为固定端，载荷为管道所在弧面上，方向为垂直且指向弧面的均布面力。

二求解步骤

定义工作文件名

UtilityMenu-->File-->ChangeJobname该工作名为yangxin10054554

定义单元类型

MainMenu-->Preprocessor-->ElementType-->Add/Edit/Delete…

创建mesh200和brick20node95单元。

材料参数设定

mainmenu-->preferences-->…选中结构类选项。

Mainmenu-->preprocessor-->materialprops-->materialmodels-->在materialmodelsavailable分组框中依次选取structural/linear/elastic/isotropic选项，设置弹性模量EX=0.7e9,泊松比=0.33。

4.生成几何模型、划分网格

Mainmenu-->preprocessor-->modeling-->create-->keypoints-->inactivecs选项，输入关键点号和相应的坐标，如下：

No.

X

Y

Z

1

50

0

0

2

45

0

0

3

50

-5

0

4

0

150

0

5

0

135

0

6

40

30

0

7

42

24

0

8

64

38

0

9

66

32

0

10

30

60

0

11

32

54

0

12

54

68

0

13

56

62

0

14

20

90

0

15

22

84

0

16

44

98

0

17

46

92

0

2）连线

Mainmenu-->preprocessor-->modeling-->create-->lines-->lines-->straightline-->…

3）倒角

Mainmenu-->preprocessor-->modeling-->create-->lines-->linefillet-->...

4）对称

Mainmenu-->preprocessor-->modeling-->reflect-->lines-->…

之后将所有面add在一起。

如图所示：

5）划分网格，定义mesh200单元，Mainmenu-->preprocessor-->meshing-->meshtool

并在sizeelementedgelength中设值为1，之后开始mesh。

网格如图1所示：

6）沿着已划分网格的面法向对该面拖拉，生成三维块体单元模型。

添加三维块体单元类型。

MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete…选择“StructuralSolid”和“Brick20node95”。

设置在拖拉方向的单元份数，然后拖拉面:

MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude>ElemExtOpts...输入VAL1=10

MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude>-Areas-AlongNormal+设置DIST=10。

划分单元如图2所示：

图1

图2

5.加载求解

1）Mainmenu-->preprocessor-->loads-->defineloads-->apply-->structural-->displacement-->onareas-->….Areas为Y=-5的那个面，在复选框中选择AllDOF

2）Mainmenu-->preprocessor-->loads-->defineloads-->apply-->structural-->pressure-->onareas-->…

Areas为六个圆弧面，在valueloadpresvalue输入1000。

3）求解Mainmenu-->solution/solve/currentLS-->….

6.查看求解结果

查看变形

Mainmenu-->generalpostproc/plotresults/deformedshape选中def+undeformed单击ok

如图：

X方向位移：

Y方向位移：

Z方向位移：

总的位移情况：

Misesstress下的情况：

去掉拐角处单元后的应力情况

四、结果描述

１、从变形上来看该结构：

由于结构受到管道给于的压力，结构的两侧都被挤向中间。

２、从位移上来看该结构：

通过X、Y、Z以及总的位移图来看，最上面的放管道的地方位移较大，而最下面的放管道的地方位移较小。

３、从应力上来看该结构：

该结构的最大应力出现在最下面的拐角处，最小应力出现在六个外伸端和下面得固定端。

五、小结

综合结果描述，对该结构提出一些更改的建议，为了减小变形，可以通过在两个斜体之间增加横梁，用以抵抗变形。

为了使管道的位移小，在满足需求的条件下，结构的那六个外伸端的位置应设计的尽量低些。

为了防止结构出现破坏，可以在最下面的拐角处设计成为弧面，使应力分散，不出现应力集中。

通过图形看到，在去掉拐角处的单元后，最大应力出现在结构的最上端，且最大应力减小了30%左右。

最小应力出现在六个外伸端和下面的固定端，所以可以考虑设计成为空心，以减小结构重量，但需考虑结构的稳定性，这需要做进一步分析。

某椅子的强度和刚度分析（ANSYS建模）

一、问题描述

有种椅子不是“常规”的四条腿支撑的结构，而是如图1-1：

图1-1

这样的结构较美观，且会有较大的竖向和前后方向的变形，因此比“常规”的椅子要舒适些，该结构受力是否合理，能否合理利用材料，正是本题目要分析的内容。

二、几何模型的简化和建立

椅子板上的圆角和自重对结果的影响不大，可忽略不计；椅子腿是一个整体，可用梁单元划分网格，板可用壳单元划分网格。

这样可减少计算量、提高计算速度而不至于有大的误差。

几何模型中只需要有腿的轴线和板的中面。

建模步骤如下：

（1）MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS...在对话框中输入椅子腿的关键点坐标1（0,0,0）;2（0,0,-0.34）;3（-0.4,0,-0.38）;4（-0.4,0,-0.76）;5（0,0,-0.76）;6（0,0.2,-0.76）；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗StraightLine顺次连接以上关键点；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→↗LineFillet分别选中椅子腿需要倒角的直线，以0.04的半径倒圆角；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Reflect→↗Lines将全部线段关于X-Z平面镜像,至此椅子腿的轴线生成。

（2）UtilityMenu→WorkPlane→OffsetWPto→Keypoints+将工作平面移至关键点1,MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→↗OnWorkingPlane在对话框中输入椅子靠背上的关键点坐标（-0.05,0.2,0）;（-0.05,0.2,-0.3）

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Arcs→↗Through3KPs分别拾取3个关键点以创建靠背的上、下弧线边界；

MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→↗StraightLin