ansys例题 325.docx
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ansys例题325
目录
实例一衍架的结构静力分析1
一、问题描述2
二、实训目的2
三、结果演示3
四、实训步骤3
实例二钢架受力分析14
实例三三维实体结构的分析25
一、问题描述25
二、实训目的25
三、结果演示26
四、实训步骤26
实例四连续刚构桥三维仿真分析34
实例一衍架的结构静力分析
结构静力分析是ANSYS软件中最简单,应用最广泛的一种功能,它主要用于分析结构在固定载荷(主要包括外部施加的作用力,稳态惯性力如重力和离心力,位移载荷和温度载荷等)作用下所引起的系统或部件的位移,应力,应变和力。
一般情况下,结构静力分析适用于不考虑或惯性,阻尼以及动载荷等对结构响应的影响不大的场合,如温度,建筑规范中的等价静力风载和地震载荷等在结构中所引起的响应。
结构静力分析分为线性分析和非线性分析两类,由于非线性分析涉及大变形,塑性,蠕变和应力强化等内容,较为复杂,不适于作为入门教学。
因此,本实训中只讨论ANSYS的线性结构静力分析。
一、问题描述
图1所示为由9个杆件组成的衍架结构,两端分别在1,4点用铰链支承,3点受到一个方向向下的力Fy,衍架的尺寸已在图中标出,单位:
m。
试计算各杆件的受力。
其他已知参数如下:
弹性模量(也称扬式模量)E=206GPa;泊松比μ=0.3;
作用力Fy=-1000N;杆件的横截面积A=0.125m2.
显然,该问题属于典型的衍架静力分析问题,通过理论求解方法(如节点法或截面法)也可以很容易求出个杆件的受力,但这里为什么要用ANSYS软件对其分析呢?
二、实训目的
本实训的目的有二:
一是使学生熟悉ANSYS软件的用户界面,了解有限元分析的一般过程;二是通过使用ANSYS软件分析的结果和理论计算结果进行比较,以建立起对利用ANSYS软件进行问题根系的信任度,为以后使用ANSYS软件进行更复杂的结构分析打基础。
三、结果演示
通过使用ANSYS8.0软件对该衍架结构进行静力分析,其分析结果与理论计算结果如表1所示。
表1ANSYS分析结果与理论计算结果的比较
杆件序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ANSYS分析结果/N
333.33
333.33
666.67
-471.40
0
-666.67
471.40
666.67
-947.81
理论计算结果/N
333.333
333.333
666.667
-471.405
0
-666.667
471.405
666.667
-942.809
误差/%
0.3
0.3
0.3
0.5
0
0.3
0.5
0.3
0.1
比较结果表明,使用ANSYS分析的结果与理论计算结果的误差不超过0.5%,因此,利用ANSYS软件分析来替代理论计算是完全可行的。
四、实训步骤
(一)ANSYS8.0的启动与设置
1.启动。
点击:
开始>所有程序>ANSYS8.0>ANSYS,即可进入ANSYS图形用户主界面。
如图2所示。
其中,几个常用的部分有应用菜单,命令输入栏,主菜单,图形显示区和显示调整工具栏,分别如图2所示。
2.功能设置。
电击主菜单中的“Preference”菜单,弹出“参数设置”对话框,选中“Structural”复选框,点击“OK”按钮,关闭对话框,如图3所示。
本步骤的目的是为了仅使用该软件的结构分析功能,以简化主菜单中各级子菜单的结构。
3.系统单位设置。
由于ANSYS软件系统默认的单位为英制,因此,在分析之前,应将其设置成国际公制单位。
在命令输入栏中键入“/UNITS,SI”,然后回车即可。
(注:
SI表示国际公制单位)
(二)单元类型,几何特性及材料特性定义
1.定义单元类型。
电击主菜单中的“Preference>ElementType>Add/Edit/Delete”,弹出对话框,点击对话框中的“Add…”按钮,又弹出一对话框(图4),选中该对话框中
的“Link”和“2Dspar1”选项,点击“OK”,关闭图4对话框,返回至上一级对话框,此时,对话框中出现刚才选中的单元类型:
LINK1,如图5所示。
点击“Close”,关闭图5所示对话框。
注:
LINK1属于二维平面杆单元,即我们常说的二力杆,只承受拉压,不考虑弯矩。
2.定义几何特性。
在ANSYS中主要是实常数的定义:
点击主菜单中的“Preprocessor>RealContants>Add/Edit/Delete”,弹出对话框,点击“Add…”按钮,第二
(1)步定义的LINK1单元出现于该对话框中,点击“OK”,弹出下一级对话框,如图6所示。
在AREA一栏杆件的截面积0.125,点击“OK”,回到上一级对话框,如图7所示。
点击“Close”,关闭图7所示对话框。
3.定义材料特性。
点击主菜单中的“Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”,弹出对话框,如图8所示,逐级双击右框中“Structural,Linear,Elastic,Isotropic”前图标,弹出下一级对话框,在弹性模量文本框中输入:
206E9,在泊松比文本框中输入:
0.3,如图9所示,点击“OK”返回上一级对话框,并点击“关闭”按钮,关闭图8所示对话框。
(三)衍架分析模型的建立
1.生成节点。
图10所示衍架中共有6个节点,其坐标根据已知条件容易求出如下:
1(0,0,0),2(1,0,0),3(2,0,0),4(3,0,0),5(1,1,0),6(2,1,0)。
点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS”,弹出对话框.在“Nodenumber”一栏中输入节点号1,在“XYZLocation”一栏中输入节点1的坐标(0,0,0),如图10所示,点击“Apply”
按钮,在生成1节点的同时弹出与图10一样的对话框,同理将2-6点的坐标输入,以生成其余5个节点。
此时,在显示窗口上显示所生成的6个节点的位置,如图11所示。
2.生成单元格。
点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes”,弹出“节点选择”对话框,如图12所示。
依次点选节点1、2,点击Apply按钮,既可生成①单元。
同理,分别点击2、3;3、4;1、5;2、5;5、6;3、5;3、6;4、6可生成其余8个单元。
生成后的单元如图13所示。
(四)施加载荷
1.施加位移约束。
点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes”,弹出与图12所示类似的“节点选择”对话框,点选1节后,然后点击“Apply”按钮,弹出对话框如图14所示,选择右上列表框中的“AllDOF”,并点击“Apply”按钮,弹出对话框如图14所示,选择右上列表框中的UY,并点击“OK”按钮,即可完成对节点4沿y方向的位移约束。
2.施加集中力载荷。
点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes”,弹出对话框如图15所示,在“Directionofforce/mom”一项中选择:
“FY”,在“Force/Momentvalue”一项中输入:
-1000(注:
负号表示力的方向与Y的正向相反),然后点击“OK”按钮关闭对话框,这样,就在节点3处给桁架结构施加了一个竖直向下的集中载荷。
说明:
根据图1所示有限元分析的基本过程,到此为止,有限元分析的前置处理部分已经结束。
但在使用ANSYS软件进行分析的过程中,施加载荷这一步骤往往既可以在前置处理中完成(如本实训一样),也可以在求解器中完成(如点击主菜单中的“Solution>DefineLoads>Apply>Stuctural…”,实现过程完全一样)。
(五)开始求解
点击主菜单中的“Solution>Solve>CurrentLS”,弹出对话框(图16),点击“OK”按钮,开始进行分析求解。
分析完成后,又弹出一信息窗口(图17)提示用户已完成求解,点击“Close”按钮关闭对话框即可。
至于在求解时产生的STATUSCommand窗口,点击“File>Close”关闭即可。
说明:
到此为止,有限元分析的求解器计算部分已经结束。
(六)分析结果显示
图2-3用户主界面
1.显示变形图。
点击主菜单中的“GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape”,弹出对话框如图18所示。
选中“Def+undeformed”选项,并点击“OK”按钮,即可显示本实训桁架结构变形前后的结果,如图19所示。
2显示变形动画。
点击应用菜单(UtilityMenu)中的PlotCtrls>Animate>DeformedShape…,弹出对话框如图20所示。
选中Def+undeformed”选项,并在“Timedelay”文本框中输入:
0.1,然后点击“OK”按钮,即可显示本实训桁架结构的变性动画。
由于集中力FY作用在3节点上,因此,3节点产生的位移最大。
图21是动画片、显示桁架受力变形的过程,右边窗口是动画显示的控制窗口,可以暂停,也可以拖动显示进度条。
3.列举支反力计算结果。
点击主菜单中的“GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu”,弹出对话框如图22所示。
接受缺省设置,点击“OK”按钮关闭对话框,并弹出一列表窗口,显示了两铰链点(1、4节点)所受的支反力情况,如图23所示。
4.列举各杆件的轴向力计算结果。
点击主菜单中的“GeneralPostproc>ListResult>ElementSolution”,弹出对话框如图24所示,在中间列表框中移动滚动条至最后,选择“BySequencenum”选项,右上列表框中选择“SMISC”选项,右下文本框中输入“SMISC,1”,点击“OK”按钮关闭对话框,并弹出一列表窗口,显示了9个杆单元所受的轴向力,如图25所示,此外,还给出了最大、最小力及其发生位置。
说明:
到此为止,有限元分析的后置处理部分就可以结束了。
实际上,ANSYS软件的后置处理功能非常强大,除了能显示上述结果外,还可以显示其他许多结果,比如,各节点产
生的位移(GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution)和各节点所受载荷(GeneralPostproc>ListResults>NodalLoads)等等,有兴趣的读者可自行尝试。
(七)ANSYS软件的保存与退出
1.保存。
点击应用菜单中的“File>SaveasJobname.db,ANSYS”自动将结果保存,缺省的文件名为:
下次打开时,可直接点击“file.db”
2.退出。
点击应用菜单中的“File>Exit…”,弹出保存对话框,选中“SaveEverything”,点击“OK”按扭,即可退出ANSYS。
实例二钢架受力分析
一、问题描述
钢架杆的各截面均为矩形截面,宽度b=0.12m,高度h=0.2m,则横截面的面积A=0.024
,轴惯性矩为I=0.00008
。
材料的弹性模量
,泊松比为v=0.3
二、实训目的
通过使用ANSYS软件分析钢架的受理情况。
三、实训步骤
(1)设立工作目录、文件名、标题与分析模块
首先在硬盘上建立一个工作目录,例如D:
\课程设计,然后启动ANSYS程序软件,通过把ANSYS程序软件的入口界面把工作目录改为在硬盘上已建立的工作目录,同时设立一个工作文件名。
或者进入ANSYS程序软件之后,通过实用菜单中的File>ChangeDirectory,File>ChangeJobname,File>ChangeTitle进行操作来设立工作目录、文件名与标题。
平面桁架的结构分析只需要选择结构分析模块,菜单路径为:
MainMenu>Preferences…,将弹出PreferencesforGUIFiltering对话框,在对话框中选取Structural,然后单击【OK】按钮。
(2)选择单元类型
选择MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令,出现ElementTypes对话框,单击Add按钮,出现LibraryofElementTypes对话框。
在LibraryofElementTypes复选框中选择Beam,2Delastic3,在Elementtypereferencenumber输入栏中输入1,单击【OK】按钮,单击对话框上的Close按钮,关闭该对话框。
(3)设置材料属性
运行MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels,弹出DefineMaterialModelBehavior对话框,然后双击Structural>Linear>Elastic>Isotropic,弹出LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框,在EX文本框中输入2e11,在PRXY文本框中输入0.3,单击【OK】按钮,选择Material>Exit,关闭该对话框。
(4)设置单元截面形式
运行MainMenu>preprocessor>Sections>Beam>CommonSections,弹出BeamTool对话框,在Sub—Type下拉列表框中选择矩形,在B文本框中输入0.12,在H文本框中输入0.2,最后单击【OK】按钮。
(5)定义实常数
运行MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,弹出RealConstants对话框,单击【Add】按钮,弹出ElementTypes对话框,选择Type1Beam3,单击OK按钮,弹出RealConstantsSetNumber1forBeam3对话框,在RealConstantSetNO.文本框中输入1,在AREAS文本框中输入0.024,在IZZ文本框中输入0.00008,单击【OK】按钮。
(6)建立模型
首先创建关键点,运行主菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS,弹出创建关键点对话框,在Keypointnumber文本框中输入1,在X、Y、Z文本框中分别输入0,0,0,单击【Apply】按钮,那么关键点1(0,0,0)建立完毕。
同理建立关键点2(0,1,0),3(1,1,0),4(1,0,0),5(2,1,0),6(2,0,0)。
最后单击【OK】按钮。
运行UtilityMenu>List>Keypoins>Coordinatesonly,可以显示所有关键点的坐标。
选择UtilityMenu>PLotCtrls>Numbering命令,出现NumberingControls对话框,选中KPKeypointnumbers和LINELinenumbers选项,使其状态从Off变为On,其余均采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。
运行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StraightLine,弹出创建直线对话框,拾取点1和2,单击【Apply】按钮,再拾取2和3,3和4,3和5,5和6后单击【OK】按钮。
(7)划分网格
选择MainMenu>preprocessor>Meshing>MeshAttributes>pickedlines命令,弹出lineAttributs对话框,选中直线L1到L5,单击【OK】按钮,按如图进行设置。
单击OK按钮关闭该对话框。
MainMenu>preprocessor>Meshing>Sizecntr>manualsize>lines>pickedlines,再选中L1和L2直线,单击【OK】按钮,在对话框中设置NDIV=10。
单击OK按钮关闭该对话框。
在MeshTool工具中点击Mesh,弹出MeshLines对话框,点击PickAll
(8)施加约束
运行MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoins,选择关键点1,单击【OK】按钮弹出对话框,选择ALLDOF,单击【OK】按钮。
选择关键点4,单击【OK】,再选择Uy,选择关键点6,单击【OK】,选择Ux.
(9)施加荷载
运行plotctrls>numbering将NODEnodenumbers中的off改为on单击【OK】按钮。
可以显示出节点。
(10)求解
运行MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS,计算分析当前的负载步骤命令,弹出求解对话框,单击【OK】按钮,开始计算。
计算分析完毕后弹出计算完毕对话框,在信息窗口中提示计算完成,单击【Close】按钮将其关闭。
(11)后处理
运行MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contourplot>nodalsolu,在出现的对话框中选DOFSolution,再选择Displacementvectorsum,单击【OK】按钮,则出现下图所示的位移云图。
弯矩图:
运行MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable,弹出单元表格数据对话框,单击【Add】按钮,弹出定义附加单元表格条目对话框,在[AVPRIN]文本框中输入0,在[ETABLE]文本中输入1,在Resultsdataitem列表框中选择Bysequencenum>SMISC,并在第三文本中框中输入SMISC,6。
最后单击【OK】按钮。
再运行MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>LineElemRes,弹出选择显示单元结果对话框,在LabI下拉列表框中选择1,在LabJ下拉列表中选择1,在FactOptionalscalefactor文本框中输入1,在KUND选项区域中选择Defundeformed选项,最后单击【OK】按钮。
则可以出现弯矩图。
剪力图:
运行MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable,弹出单元表格数据对话框,单击【Add】按钮,弹出定义附加单元表格条目对话框,在[AVPRIN]文本框中输入0,在[ETABLE]文本框中输入2,在resultsdataitem列表框中选择Bysequencenum>SMISC,并在第三文本框中输入SMISC,2。
最后单击【OK】按钮。
再运行MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>LineElemRes,弹出选择显示单元结果对话框,在LabI下拉列表框中选择2,在LabJ下拉列表框中选择2,在Factoptionalscalefactor文本中输入1,在KUND选项区域中选择Defshapeonly选项,最后单击【OK】按钮。
则可以出现剪力图。
命令流:
/BATCH
/COM,ANSYSRELEASE12.0.1UP2009041510:
59:
0301/11/2013
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1
/GRA,POWER
/GST,ON
/PLO,INFO,3
/GRO,CURL,ON
/CPLANE,1
/REPLOT,RESIZE
WPSTYLE,,,,,,,,0
!
*
/NOPR
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1
KEYW,PR_THERM,0
KEYW,PR_FLUID,0
KEYW,PR_ELMAG,0
KEYW,MAGNOD,0
KEYW,MAGEDG,0
KEYW,MAGHFE,0
KEYW,MAGELC,0
KEYW,PR_MULTI,0
KEYW,PR_CFD,0
/GO
!
*
/COM,
/COM,PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM,Structural
!
*
/PREP7
!
*
ET,1,BEAM3
!
*
!
*
!
*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
SECTYPE,1,BEAM,RECT,,0
SECOFFSET,CENT
SECDATA,0.12,0.2,0,0,0,0,0,0,0,0
R,1,0.024,0.00008,,,,,
!
*
SAVE
K,1,0,0,0,
K,2,0,1,0,
K,3,1,1,0,
K,4,1,0,0,
K,5,2,1,0,
K,6,2,0,0,
SAVE
/RGB,INDEX,100,100,100,0
/RGB,INDEX,80,80,80,13
/RGB,INDEX,60,60,60,14
/RGB,INDEX,0,0,0,15
/REPLOT
LSTR,1,2
LSTR,2,3
LSTR,3,4
LSTR,3,5
LSTR,5,6
SAVE
FLST,5,5,4,ORDE,2
FITEM,5,1
FITEM,5,-5
CM,_Y,LINE
LSEL,,,,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
!
*
LESIZE,_Y1,,,10,,,,,1
!
*
FLST,2,5,4,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-5
LMESH,P51X
/PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,1
/PNUM,AREA,0
/PNUM,VOLU,0
/PNUM,NODE,1
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SVAL,0
/NUMBER,0
!
*
/PNUM,ELEM,0
/REPLOT
!
*
SAVE
FINISH
/SOL
FLST,2,1,1,ORDE,1
FITEM,2,1
!
*
/GO
D,P51X,,,,,,ALL,,,,,
FLST,2,1,1,ORDE,1
FITEM,2,22
!
*
/GO
D,P51X,,,,,,U
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