ANSYS實(shí)體建模有限元分析-課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 0911370108鄧鵬 南 京 理 工 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者:學(xué) 號(hào)：11370108學(xué)院(系):理學(xué)院專(zhuān) 業(yè):工程力學(xué)題 目:ANSYS實(shí)體建模有限元分析指導(dǎo)者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))20 年 月 日 摘要 有限元分析已經(jīng)在教學(xué)、科研以及工程應(yīng)用中成為重要而又普及的數(shù)值分析方法和工具；綜合考慮有限元方法的力學(xué)分析原理、建模技巧、應(yīng)用領(lǐng)域、軟件平臺(tái)、實(shí)例分析這幾個(gè)方面， 而ANSYS軟件含有進(jìn)行多種有限元分析的能力，包括從簡(jiǎn)單的線性靜態(tài)分析到復(fù)雜非線性動(dòng)態(tài)分析。一個(gè)典型的ANSYS分析過(guò)程可以分為三個(gè)步驟： 建立模型 、加載并求解 、查看分析結(jié)果。其中建立模型在整個(gè)分析過(guò)程中所花費(fèi)的時(shí)間應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其它過(guò)程。而處于初學(xué)期的我們，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)有限元方法的實(shí)質(zhì)理解和融會(huì)貫通，力求精而透，強(qiáng)調(diào)自身綜合能力(掌握和應(yīng)用有限元方法)的培養(yǎng)，為自身親自參與建模、以及使用先進(jìn)的有限元軟件平臺(tái)提供較好的素材。關(guān)鍵詞 有限元、ANSYS、建立模型、加載并求解、查看分析結(jié)果練習(xí)題一要求：照?qǐng)D利用ANSYS軟件建立實(shí)體模型和有限元離散模型，說(shuō)明所用單元種類(lèi)、單元總數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)。操作步驟： 擬采用自底向上建模方式建模。1.定義工作文件名和工作標(biāo)題 1)選擇Utility MenuFileChange Jobname命令，出現(xiàn)Change Jobname對(duì)話框，在/FILNAM Enter new jobname文本框中輸入工作文件名learning1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 2)選擇Utility MenuFileChange Title命令，出現(xiàn)Change Title對(duì)話框，在/TITLE Enter new title文本框中輸入0911370108dp,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2.定義單元類(lèi)型 1)選擇Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Types對(duì)話框，單擊Add按鈕,出現(xiàn) Library of Element Types 對(duì)話框。在Library of Element Types 列表框中選擇 Structural Solid, Tet 10node 92，在Element type reference number文本框中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。 2)單擊Element Types對(duì)話框上的Close按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框。3.創(chuàng)建幾何模型1)選擇Utility MenuP1otCtrlsStyleColorsReverse Video命令，設(shè)置顯示顏色。2)選擇Utility MenuP1otCtrlsView SettingsViewing Direction命令，出現(xiàn)Viewing Direction對(duì)話框，在XV,YV,ZV Coords of view point文本框中分別輸入1, 1, 1，其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。3)建立支座底塊選擇Main MenuPreprocessor ModelingCreatevolumesBlockBy Demensios命令，出現(xiàn)Create Block by Demensios對(duì)話框，在X1,X2 X-coor dinates文本框中輸入0、400，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中輸入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中輸入0、40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。4)建立支座孔柱選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入40，在WP Y文本框中輸入40，在Rad-1文本框中輸入20，在Depth文本框中輸入40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。5)復(fù)制支座孔圓柱選擇Main MenuPreprocessorCopyVolume命令，出現(xiàn)Copy Volume對(duì)話框，在圖形上拾取圓柱實(shí)體，單擊Apply按鈕，在移動(dòng)方向（x方向）欄中輸入移動(dòng)距離3206）布爾運(yùn)算減去底座圓柱孔圓柱選擇Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes命令，出現(xiàn)Subtract Volumes拾取菜單，拾取底塊，點(diǎn)擊OK鍵，又出現(xiàn)一個(gè)拾取菜單，拾取兩個(gè)圓柱，點(diǎn)擊OK鍵完成運(yùn)算。7）底座圓角繪制選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入40，在WP Y文本框中輸入40，在Rad-1文本框中輸入40，在Depth文本框中輸入40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。選擇Main MenuPreprocessorCopyVolume命令，出現(xiàn)Copy Volume對(duì)話框，在圖形上拾取圓柱實(shí)體，單擊Apply按鈕，在移動(dòng)方向（x方向）欄中輸入移動(dòng)距離320。選擇Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolumes by Area命令，出現(xiàn)Divide Vol by Area拾取菜單，拾取底塊，點(diǎn)擊OK鍵，又出現(xiàn)一個(gè)拾取菜單，拾取兩個(gè)大圓柱面，點(diǎn)擊OK鍵完成運(yùn)算。選擇Main MenuPreprocessorModelingDeleteVolumes and Below命令，出現(xiàn)Delete Volumes and Below拾取菜單拾取大圓柱，邊角塊，點(diǎn)擊OK鍵完成運(yùn)算。8)底塊凹槽繪制選擇Main MenuPreprocessor ModelingCreatevolumesBlockBy Demensios命令，出現(xiàn)Create Block by Demensios對(duì)話框，在X1,X2 X-coor dinates文本框中輸入85、315，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中輸入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中輸入0、10，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。后經(jīng)布爾運(yùn)算Subtract減去凹?jí)K得效果圖如下9）變換工作坐標(biāo) 選擇Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc +命令，彈出Create CS at location對(duì)話框，在文本框中輸入新坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)200,172,40，單擊OK按鈕，再輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。選擇Utility MenuWorkPlaneAlign WS withSpecified coord Sys.彈出Align WS with Specified CS對(duì)話框輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。10）支座頂部圓柱選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入0，在WP Y文本框中輸入40，在Rad文本框中輸入40，在Depth文本框中輸入40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。11)支座背板繪制變換工作坐標(biāo)，選擇Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc +命令，彈出Create CS at location對(duì)話框，在文本框中輸入新坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)200,150,40，單擊OK按鈕，再輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。選擇Utility MenuWorkPlaneAlign WS withSpecified coord Sys.彈出Align WS with Specified CS對(duì)話框輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入-75，在WP Y文本框中輸入100，在Rad文本框中輸入125，在Depth文本框中輸入30，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入75，在WP Y文本框中輸入100，在Rad文本框中輸入125，在Depth文本框中輸入30，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。用過(guò)布爾運(yùn)算方式切除多余邊角，合并相應(yīng)體面。12)頂孔以及勒板繪制變換坐標(biāo)系（同步驟9）繪制頂孔圓，布爾運(yùn)算挖孔，變換坐標(biāo)繪制勒板得到如圖 4.劃分網(wǎng)格1)選擇Utility MenuPIotCtrlsNumbering命令，出現(xiàn)Plot Numbering Controls對(duì)話框，選擇VOLU Volume number選項(xiàng)，使其狀態(tài)從On變?yōu)镺ff，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。2)選擇Main MenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSizeGlobalSize命令，出現(xiàn)Global Element Sizes對(duì)話框，在SIZE Element edge length文本框中輸入15，如圖所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。3)選擇Main MenuPreprocessorMeshingMeshVolumesFree命令，出現(xiàn)Mesh Volumes拾取菜單，用鼠標(biāo)在ANSYS顯示窗口選擇支座，單擊OK按鈕關(guān)閉該菜單。單元種類(lèi)SOLID92，單元數(shù)12614個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)21015個(gè)。練習(xí)題二四邊固定的圓盤(pán)形鋁板，在中央處放置一正方體鋼錠。鋼錠的邊為5CM，上表面施加了100MPa的外壓；圓盤(pán)形鋁板半徑10cm，厚2.5cm。已知靜摩擦系數(shù)f=0.2；剛的材料參數(shù)E=200GPa，=0.27，=7800kg/m3；鋁的材料系數(shù)E=70GPa，=0.33，=2700kg/m3.研究鋁板的變形和應(yīng)力情況。一 建立相關(guān)模型模型效果圖如下：定義兩種單元為sold95；再分別定義鋁和鐵的材料參數(shù)，序號(hào)分別為1和2。又由于模型是對(duì)稱(chēng)模型，故采用1/4模型分析運(yùn)算。二 網(wǎng)格劃分鋁板網(wǎng)格劃分：選擇Main MenuPreprocessorMeshing命令，單擊Mesh Tool，彈出Mesh Toal對(duì)話框。在Element Attributes下單擊Set按鈕，彈出Meshing Attributes對(duì)話框.在Element Type number, Material number文本框中分別選擇工1SOLID95,1，單擊OK按鈕，以上完成管道單元及材料分配)。其中通過(guò)變換Material number號(hào)來(lái)區(qū)別實(shí)體材料性質(zhì)的不同三建立接觸對(duì)選擇Main MenuPreprocessorModelingCreateContact Pair彈出Contact Manager對(duì)話框，安左上按鈕，接著由相關(guān)操作有載荷施加并求解（1） 定義邊界條件和載荷選擇SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，選擇圓盤(pán)側(cè)面，定義Z方向的位移為零；選擇SolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas，選擇鋼錠頂面，定義外壓大小為100MPa擴(kuò)展模型執(zhí)行Utility MenuPlot CtrlsStyleSymmetry ExpansionPriodic/Cclinc Smmerty命令，彈出Priodic/Cclinc Symmetry Expansion對(duì)話框，選擇“1/4 Dihedral Sym”單擊OK完成。 X方向應(yīng)力圖 Y方向應(yīng)力圖 Z方向應(yīng)力圖三 建立相關(guān)模型首先繪制齒輪外齒圈每個(gè)單元齒的剖面輪廓，得到效果圖如下轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系為柱坐標(biāo)系，Copy 28份環(huán)形陣列，得效果圖如下布爾運(yùn)算面相加 (Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansaddAreasPick all得到下圖選中面，沿軸向拉伸（ModelingExtrudeOperateAreasAlong Normal）繪制支撐板繪制軸套支撐板上挖孔,繪制圓孔柱，Copy 5份環(huán)形陣列，布爾減運(yùn)算，得效果圖如下軸套上挖槽，布爾運(yùn)算合并實(shí)體并離散化單元種類(lèi)： SOLID185單元數(shù)：38548節(jié)點(diǎn)總數(shù)：9600材料特性彈性模量、泊松比加載材料特性密度加載加載角速度：運(yùn)算結(jié)果應(yīng)力圖，變形圖：練習(xí)題四圖示中心具有圓孔的正方形薄板，兩側(cè)收到垂直板邊沿隨時(shí)間變化的均布載荷P=P(t)作用。設(shè)板邊長(zhǎng)l=1m，圓孔直徑d=2a=0.1m，材料E=20GPa，=0.167， 密度=2500kg/厚度t=0.1m，試計(jì)算x=0上截面正應(yīng)力隨時(shí)間變化情況 解答由于該分析模型是對(duì)稱(chēng)模型，故為減少計(jì)算量，提高運(yùn)算速度計(jì)，選取1/4份模型建模求解，其建模，材料屬性加載，模型離散化過(guò)程與以上三題方法類(lèi)似，在此就不多做贅述了。通過(guò)對(duì)題目的分析，該題是一個(gè)帶孔平板結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題。一定義分析類(lèi)型和設(shè)置選項(xiàng) 1)定義分析類(lèi)型。執(zhí)行Main MenuSnlutianAnalysis TypeNew Analysis命令，彈出New Analysis對(duì)話框。選擇“Transient”按鈕，單擊OK按鈕,彈出Transient Analysis對(duì)話框，選擇“Full”單擊OK按鈕。 2)打開(kāi)預(yù)測(cè)器。執(zhí)行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，彈出Salutivn Controls對(duì)話框，選擇Nonlinear選項(xiàng)卡，在DOF solutionpredictor下拉列表框中選擇“On for all substep”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。3)設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，彈出Solution Controls對(duì)話框。在Analysis Options和Frequency下拉列表框中分別選擇“Small Displacement Static”及“Write every substep”選項(xiàng)，在Time at end of loadstep文本框中輸人“5，在Number of substeps文本框中輸入“1，單擊OK按鈕。4）施加對(duì)稱(chēng)約束（操作與題二類(lèi)似，不多做說(shuō)明）二載荷步選項(xiàng)控制及求解運(yùn)算1)寫(xiě)入第1個(gè)載荷步。執(zhí)行Main MenuSolutionLoad Step OptsWrite LS File命令，彈出Write Load Step File對(duì)話框。在Load step file number n文本框中輸入“1，單擊OK按鈕。2)設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行Main MenuSolutionAnalysisTypeSoln Controls命令，彈出Solution Controls對(duì)話框。在Analysis Dptions, Automatic time stepping option 和Frequency下拉列表框中分別選擇“Large Displacement Static ,On”及“Write every substep”選項(xiàng)，在Time at end of load step和Number of substeps文本框中分別輸入“1”及“l(fā)0”，單擊OK按鈕。3）施加集中載荷。執(zhí)行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes命令，彈出拾取框,拾取x=0上一點(diǎn)，單擊