工字鋼ANSYS實(shí)例分析72道(含結(jié)果).

1、2.3工字鋼-ANSYS實(shí)例分析（三維實(shí)體結(jié)構(gòu)）介紹三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的有限元分析、問題描述圖1所示為一工字鋼梁，兩端均為固定端，其截面尺寸為I =1.0m,a =0.16m,b =0.2m,c =0.02m,d =0.02m。試建立該工字鋼梁的三維實(shí)體模型，并在考慮重 力的情況下對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析。PPW二二二W二一一 1q圖1工字鋼結(jié)構(gòu)示意圖其他已知參數(shù)如下：彈性模量（也稱楊式模量）E= 206GPa;泊松比u=0.3 ；.32材料密度 J = 7800 kg/m ；重力加速度 g =9.8m/s ；作用力Fy作用于梁的上表面 沿長度方向中線處，為分布力，其大小Fy=-5000N。二、實(shí)訓(xùn)步驟

2、（一）ANSYS10.0的啟動(dòng)與設(shè)置1、啟動(dòng)。點(diǎn)擊：開始 所有程序 ANSYS10.0 ANSYS，即可進(jìn)入 ANSYS圖形用戶主界面。2、功能設(shè)置（過濾）。點(diǎn)擊主菜單中的“ Preferenee菜單（Main Menu Preferences），彈出 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，選中“Structural復(fù)選框，點(diǎn)擊“OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，如圖2所示。本步驟的目的是過濾不必要的菜單，僅使用該軟件的結(jié)構(gòu)分析功能，以簡化主菜單中各級(jí)子菜單的結(jié)構(gòu)。iANSYS Main MenuI /V P皂I呂亡怛GU FilteringS PreprocessorE SolutionB Genieral Postpro-

3、c S Data & Fil* Opts Results； Summary E Read Results 國 Failure Criteria 國 Plot Results 國 U戲 Resuiks 國 Qury Results. 5 Options for Outp 目 R$uIts Viewer O Write PGR File 國 Nodal Calcs 國 Element Table e Path Oprations 國 Surface Operations 國 Loiid Case ei Check Eltrn Shape SI Write Results 0 ROM Operati

4、ons e Subm&deling 國 Fatigue 13 Safety Factor 國i Define/MdifyKEW/PMETH Preferences for GUI Fittering Individual discipline(s) to show in the GUIE1 ectro magic：ThermalANSVS FluidF LOT RAN CFD廠Note: If no individual diisciplines are selected they will all show.Mag metic- Ncdlal MagneticEdge High Freque

5、ncy ElectricDiscipline optionsh-Methcd廣 p-Methcd! Struct.C p-Methcdl Electr,Pick a menu item or enter an Ah|OKCancel I2圖2 Preferenee參數(shù)設(shè)置對(duì)話框3、系統(tǒng)單位設(shè)置。由于 ANSYS軟件系統(tǒng)默認(rèn)的單位為 英制，因此，在分析之前，應(yīng)將其設(shè)置成國際公制單位。在命令輸入欄中鍵入“UNITS ,SI”，然后回車即可（系統(tǒng)一般看不出反應(yīng)，但可以在Output Window中查看到結(jié)果，如圖 3所示）。（注：SI表示國際公制單位）4所示。圖3 Output Window中查看單

6、位設(shè)置結(jié)果設(shè)置完成后按主菜單中前處理器 （在ANSYS中稱為PREP7）設(shè)定的先后順序進(jìn)行，具體如圖ANSYS Multi physics Utility Menu 4D 8| Q| flj & & y| sANSVS ToolbarSAVE.061 RESUM O6| QUTr| POWRGFlPHANS1File Select List Plot PlotCtrls Work Plane Parameters IM aero MenitiCtrk HelpdimLlenu Pjeferences 1| rftprocesurANSYSrat i 1B=1Q=11f s Real Conft

7、an|$ f O Material Pros F 田 Sectiioiiis*I B Modeling Meshing E Checking Ctrls， 5 Numberingi Ctr 田 Archive Mdl S Coupling / Ceq 田 PLOT RA N St IB Mlultii-fie*ld Set LoadfQ PhysicsI IB PM OpArihticJ 1 SoliJtioin LGencral Portprol YimeHist Postnfa E wpclDgncail CWt FwMl Tool jf 田 Ddqn OptElement Type Ad

8、d/Edit/Delete，彈出對(duì)話框（圖5）。A Element Type?Defined Element Types;NONE DEFINEDAdd.Options.DeleteCloseHelp圖5 單元類型Add/Edit/Delete對(duì)話框點(diǎn)擊對(duì)話框中的 “Add”按鈕，又彈出一對(duì)話框，選中該對(duì)話框中的“Solid和“Brick 8node 45選項(xiàng)（圖6）。A Library of Element TypesLibrary of Element TypesElement type reference numberOKStructural MassAxi-har4node 25*-L

9、ink回8node 33-IBeamBrick Snode 45PipeBnode 185*SolidBrick 3node 451Help21圖6單元類型庫對(duì)話框點(diǎn)擊“OK,關(guān)閉圖5對(duì)話框，返回至上一級(jí)對(duì)話框，此時(shí)，對(duì)話框中出現(xiàn)剛才選中的單元類型：Solid45，如圖7所示。圖7添加單元類型后 Add/Edit/Delete對(duì)話框點(diǎn)擊“Close；關(guān)閉圖7所示對(duì)話框。注：Solid45單元用于建立三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，該 單元由8個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有 X、Y、Z方向的三個(gè)移動(dòng)自由度。2、定義材料特性。點(diǎn)擊主菜單中的“ PreprocessorMaterial Props Mate

10、rial Models，彈出窗口如圖 8所示，逐級(jí)雙擊右框中 “Structual Linear Elastic Isotropic前圖標(biāo)，彈出下一級(jí)對(duì)話框， 在 彈性模量（EX） 文本框中輸入：2.06e11，在 泊松比”（PRXY ）文本框中輸入：0.3，如圖9所示，點(diǎn)擊“OK按鈕，回到上 一級(jí)對(duì)話框。圖 8 定義材料特性“ Structure Li near Elastic Isotropic 對(duì)話框A Linear Isotropic Properties for Material Number 1Linear Isotropic Material Properties for Mat

11、erial Number 1T1TennperaturesEXPRXY2.06ell0胡Add T ennperatureDelete TemperatureGraphOKCancelHelp圖9定義彈性模量和泊松比圖10定義材料密度然后，雙擊圖8中的“Density選項(xiàng)，在彈出對(duì)話框的 “DENS一中輸入材料密度：7800，如圖10所示。點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，返回到定義材料特性“ Structura Li near Elastic Isotropic對(duì)話框，如圖11所示。此時(shí)可以看見圖11左框中顯示定義好了兩個(gè)材料特性。圖11材料特性定好后的“ Structure Lin ear Elas

12、tic Isotropic對(duì)話框最后，點(diǎn)擊圖11所示窗口右上角 關(guān)閉該窗口，或點(diǎn)擊 MaterialExit菜單退出。(三) 工字鋼三維實(shí)體模型的建立1、生成關(guān)鍵點(diǎn)圖1所示的工字鋼梁的橫截面由12個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)連線而成，其各點(diǎn)坐標(biāo)分別為：1( -0.08,0,0)、2( 0.08,0,0)、3( 0.08,0.02,0)、4( 0.015,0.02,0)、5( 0.015,0.18,0)、6( 0.08,0.18,0)、7( 0.08,0.20,0)、8 ( -0.08,0.20,0)、9( -0.08,0.18,0 )、10(-0.015,0.18,0 )、11(-0.015,0.02,0 )、1

13、2( -0.08,0.02,0)。點(diǎn)擊主菜單中的“PreprocessorModelingCreateKeypointsln Active CS ，彈出對(duì)話框，如圖 12 所示。ACreate Keypoints in Active CoordinateK Create Keypoints in Active Coordinate SystemNPT Keypoint numberXYpZ Location in active CSOK |ApplyCancelHelp圖12創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話框在Keypoint number一欄中輸入關(guān)鍵點(diǎn)號(hào) 1,在“XYZ Location 一欄中輸入關(guān)鍵點(diǎn)1

14、的坐標(biāo)(-0.08，0，0)，如圖13所示。A Create Key points in Active Coordinate SysterrjK Create Keypoints in Active Coordinate SystemNPT Keypoint number0OKApplyCancelHelpXXZ Location in active CS圖13創(chuàng)建第1個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)擊“Apply按鈕，同理將212點(diǎn)的坐標(biāo)輸入，此時(shí)，在顯示窗口上顯示所生成的12個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置。注意：（1）所有關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)必須首先根據(jù)需要建模的實(shí)際情況計(jì)算好，并在圖中標(biāo)出各點(diǎn)坐標(biāo)以便輸入；（2）輸入時(shí)不能與其他軟件切

15、換，否則對(duì)話框會(huì)自動(dòng)消失；（3）輸錯(cuò)了可以刪除，然后再按原來的編號(hào) 再輸入；（4）如果滾動(dòng)鼠標(biāo)，圖形就會(huì)不見，可以采用重繪功能再次顯示圖形。2、生成直線點(diǎn)擊主菜單中的“ PreprocessorModeli ngCreate Li nes Li nesStraightLi ne，彈”關(guān)鍵點(diǎn)選擇對(duì)話框,如圖14所示。圖14生成直線的關(guān)鍵點(diǎn)選擇對(duì)話框依次點(diǎn)選關(guān)鍵點(diǎn)1、2，點(diǎn)擊“Apply按鈕，即可生成第一條直線。同理，分別點(diǎn)擊2、3；3、4；4、5；5、6； 6、7； 7、8； 8、9； 9、10； 10、11； 11、12； 12、1可生成其余11條直線。生成后的組成工字鋼 梁橫截面的直線如圖1

16、5所示。3 5 aKQ3T5fEM. MILAN&STociiarjgsjajT|SEiie Select List Ekt Pkttrh ortPtwe IMfMr回啟呂 Macro MeDuCttfs HelpA MMSYS MulCiphysks UdliEy Menu (1?圖15生成后的組成工字鋼梁橫截面的直線SAVE_DB RBiUMJJBj 創(chuàng)u PgWBflRRHm i12注：(1)點(diǎn)擊實(shí)用菜單 Utility Menu PlotCtrls Numbering ”可以進(jìn)入顯示編號(hào)設(shè)置，選擇顯示關(guān)鍵點(diǎn)和線的編號(hào)如圖16。圖16顯示編號(hào)設(shè)置(2)如果圖形不顯示，可點(diǎn)擊實(shí)用菜單 Ut

17、ility Menu Plot Lines ”則可以顯示全部前面畫的線條。3、生成平面點(diǎn)擊主菜單中的 “PreprocessorModelingCreate AreasArbitraryBy Lines ，彈出 直線選擇對(duì)話框, 依次點(diǎn)選112直線，點(diǎn)擊“0K按鈕關(guān)閉對(duì)話框，即可生成工字鋼的橫截面，如圖17所示。A WSYS Mul【iph饕也 UMli叩A(chǔ)w&ys Mi MrmId 1 ANS5T0*1baf、4P J ：F H i Si JMJ-H Q. ll F門:樹電我1+日卑 Select Lhi Ekt Pk)ttrh ortPtwe 徒薊5回啟已 Mscro MtDdCnts H

18、elpriocKsar ifnrnrt Typ* IC$hH4n 3t*nal Props 口 w 田 Kepointj; E UrH4 曰 ArvaiEi Arbrtrairy 護(hù)T1W理kXH J3 QwBriaid on Art 滬 S5BHE 釈 B/Skinning J3 BOffurtEi FbectangilESdrxlfi 田 Pnlyg口n J1 Are-a Fillvt s Volumti 田 INad*K 田 lEltmcnix 5 Cr*tact P*lr Piping Modils 田 Circuit|n,p-fc*F+,，-ZJ圖17生成工字鋼的橫截面4、生成三維實(shí)

19、體點(diǎn)擊主菜單中的“ PreprocessorModel in gOperateExtrudeAreasAlo ng Normal ，彈出平面選擇對(duì)話框，點(diǎn)選上一步驟生成的平面，點(diǎn)擊“OK按鈕。之后彈出另一對(duì)話框 （如圖18），在DIST”一欄中輸入：1（工字鋼梁的長度），其他保留缺省設(shè)置。Extrude Area along NormalVOFFST Extrude Area along Normal NAREA Area to be extrudedDIST Length of extrusionKINC Keypoint incrementOK IApply |Cancel圖18橫截面拉伸

20、設(shè)置點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，即可生成工字鋼梁的三維實(shí)體模型，如圖19所示。Fi le Select List Plot PlotCtris Work Plane Parameters IM aero M enuCtrk Help 21 H S| & & T| |3囲團(tuán)ANSVS ToolbarSAVE.O61 RESUM O6| QLHt| POTVRGFlPI-lANYS 加* Menuilo-nq N&rmalso r- f 何 *& _eferencestprac i8 Elfiiment Type Ral Conftantf Material PropsSectbont Modelli

21、ng H Create Operate 曰 ExtrudeO Eltm Ext OptsB Areins 理By XZ Offset 護(hù) About Axif 廚 Along Lines 回 Lintt bl Keypoints 戸 Extend LineQ Booleans9 Seal*EJ Calc Geom Itemj Fl Move / Modify 0 Copy 0 Reflect 回 Check Gwm B Delete IFI 嚴(yán)Ld li.I圖19生成工字鋼梁的三維實(shí)體模型注：（1）點(diǎn)擊0K按鈕關(guān)閉對(duì)話框后，可能看不見三維實(shí)體模型，可以通過右側(cè)按鈕換一個(gè)角度即可實(shí)現(xiàn);（2）三維

22、實(shí)體模型可能會(huì)顯示很大，可以通過右側(cè)“Fit View ”按鈕剛好顯示。=以上為幾何建模！=（四）網(wǎng)絡(luò)劃分 注意：如果有多個(gè)單元，必須要對(duì)不同部位進(jìn)行單元分配?。ū纠挥幸粋€(gè)單元，不用分配）1、設(shè)定單元大小點(diǎn)擊主菜單中的“PreprocessorMeshingMeshTool ”彈出劃分網(wǎng)格對(duì)話框 （如圖20）。UhBEL-sPwrMp：hJ VDlumo-Eref*T Tnfl HEaWedgprC MsppadS勿in叩Swb 叩Qeef圖20劃分網(wǎng)格對(duì)話框在“Size Control標(biāo)簽中的Global 一欄點(diǎn)擊Set按鈕，彈出網(wǎng)格尺寸設(shè)置”對(duì)話框，在SIZE 欄中輸入：0.02，其他保

23、留缺省設(shè)置，點(diǎn)擊0K按鈕關(guān)閉對(duì)話框。一一命令如何寫？2、接著上一步，在圖 20的劃分網(wǎng)格的對(duì)話框中， 選中單選框“ Hex和“ Sweep,”其他保留缺省設(shè)置， 然后點(diǎn)擊“Sweep按鈕，彈出體選擇對(duì)話框，點(diǎn)選圖形窗口中的工字鋼梁實(shí)體，并點(diǎn)擊OK按鈕，即可用掃掠方式完成對(duì)整個(gè)實(shí)體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分，其結(jié)果如圖21所示。注意：選中單選框 “ HeX和“Sweep后點(diǎn)擊Mapped 按鈕是指采用映射網(wǎng)格劃分體。圖21劃分網(wǎng)格后的工字鋼梁模型注意：（1）在此要把單元說清楚!PPT1.2（2） Mesh 的不同方式（10.0P181）: Mesh 和 Sweep（掃掠，只針對(duì)體 P195 VSWEEP）。

24、（五）施加載荷1、施加位移約束點(diǎn)擊主菜單的 “PreprecessorLoadsDefine LoadsApplyStructuaralDisplacemengtOn Areas （或”“ PreprecessoSolution Define LoadsApplyStructuaralDisplacemengtOn Areas），彈出面選擇對(duì)話框，點(diǎn)擊該工字梁的左端面，點(diǎn)擊“OK按鈕，彈出對(duì)話框如圖示，選擇右上列表框中的“All DOF ”并點(diǎn)擊“OK按鈕，即可完成對(duì)左端面的位移約束，相當(dāng)于梁的固定端。同理，對(duì)工字鋼的右端面進(jìn)行固定端約束。注意：如何查看施加后的位移約束？2、施加分布力（Fy）

25、載荷（1）選擇施力節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)擊 實(shí)用菜單 中的“ SelectEntities，彈出對(duì)話框在第一個(gè)列表框中選擇“ Nodes”選項(xiàng)（對(duì)選擇的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加載），第二個(gè)列表框中選擇“By Location選項(xiàng)，選中“Zcoordinates單選框，并在“ Min,Max參數(shù)的文本框中輸入：0.5（表示選擇工字鋼梁沿z方向的中間橫截面（z=0.5）上的所有節(jié)點(diǎn)），其他參數(shù)保留缺省設(shè)置，如圖22所示。注意：坐標(biāo)系。此時(shí)的x、y、z的方向分別是。？z是指工字鋼長度為1m方向。圖 22 Select Entities 對(duì)話框點(diǎn)擊“Apply按鈕（不退出對(duì)話框）完成選擇。點(diǎn)擊“Plot按鈕，在顯示窗口上顯示出工

26、字鋼梁中間橫截El IRdiatiDn dpt ID Run-Tlnn StubS StfMH fwh面（z=0.5）上的所有節(jié)點(diǎn)，如圖23所示。A. aKiY& Muhiphrysics LtlilFly Mrnu善.包*匕JFile SelKt Litt Plol PlalClifc WarkPlane Parameters Hflcrn MmuCtrls, 旦回J電刮劍工田1-Z畫ANyS laolbarANSVS Main MenuIfCCCiANSY5HAM 7立曲直 19: Praf*rtncfi5Ql PrepraccxKir 田El rural Partproc Q) Timc

27、Hixf PostpraS Topol呻*1 Ojp S HOM ToolUJ田| Pick a menu t?m m fntLoadsDefi ne LoadsApplyStructuralForce/Mome ntOn Nodes”彈出 節(jié)點(diǎn)選擇”對(duì)話框，點(diǎn)擊“ Pick All按鈕，即可選中（1）中所選擇的這組需要施力的節(jié)點(diǎn)， 之后彈出另一個(gè)對(duì)話框，在該對(duì)話框中的“Direction of force/mom 一項(xiàng)中選擇：“Y,在Force/moment value“0K按鈕一項(xiàng)中輸入：-5000 （注：負(fù)號(hào)表示力的方向與Y的方向相反），其他保留缺省裝置，然后點(diǎn)擊關(guān)閉對(duì)話框，如圖 25所

28、示。這樣，通過在該組節(jié)點(diǎn)上施加與Y向相反的作用力，就可以模擬該實(shí)訓(xùn)中所要求的分布力 Fy =-5000N。圖25在該組節(jié)點(diǎn)上施加與 Y向相反的作用力 Fy =-5000N(3)恢復(fù)選擇所有節(jié)點(diǎn)。在求解之前必須選擇所有已創(chuàng)建的對(duì)象為活動(dòng)對(duì)象(如點(diǎn)、線、面、體、 單元等)，否則求解會(huì)出錯(cuò)。因此，點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“SelectEverything，即可完成該項(xiàng)工作。需要注意的是，此時(shí)顯示窗口僅顯示施力節(jié)點(diǎn)及作用力的方向箭頭。若要顯示整個(gè)工字鋼梁的網(wǎng)絡(luò)模型，可點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“PlotElements即可，結(jié)果如圖26所示。A. ANSYS Mulliphrsics LJlilfty Mrnun倉x

29、1File Select List Plot PlalC-Ufc WarkPhne P-aramrtws Mkicr 口 MmuCtrls, l4dp旦回旦刨刮劍上阿-zyANSyS lonlbdrjANSVS MainidnalyiH Typ wfin- Loadi s 5*麗郭:U StructuralE Di申卜聲MTEl Prauurv曰 Cnirtiaffi Anukir V4oc a血仲山亍 Q Coriolis Effects3 GrawHyQ On CDriijp&nifiti Inrtia Rrinf Pnrth*Hi Stn Gan (Plan* Straiin ID Ot

30、fivr田 Friilci 3urfiK*lnSF田Fiald Volumii Inlr(D Initial Csndrtn田 UMldB functionsI DifaCv| wcn-1I Pick meny it?m enter aq AN&V5CSOLUTIONri圖26點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的“PlotElements結(jié)果3、施加重力載荷。點(diǎn)擊主菜單中的“ PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructurallnertiaGravityGlobal ”，在彈出對(duì)話框的“ ACELY欄中輸入：9.8 （表示沿Y方向的重力加速度為 9.8m/s，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用密

31、度等參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算），其他保留缺省設(shè)置，如圖27所示，點(diǎn)擊“0K關(guān)閉對(duì)話框。A, AKiSy& Muhiphysics Ulilit-Menu |l feearn；iFile Select Lrs-t Hol PlalCiifc WarkPhne Parameters Hacro MefimCtrls- 4dpxi yiANSVS ToDlbjrANSVS Main MenuiroccucrIlidO niialyss Typ fin- LGfidi s 5*ttin鼾 :ftppMU StructuralB Dipl暑聲TS forc/Mamii-nitS PrauurveE nirtia

32、ffi Angular V4&cAcctlS forialix Effucts 3 GrjwilyS On CorfiponofitsS Inrtia Rifaf PHrtium Swtn Gan Plan* traiin ID Otihvre EIT 5urSy站【叭nHj林匚已霞靳住MAfELV5CirtKian V-comp島CELT iGAoglCrt嚴(yán)imn CcQiTip|ANSY5HAN 7 立ME 15: 3B:13.AjCEL Apply (GrmtJitiDruT| Accelcralion AC ELX Global匚旳芒百詒卩其咗們卩rick a menu *t?ni

33、CX*1 ANSY5 Command (SOLUTIONriI type-1I rwiklf secn-l圖27施加重力載何注意：（1）從圖28和圖29中可以查看到結(jié)果，或者從圖27中也能查看到，即如果未施加上則Y欄中不會(huì)顯示9.8，而是顯示0 ；din1 i *Eiie Seteci Lkt Elot Pkttrl& 翌oitPine 徒鄧e整用 Macro Meou匚irts Help11亟釧T|圖5AMEJDb| R；EUM.DEl| Qio| PCT限esgn e 加imgt Ope S Run-Tivn* Etats ScxMafi Editor 9 Finish二住_5l毎3旦JaSolveCurrent LS，在彈出對(duì)話框中點(diǎn)擊0K按鈕，開始進(jìn)行分析求解。分析完成后，又彈出一信息窗口提示用戶已完成求解（圖31），點(diǎn)擊“Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框即可。圖31求解完成對(duì)話框至于在求解時(shí)產(chǎn)生的 STATUS Comma nd窗口，點(diǎn)擊 “FileClose關(guān)閉即可。說明：到此為止，有限元分析的求解部分已經(jīng)結(jié)束。此時(shí)，窗口看不到如何東西!（七）分析結(jié)果瀏覽1、點(diǎn)擊主菜單中