ANSYS課程設(shè)計

1、目錄1 前言12 有限元設(shè)計部分22.1 問題闡述22.2 近似與假設(shè)22.3 主要分析思想22.4 ansys的求解過程32.4.1 進入ansys32.4.2 設(shè)置不顯示日期和時間32.4.3 設(shè)置計算類型32.4.4 設(shè)置單元類型32.4.5 定義材料參數(shù)32.4.6 生成幾何模型32.4.7 進行網(wǎng)格劃分42.4.8 施加均布力72.4.9 施加約束72.4.10 分析計算72.4.11 顯示完整的有限元模型72.4.12 繪制von mises stress等效應(yīng)力圖72.4.13 列出反力解答102.5 結(jié)果分析103 機械優(yōu)化設(shè)計部分113.1 問題闡述113.2 給出解析解11

2、3.3 算法流程圖113.4 c程序代碼113.4 運行結(jié)果133.5 結(jié)果分析134 結(jié)束語145 參考文獻151 前言隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要求逐步提高，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)目前已遠遠不能滿足產(chǎn)品的功能和市場的要求。而現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是以電子計算機為手段，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建立在現(xiàn)在管理之上，運用工程設(shè)計的新理論、新方法，實現(xiàn)計算機結(jié)果最優(yōu)化，設(shè)計過程高效化的設(shè)計技術(shù)，它是傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的延伸和發(fā)展，它使傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。有限單元法最早可上溯到20世紀(jì)40年代。courant第一次應(yīng)用定義在三角區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理來求解st.venant扭轉(zhuǎn)問題?，F(xiàn)代有限單元

3、法的第一個成功的嘗試是在 1956年，turner、clough等人在分析飛機結(jié)構(gòu)時，將鋼架位移法推廣應(yīng)用于彈性力學(xué)平面問題，給出了用三角形單元求得平面應(yīng)力問題的正確答案。1960年，clough進一步處理了平面彈性問題，并第一次提出了有限單元法，使人們認(rèn)識到它的功效。有限元法已成為非常普及的數(shù)字化分析方法，國際上已發(fā)布了眾多的有限元分析軟件，因此，甚至可以說只要你能夠進行工程設(shè)計和畫圖，就可以進行有限元分析。因為在一個自動化程度很高的軟件平臺基礎(chǔ)上，有限元分析完全可以由計算機來自動完成。優(yōu)化設(shè)計英文名是optimization design，從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計方法。它以數(shù)學(xué)中的最

4、優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計算機為手段，根據(jù)設(shè)計所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計方案。本課程設(shè)計以國際上著名的有限元軟件ansys為平臺，對實際工程問題的有限元法做一簡單的介紹，又簡單的介紹一下機械優(yōu)化設(shè)計方法的應(yīng)用。2 有限元設(shè)計部分2.1 問題闡述 如圖2-1所示為對稱涵洞模型的一半【1】，將其作為平面應(yīng)變問題，其頂部的路面作用有均布載荷6000n/m2?；谟邢拊治鲕浖瑢υ搯栴}進行力學(xué)分析。其中定義模型的彈性模量e=210gpa，u=0.3。圖2-12.2 近似與假設(shè) 本題的分析為平面應(yīng)變問題。壓力載荷只作用在x-y平面上。近似操作是使用固體模型來構(gòu)

5、造2-d模型并利用節(jié)點和單元將其自動劃分網(wǎng)格。2.3 主要分析思想 為了能對有限元分析有更好的掌握，本次課設(shè)應(yīng)用ansys對此問題進行交互式求解。求解過程分別采用plane42、plane183、plane2單元類型進行網(wǎng)格的劃分，plane2類型的單元分別用0.2和0.05的單元邊長進行網(wǎng)格劃分。并對各種劃分單元的結(jié)果和分析后的結(jié)果進行比較。2.4 ansys的求解過程2.4.1 進入ansys 在d盤建立一文件夾，文件名為ansys。然后運行程序 ansys 10.0 configure ansys products file management select working direc

6、tory: d:ansys，input job name:handongrun2.4.2 設(shè)置不顯示日期和時間 utility menuplotctrlswindow controlswindow optionsdate date/time display：no date or time2.4.3 設(shè)置計算類型 ansys main menupreferencesselect structuralok2.4.4 設(shè)置單元類型 main menupreprocessorelement typeadd/edit/deleteaddstructural solidquad 4-noded 42（pl

7、ane82）okoptions在第一個（k3后的）下拉列表中選擇plane stress項okclose。2.4.5 定義材料參數(shù) ansys main menu preprocessormaterial propsmaterial models material models availablestructural (雙擊打開子菜單) linear(雙擊) elastic(雙擊)isotropic(雙擊) ex:210e9,prxy: 0.3ok 關(guān)閉材料定義菜單 2.4.6 生成幾何模型 step1生成4個關(guān)鍵點：ansys main menu preprocessormodelingcr

8、eatkeypoints in active cs按次序輸入3個特征點，方式為：只在x,y,z的3個空格內(nèi)填入點的坐標(biāo)，每完成一個點的輸入，用apply結(jié)束，3個特征點坐標(biāo)為1(0,0,0)，2（6，0,0），3(3.2，5.5,0)和4（0,5.5,0）okstep2建立4條線：ansys main menu preprocessor modelingcreatelineslines in active coord用鼠標(biāo)選擇關(guān)鍵點1和2形成l1，選擇關(guān)鍵點2和3形成l2，選擇關(guān)鍵點3和4形成l3選擇關(guān)鍵點4和1形成l4okstep3 創(chuàng)建面：ansys main menu preproces

9、sormodelingcreateareasarbitraryby l ines鼠標(biāo)單擊選擇4條線okstep4創(chuàng)建圓：ansys main menupreprocessormodelingcreateareascirclesolid circle分別輸入0,0,3okstep4從面上刪除圓：ansys main menupreprocessormodelingoperatesubtractareas單擊面apply單擊圓ok完成模型的創(chuàng)建。2.4.7 進行網(wǎng)格劃分step1 main menupreprocessormesh tool。step2 按下mesh tool 窗口中的global

10、后的 set按鈕。step3 在global element sizes窗口中，在size后的編輯框中輸入數(shù)值0.2作為單元邊長。step4 按下ok按鈕。step5 在下拉列表中選擇areas。step6 按下mesh按鈕。step7 按下選擇菜單上的pick all按鈕。step8 關(guān)閉mesh tool對話框。 完成plane42/0.2單元網(wǎng)格的劃分如圖2-2（此類圖型應(yīng)用ansys自帶的出圖功能導(dǎo)出，具體操作：utility menuplotctrlshardcopyto file選擇jpeg類型，其它缺省即可ok）圖2-2 其它單元類型： plane183/0.2單元網(wǎng)格的劃分如圖

11、2-3圖2-3plane2/0.2單元網(wǎng)格的劃分如圖2-4圖2-4plane2/0.05單元網(wǎng)格的劃分如圖2-5圖2-52.4.8 施加均布力ansys main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon lines選擇模型頂部的線l3, ok輸入6ok2.4.9 施加約束ansys main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon lines選擇模型下端的線選擇all dofok，同樣方法對模型最左端的線施加ux約束。2.4.10 分析計算ansys main men

12、usolutionsolvecurrent ls屏幕上出現(xiàn)一個狀態(tài)窗口。瀏覽窗口內(nèi)的信息，然后選擇file菜單內(nèi)的close項關(guān)閉該窗口按下ok按鈕，開始求解關(guān)閉求解結(jié)束時出現(xiàn)的信息窗口2.4.11 顯示完整的有限元模型 utility menuplotctrlsstylesymmetry expansionperiodic/cyclic symmetry expansionreflect about yzok2.4.12 繪制von mises stress等效應(yīng)力圖 main menugeneral postprocplot resultscontour plotnodal solu在彈出

13、的對話框中，選擇左側(cè)列表框內(nèi)的stress項選擇右側(cè)列表框內(nèi)的von mises stress（seqv）項按ok按鈕。繪制出以plane42/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應(yīng)力圖，如圖2-6。圖2-6 其它單元類型的von mises stress等效應(yīng)力圖： plane42/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應(yīng)力圖，如圖2-7圖2-7plane2/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應(yīng)力圖，如圖2-8圖2-8plane2/0.2單元網(wǎng)格劃分的等效應(yīng)力圖，如圖2-9圖2-92.4.13 列出反力解答main menugeneral postproclist resultsreacton solu拖動右側(cè)的滾動條并找到垂

14、直方向合力fy使用窗口file菜單內(nèi)的close命令關(guān)閉該窗口。2.5 結(jié)果分析 分析的精準(zhǔn)程度：plane42 plane183 lane2，而且單元邊長越小，單元越多，分析的越精準(zhǔn)。3 機械優(yōu)化設(shè)計部分3.1 問題闡述用黃金分割法求函數(shù)f（x）= a-8a+20的最優(yōu)解。取迭代精度e為0.000001初始區(qū)間為【2,8】。3.2 給出解析解 根據(jù)函數(shù)求導(dǎo)可得函數(shù)解析解a=4，f（x）=4。3.3 算法流程圖圖3-13.4 c程序代碼#include#include#includedouble gold(double *n);double function(double x);double

15、m,n,f13,a4,f4;#define e 0.000001void main() m=gold(&n); printf(此函數(shù)的nt最優(yōu)解x=%fnt最優(yōu)解值f=%f,m,n); getch();double gold(double *n) int i; double g; a0=2,a3=8; a1=a0+0.382*(a3-a0); a2=a0+0.618*(a3-a0); f1=function(a1); f2=function(a2); for( i=0;i+) if(f1=f2) a0=a1; f0=f10; a1=a2; f1=f2; a2=a0+0.618*(a3-a0); f2=function(a2); else a3=a2; f3=f2; a2=a1; f2=f1; a1=a0+0.382*(a3-a0); f1=function(a1); if(a3-a0)e) g=(a1+a2)/2; *n=function(g); break; return(g); double function(double x)double y=pow(x,2)-8*x+20;return(y);3.4 運行結(jié)果圖3-23.5 結(jié)果分析通過c語言編程運行結(jié)果與解析解的比較可知，黃金分割法的精度還是