ANSYS應(yīng)用詳解

1、卷發(fā)鼠理工大專ANHUI UNIVERSITY OF SCIENCE &. TECHNOLOGY課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生組合床結(jié)構(gòu)受力特征分析學(xué)院（部）： 理學(xué)院專業(yè)班級(jí)：工程結(jié)構(gòu)分析 12-1學(xué)生姓名：饒玉文指導(dǎo)教師：考四明2016年01月06日安徽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定1、專業(yè)班級(jí)： 工程結(jié)構(gòu)分析12-12、姓名： 饒玉文3、完成日期：2016年01月06日4、設(shè)計(jì)題目：學(xué)生組合床結(jié)構(gòu)受力特征分析5、成績(jī)?cè)u(píng)定：成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)所占分值各項(xiàng)得分學(xué)生工作態(tài)度及與團(tuán)隊(duì)協(xié)作 能力25學(xué)生掌握相關(guān)基礎(chǔ)理論及設(shè) 計(jì)軟件的程度25學(xué)生模型建立的合理性及結(jié) 果的精確性25課程設(shè)計(jì)說明書編寫的規(guī)范 性及語百

2、的流暢性25總成績(jī)?nèi)掌冢耗?月 日目錄1前言21.1 21.2 錯(cuò)誤！未定義書簽。2學(xué)生組合床受力分析 42.1 42.2 43實(shí)體模型分析53.1 51.1 .1 61.2 .2 錯(cuò)誤！未定義書簽。4心得體會(huì)141前言1.3 ansys軟件功能特點(diǎn)ANSYS的結(jié)構(gòu)分析有七種類型，結(jié)構(gòu)分析的基本未知量是位移，其他未知量如應(yīng)力、 應(yīng)變和反力等均通過位移量導(dǎo)出。七種類型的結(jié)構(gòu)分析功能如下：(1)靜力分析：用于求解靜力荷載作用下結(jié)構(gòu)的靜態(tài)行為，可以考慮結(jié)構(gòu)的線性與非 線性特性。非線性特性包括大變形、大應(yīng)變、應(yīng)力剛化、接觸、塑性、超彈、蠕變等。(2)特征屈曲分析：用于計(jì)算線性屈曲荷載和屈曲模態(tài)。非線性

3、屈曲分析和循環(huán)對(duì)稱 屈曲分析屬于靜力分析類型，不屬于特征值屈曲分析類型。(3)模態(tài)分析：計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，可采用多種模態(tài)提取方法。可計(jì)算 自然模態(tài)、預(yù)應(yīng)力模態(tài)、阻尼復(fù)模態(tài)、循環(huán)模態(tài)等。(4)諧響應(yīng)分析：確定線性結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間正弦變化的荷載作用下的響應(yīng)。(5)瞬態(tài)動(dòng)力分析：計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間任意變化的荷載作用下的響應(yīng)，可以考慮與靜 態(tài)分析相同的結(jié)構(gòu)非線性特性，可以考慮非線性全瞬態(tài)和線性模態(tài)疊加法。(6)譜分析：模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算由于響應(yīng)譜或PSD輸入(隨機(jī)振動(dòng))引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變。可考慮單點(diǎn)譜和多點(diǎn)譜分析。(7)顯示動(dòng)力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于計(jì)算高度非線性動(dòng)力學(xué)和

4、復(fù)雜的接觸問 題。ANSYS的主要技術(shù)特點(diǎn)如下： 強(qiáng)大的建模能力：僅靠 ANSYS本身就可建立各種 復(fù)雜的幾何模型，強(qiáng)大的求解能力：ANSYS提供了數(shù)種求解器，主要類型有迭代求解 器(預(yù)條件共腕梯度、雅可比共腕梯度、不完全共腕梯度)，直接求解器(波前、稀疏 矩陣)、特征值求解法(分塊 Lanczos法、子空間法、凝聚發(fā)、QR阻尼法)、并行求 解器(分布式并行、代數(shù)多重網(wǎng)格)等,用戶可根據(jù)問題類型選擇合適的求解器。 強(qiáng)大的非 線性分析能力：可進(jìn)行幾何非線性、材料非線性、接觸非線性和單元非線性分析。強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力：可智能網(wǎng)格劃分，根據(jù)幾何模型的特點(diǎn)自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格。也可根 據(jù)用戶的要求，實(shí)現(xiàn)

5、多種網(wǎng)格劃分。良好的優(yōu)化能力：通過 ANSYS的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，確實(shí)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；通過 ANSYS的拓?fù)鋬?yōu)化功能，可對(duì)模型進(jìn)行外形優(yōu)化，尋求物體 對(duì)材料的最佳。強(qiáng)大的后處理能力：可獲得任何節(jié)點(diǎn)和單元的數(shù)據(jù)，具有列表輸出、圖 形顯示、動(dòng)畫模擬等多種數(shù)據(jù)輸出形式，可進(jìn)行多種數(shù)據(jù)工況的組合和各種數(shù)學(xué)運(yùn)算， 以及時(shí)間歷程分析能力等。 另外還有很多優(yōu)越的特點(diǎn)。1.4 ansys靜力學(xué)分析靜力學(xué)分析一般包括以下幾個(gè)步驟：建立幾何模型和網(wǎng)格劃分，加載求解和結(jié)果分析。(1)建立幾何模型和網(wǎng)格劃分。首先應(yīng)確立所要進(jìn)行分析工程或結(jié)構(gòu)的工作名并定義 單元類型，單元實(shí)常數(shù)，材料模型及其參數(shù)，然后在建立幾何模型和劃分網(wǎng)格

6、。在實(shí)際 操作中，也可以先建立幾何模型，再在劃分網(wǎng)格之前定義單元。(2)加載求解。進(jìn)去求解器定義分析類別和分析選項(xiàng)，再施加載荷指定載荷步選項(xiàng)。(3)結(jié)果分析。輸出結(jié)果有兩類，一是基本數(shù)據(jù)，如節(jié)點(diǎn)位移；另一類是派生數(shù)據(jù)， 如節(jié)點(diǎn)和單元應(yīng)力，節(jié)點(diǎn)和單元應(yīng)變，單元力等。1.3課程設(shè)計(jì)目的此課程設(shè)計(jì)主要是對(duì)生活中常見結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化然后進(jìn)行靜力學(xué)分析，本模型是學(xué)生組合床結(jié)構(gòu)，通過將組合床簡(jiǎn)化為單層框架問題，在靜力作用下，運(yùn)用ansys有限元軟件進(jìn)行有限元分析，從而了解有限元分析的基本方法，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算力學(xué)中的若干問題，進(jìn)一 步加深力學(xué)課程中的基本概念和基本理論， 培養(yǎng)學(xué)生解決一些簡(jiǎn)單的工程實(shí)際問題的能 力以

7、及幾何建模的能力，提高個(gè)人動(dòng)手操作能力團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐 打下基礎(chǔ)。2學(xué)生組合床受力分析2.1 模型材料與幾何參數(shù)下圖2.1所示學(xué)生組合床簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，其柱高 2m主梁長(zhǎng)2m寬1.2m,次梁間距0.5m。 并在床頂鋪有木板，木板厚度為 0.01m。材料：梁柱Q345單元：beam188 shell63 。 約束：與地面接觸的節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)，不受彎矩作用。載荷：考慮重力 g=9.8m/s2,面壓力 600N,分析組合床的受力特征。2.2 分析過程學(xué)生組合床結(jié)構(gòu)將床板上力簡(jiǎn)化為面壓力為600N,在荷載壓力和重力作用下，床架結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,3實(shí)體模型分析3.1 模型介紹 如下圖3.1所示，支柱

8、采用截面為半徑 R=20mrffi圓柱，床頂橫梁和次梁都采用矩形截面梁，規(guī)格為40mm*40m,mELEHEtltSANio；o3；ie3.2 有限元分析3.2.1 選擇分析模式選取菜單項(xiàng) Main Menu |Preference ,將彈出 Preference of GUI Filtering （菜單 過濾參數(shù)選擇）對(duì)話框。選中 Structural復(fù)選框，單擊OK即可3.2.2 定義單元類型要求單元類型為beam3 選取菜單項(xiàng) Main Menu Preprocessor |Element Type|Add/Edit/Delete ,將彈出 Element Types （單元類型）對(duì)話框

9、，點(diǎn)取 Add,在 Library of ElementTypes中選取相應(yīng)單元類型。再定義殼單元。進(jìn)入 ANSYS主菜單的第二項(xiàng)，Real Constants,選擇 Add/Edit/Delete,進(jìn)入實(shí)參數(shù)定義窗口，選擇 Add按鈕添加實(shí)參數(shù)，并指定該實(shí)參數(shù)和Shell 63單元相關(guān)。_l囚M四叫織jd e（Q PriihsriirKEi國 Elnm«n£ lyipa日 0薩加1 r-ftFucrini-i口 TRwliirrF-« Riirw F1 hlatcridi Profii Fl Fl NkidiElinqi Fl h«Hiwrr(Fl U

10、iKEklng Ctrh Fi naiimtriFi-lin4 Cnl«. Fl Ai-Ehivir NkidBl Fl rmtip*ri4 / F FLOTHAH -Kak Up* 田 FgJ Set U» 快1 MUHWlEid 94ft Up Q 111H曲 H My.k.Fi Pa+ A PiiiiM JwrilMvc E fulution 臼 Gene«jiE ThiMJIiifc Pcntpro 臼 T(Igir舊 HOM laalEl f»-U4fi flSMTRI Frob DEiIgnH AjHlilAil'liimE Hun-

11、Ti'iwi SC.Qf ddAririrwh&&電國衛(wèi) HE-IIA-后回回回回回國魚匈回用回回山山_*J*J3.2.3 定義材料屬性在實(shí)參數(shù)窗口中輸入殼單元的厚度，在本算例中，殼單元用作木板，厚度為10mmo需要說明的是，在有限元軟件中，一般都不限制參數(shù)的單位制，使用者需要根據(jù)具體問題選擇統(tǒng)一的單位制。比如對(duì)于本問題采用的就是 N-mm單位制。選擇材料窗口中Material菜單，選擇 New Material ,材料編號(hào)為2,輸入混凝土的彈性模量和泊松比，分別為 2e5和0.3。下面進(jìn)入 ANSYS的主菜單的第四個(gè)選項(xiàng)，輸入截面信息。我們要定義的梁?jiǎn)卧孛鏋閳A型截

12、面。首先定義柱子，設(shè)定截面編號(hào)（ID）為1,截面類型選擇為圓形，輸入半徑參數(shù)20。3.2.4 幾何建模建模操作。首先我們通過 ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Keypoint選擇建立關(guān) 鍵點(diǎn)。需要說明的是， ANSYS建模幾何拓?fù)潢P(guān)系嚴(yán)格遵守點(diǎn) （Keypoint）一線（Line）面（Area）一體 （Volumn）這樣的規(guī)律，所以我們先從點(diǎn)開始建立模型。選擇點(diǎn)的輸入方式為當(dāng)前坐標(biāo)系（In Active CS）,第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的編號(hào)為1,坐標(biāo)（0, 0, 0）, 2 （0,0,-1200) , 3 (2000,0, -1200)

13、, 4(2000,0,0),5 (2000,2000,0) , 6 (2000,2000, -1200) , 7 (0,2000,-1200),8(0,2000,0),9(1500,2000,0),10(1500,2000,-1200),11(1000,2000,0),12(1000,2000,-1200 ) ,23 ( 250,2000,0),24(250,0,0).生成所有關(guān)鍵點(diǎn)如圖AN選擇 ANSYS 主菜單 Preprocessor->Modeling-> Create-> Lines-> Lines-> Straight Lines將柱頂相連生成梁。最后

14、生成床頂木板，進(jìn)入 ANSYS 頂部菜單 Plot->Lines ,選擇 ANSYS 菜單中 Create->Areas->Arbitrary->By Lines ,即通過線來生成樓板（相應(yīng)的幾何形體為面）。選擇相應(yīng)的直線，建立面，建立完床板后，幾何建模工作完成，下面需要給剛才建立的幾何體 賦予物理屬性。首先設(shè)定梁柱單元。進(jìn)入 Meshing菜單，選擇 Mesh Attribution ,選定所有表示柱子 的直線。設(shè)定其材料屬性為1 （鋼材），因?yàn)閯偛艣]有設(shè)定和梁?jiǎn)卧嚓P(guān)的實(shí)參數(shù)，所以可以任意選擇， 單元類型為 Beam188。截面類型為1。再到Plot菜單中選擇繪制

15、Lines,同樣選擇代表梁的直線，設(shè)定梁的屬性，與柱子一樣，只是截 面屬性編號(hào)為2。匕4 5*ft bat 曰d Ptaria 宜of卬Un« PMmWrc -» HtajCbk Qalp飛 畫 回亙 *1 |_Llrt：x畫*七一四 "匕5!一比：|中 I4。中串33十|禺冏$Moil Hct-rjPrFrrK，I'rcpniLci-sifr l£l tteisiciWI iyifHE- Ei Beiicofiftmi-EJ MUmI'fi IaJ PryEJ *Eanai 田 Mkidslinq EJ r-lct#iinuB Mfei

16、h 曷tErkiM工SAl Tmrrt1工 刀 PlrkrdKFi.GJ *-LM.尸 TnrmwTffn田 由 田 m3 %單 Mrua, 用 PkfceJ Ate-i# B Al? Plrfcpd YahinvFK 國 VoAjvtw Brick 口rl.nft H!nhl-uulCmril Met4x?«-OMi- C&nrjitFruri'F H»hChciA Tu疝BB LFe-br 由 Chech kCtfh £3 hHin*Jhi>idn4tH* Ej Amc-hiw btarirl E C-aup*rwg _ Crqn m F

17、WJ1M.AH !»cE UpJj里JBt£4 Zl»fTil Z-3D<1MCZI 畫 A* m I +K Ill -IXI XI E-lWM>r | ':Y- # I _0_*Y Z- t> II fl I*J naL D;<iWC> m«Ss 科FkH廣LWnftwet |1 irK a Iif&fiu KnTi 5 肯 M 口H0n CWnHa ri tf*淖舞| MM»I.kyp*-JIcsri|最后，給所有的面設(shè)定屬性，其材料屬性為 2,實(shí)參數(shù)為1,單元類型為Shell 63。由于截面屬

18、 性和殼單元無關(guān)，所以可以任意輸入。3.2.5 網(wǎng)格劃分首先要設(shè)定有限元網(wǎng)格劃分的密度。一般可以通過Lines的分段數(shù)來控制。選擇 Meshtool窗口的Lines->Set按鈕。然后選擇所有代表柱子的線。給線設(shè)定網(wǎng)格密度的方法有兩種，一種是設(shè)定分 段數(shù)，一種是設(shè)定每段的長(zhǎng)度。對(duì)于柱子，我們?cè)O(shè)定其分段數(shù)為5。而對(duì)于代表梁?jiǎn)卧闹本€，我們?cè)O(shè)定其分段方式為分段得到單元的最大長(zhǎng)度為10mm。得到下圖。下面開始劃分網(wǎng)格，首先對(duì)線進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇 得到有限元分析所用的單元mesh的對(duì)象為L(zhǎng)ines,選擇所有的線，戈U分ANJW Q 2014Dd!58：4B但是這些單元看不出其形狀和方向。ANSY

19、S提供了很好的前處理人機(jī)界面。通過選擇菜單PlotCtrl->Style->Size and Shape 菜單選項(xiàng)，設(shè)定 Display of element 為 ON , ANSYS 就會(huì)繪出相應(yīng)單元 的空間形狀和位置。用 SOLA再次在Meshtools中選擇網(wǎng)格劃分對(duì)象為Area,選中所有的面進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到床板單元。2.7 定義約束下面開始輸入荷載和支座條件，首先輸入支座。選擇ANSYS菜單中的DefineLoad->Apply->Structural->Displacement->On Keypoints 選項(xiàng)，選擇所有的柱腳關(guān)鍵點(diǎn)。設(shè)定這些關(guān)鍵

20、點(diǎn)的位移約束為 UX,UY ,UZ。2.8 定義壓力、重力通過 MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>On Lines在床板上施加均勻面壓力600MELEMENTSAN2.9 求解依次單擊：Main Menu , Solution , Solve , Current LS,彈出 “ STATUCommari'd 文本框及Solve Current Load Step 對(duì)話框，單擊其右上角的關(guān)閉按鈕退出文本框。單 擊該對(duì)話框的OK按鈕，ansys開始計(jì)算

21、，求解完成后，彈出 NOTE寸話框，單擊Close 按鈕關(guān)閉對(duì)話框。單擊OK!行求解，求解完成后會(huì)出現(xiàn)下圖。ANJAN 6 2017 =1E：D32.10 查看結(jié)果(1 )查看變形圖依次單擊：Main men/General Postproc -Plot Results -Deformed Shape,彈出 “Plot Deformed ShapS對(duì)話框，在列表中選擇“ Def+undeformed ” ,單擊。儂鈕顯示結(jié)構(gòu) 變形圖。圖2.10為位移云圖。BDPAL SalDTIUWSIEhl SUB -1TIME-1 D30M 3RSY5=a 版flME+髀Sm - .221E-13 3NX

22、 1D4E+D7AN的H 62014L0s24.：2°21155.1D4E+07,221E-1323收”41071-6H«17115245羽5配ES763t7削I優(yōu)氣3. 3,結(jié)果與分析FRIHT If NODHL SOUJTIOH FEH MODE NDPHL UEGftEE OF FiHEED口H L3S71IK *IH THIH tiLDHHL CTQRUlHfiTE SYSTEHUOfiD STEP- 1 EUfffiTEF- IL TlHEE- 1 .mm Lmi> CASE- H附班MNUYU苫usun13 mi> R-0.3¥!«1£*»VM&nWfW 修&2囿晅-電括*