有限元上机第3周

第三周实验一：轴对称问题分析一、实验课题柱形压力容器两端为球冠形封头（如图所示），已知l=2m，R=1m，t=0.2m，p=1MPa，弹性模量E=200GPa，泊松比=0.3。由于结构及载荷均对称，可取四分之一计算。二、实验要求1掌握轴对称单元的定义方法；2掌握对称面上的边界条件；3掌握载荷的施加方法；4掌握自动划分网格及控制网格疏密的方法；5注意输出结果x为径向，y为轴向，z为周向。（ANSYS规定：x坐标必须非负）三、实验步骤：Ⅰ进入ANSYSⅡ建立有限元模型1输入标题(1)点击【File】→【ChangeTitle】；(2)输入标题“AxisymmetricProblem—TheAnalysisofTank”；(3)点击【OK】按钮。2选择分析类型(1)点击【MainMenu】→【Preferences】；(2)选择structural复选框，然后点击【OK】按钮。3确定单元类型(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【ElementType】→【Add/Edit/Delete】；(2)点击【Add】，选择structuralsolid族中Quad42node单元，再点击【OK】；(3)点击【Options】钮，在ElementbehaviorK3行选择Axisymmetric；(4)点击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。4定义材料性质(1)点击【Preprocessor】→【MaterialProps】→【MaterialModels】再依次双击【Structural】→【Linear】→【Elastic】→【Isotropic】；(2)点击【OK】；(3)输入弹性模量EX为200E+9以及泊松比PRXY为0.3，然后点击【OK】。5建立几何模型(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【Modeling-Create】→【Areas-Rectangle】→【ByDimenssion】；(2)输入矩形对角点x1=0.8,y1=0,和x2=1,y2=1，然后点击【OK】；(3)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【Modeling-Create】→【Areas-Circle】→【PartialAnnulus】；(4)在弹出的对话框内设置wpx=0,wpy=1,rad-1=0.8,theta-1=0,rad-2=1,theta-2=90，然后点击【OK】；（思考以上各项对应的几何量）(5)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【Modeling-Operate】→【Booleans-Add】→【Areas】(6)拾取矩形和圆环，并点击【OK】。6划分网格(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【Meshing-SizeCntrls】→【ManualSize–Global-Size】；(2)键入单元边长0.02，然后点击【OK】；(3)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【Meshing-Mesh】→【Areas-Free】；(4)在拾取窗点击【PickAll】按钮。Ⅲ求解1边界处理(1)点击【MainMenu】→【Solution】→【DefineLoads-Apply】→【Structural-Displacement】→【OnKeypoints】；(2)选中矩形下边界左、右两端点，并在拾取窗上点击【OK】；(3)选择被约束的自由度为UY；(4)输入被约束处的位移值0，打开Expanddisplacement；(5)点击【OK】；(6)选中圆环左边界上、下两端点，并在拾取窗上点击【OK】；(7)选择被约束的自由度为UX(注意不要包含UX方向)；(8)点击【OK】，关闭对话框。2定义载荷(1)点击【MainMenu】→【Solution】→【Loads-Apply】→【Structural-Pressure】→【OnLines】；(2)选中内边界（包括一条直线和一条圆弧），并点击【OK】；(3)输入节点I处载荷值1000000然后点击【OK】。3求解(1)点击【MainMenu】→【Solution】→【Solve】→【CurrentLS】；(2)浏览完显示的信息后，关闭文本窗口；(3)点击【OK】后开始求解；(4)点击【Close】。Ⅳ后处理(Postprocessing)1绘变形图(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【DeformedShade】；(2)选取Del+undeformed选项，然后点击【OK】。2画VonMises等应力线(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【Contourplot】→【NodelSolu】；(2)选择应力族中VonMises等效应力，然后点击【OK】。3显示节点位移(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【ListResults】→【NodalSolution】；(2)在Itemtobelisted框中选DOFSolution及其AllDOFsDOF；(3)点击【OK】；（思考：对称轴在哪？）Ⅴ退出ANSYS点击工具栏上【Quit】按钮，选择quit-nosave!复选框，再点击【OK】。四、ANSYS命令流文件/TITLE,轴对称问题上机实验题/PREP7ET,1,PLANE42,,,1MP,EX,1,200E+9MP,PRXY,1,0.3RECTNG,0.8,1,0,1CYL4,0,1,0.8,0,1,90AADD,ALLESIZE,0.20AMESH,ALLEPLOTFINISH/SOLUDL,6,3,ux,0DL,1,3,uy,0ALLSELSFL,4,press,1000000,1000000SFL,10,press,1000000,1000000SOLVEFINISH/POST1PLDISPFINISH/EXIT,NOSAV实验二：平面连杆静力分析连杆尺寸如图所示，厚度t=1mm，大孔内侧固定，小孔内侧右半部分作用均布压力q=1N/mm，弹性模量为200GPa，迫松比为0.3，试对其作静力分析。二、实验要求1掌握镜面反射的运用；2掌握圆弧的生成方法；3掌握过度圆角的生成方法；4掌握面的差运算。三、实验步骤：Ⅰ建立有限元模型1输入标题(1)单击【File】→【ChangeTitle】；(2)输入标题“StaticAnalysisoftheLink”，再单击【OK】按钮。2选择分析类型(1)单击【Preferences】，选择structural复选框，然后单击【OK】按钮。3确定单元类型(1)单击【Preprocessor】→【ElementType】→【Add/Edit/Delete】→【Add】；(2)选structuralsolid族中Quad8node183单元，单击【OK】；(3)单击【Options】钮，在ElementshapeK1行选择Triangle；在ElementbehaviorK3行选择planestress+w/thk；(4)单击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。4定义实常数(1)单击【Preprocessor】→【RealConstants】→【Add】→【OK】；(2)输入板厚1，再点击【OK】，然后关闭realconstant对话框。5定义材料性质(1)单击【Preprocessor】→【MaterialProps】→【MaterialModels】依次双击【Structural】→【Linear】→【Elastic】→【Isotropic】；(1)输入弹性模量200E+3，泊松比0.3，然后点击【OK】，再关闭对话框。（思考：弹性模量200GPa，为什么这里输入200E3?）6建立实体模型(1)单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Keypoints】→【InActiveCS…】；输入关键点1：x=-18,y=0,z=0，然后点击【Apply】；关键点2：x=-18,y=3.5,z=0，然后点击【Apply】；关键点3：x=-14,y=3.5,z=0，然后点击【Apply】；关键点101：x=0,y=0,z=0，然后点击【Apply】；关键点102：x=65,y=0,z=0，然后点击【OK】。(2)单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Lines】→【StraightLine+】；拾取KP1和KP2，产生直线L1；拾取KP2和KP3，产生直线L2，然后单击【OK】。(3)单击【WorkPlane】→【ChangeActiveCS】→【GlobalCylindrical】；(4)单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Ketpoints】→【InActiveCS…】；输入关键点4：x=14,y=135,z=0，然后点击【OK】。(注意：点在柱坐标系中的坐标)(5)单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Arcs】→【ByEndKPs&Rad+】；拾取KP3和KP4，单击【OK】，再拾取KP101，点击【OK】，在对话框第一框输入半径14，然后单击【OK】产生圆弧L3。(6)单击【PlotCtrls】→【Numbering…】，打开“KeypointNumbers”和“LineNumbers”复选框。单击【Plot】→【Lines】。(7)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【LineFillet+】；拾取水平直线L2和外侧圆弧L3，单击【OK】，输入圆弧半径2.5，点击【OK】，产生圆弧L5。(8)点击【WorkPlane】→【DisplayWorkingPlane】；点击【WorkPlane】→【ChangeActiveCSto】→【WorkingPlane】；点击【WorkPlane】→【OffsetWPbyIncrements..,】；在“XY,YZ,ZXAngles”下的文本框内输入45，然后点击【OK】。(思考：以上坐标系操作目的，同时注意系统xyz坐标轴的方向)(9)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Reflect】→【Lines+】；单击【PickAll】，采用默认对称面Y-Z，单击【OK】。(10)点击【WorkPlane】→【OffsetWPbyIncrements..,】；在“XY,YZ,ZXAngles”下的文本框内输入-45，然后点击【OK】。(11)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Reflect】→【Lines+】；选择L5，L6，L7，L8，单击【OK】，取Y-Z对称面，单击【OK】。(12)点击【WorkPlane】→【OffsetWPbyIncrements..,】；在“X,Y,ZOffsets”下的文本框内输入65，然后点击【OK】。(13)点击【WorkPlane】→【WPSettings…】→【Polar】→【OK】。(14)点击【【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Keypoints】→【InActiveCS…】；输入关键点25：x=7，y=0，z=0,然后点击【Apply】；输入关键点26：x=7，y=135，z=0,然后点击【OK】。(15)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Arcs】→【ByEndKP&Rad+】；拾取KP25和KP26，单击【OK】，再拾取KP102，单击【OK】，输入半径7，单击【OK】。(16)点击【WPSettings…】→【Cartesian】→【OK】。(17)点击【PlotCtrls】→【PanZ