ANSYS上机指南-北航 2017考试答案

I有限元分析软件ANSYS12.0上机指南2015下II目录Project1潜水艇的热力学分析…………………………………………………….01Project2薄板的平面应力问题分析………………………………………………02Project3坝体的平面应变问题分析……………………………………………….08Project4热障涂层降温过程应力场分析………………………………………….10Project5钢梁的瞬态动力学分析………………………………………………….13Project6热电制冷分析…………………………………………………………….17Project7简单直流致动器电磁分析……………………………………………….20有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－1Project1潜水艇的热力学分析计算分析模型如图所示,习题文件名:Thermal。某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。几何参数：筒外径30feet总壁厚2inch不锈钢层壁厚0.75inch玻纤层壁厚1inch铝层壁厚0.25inch筒长200feet导热系数不锈钢8.27BTU/hr.ft.oF玻纤0.028BTU/hr.ft.oF铝117.4BTU/hr.ft.oF边界条件空气温度70oF海水温度44.5oF空气对流系数2.5BTU/hr.ft2.oF海水对流系数80BTU/hr.ft2.oF沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析,如图示。1.UtilityMenuFilechangejobename,输入Steady1；2.UtilityMenuFilechangetitle,输入Steady-statethermalanalysisofsubmarine；3.MainMenu:PreprocessorMaterialPropsMaterialLibrarySelectUnits,选择BFT；4.MainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete,选择ThermalMass-Solid-Plane55；5.MainMenu:PreprocessorMaterialPropMaterialModelsMatModNum1-Thermal-Conductivity-Isotropic,材料编号1,在KXX框中输入8.27,选择OK;Material-NewModel-2-OK,同上，Therm-Cond-Iso-KXX框中输入0.028,选择OK;同上新建材料3,KXX值设定为117.4；6.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-CircleByDimensions,在RAD1中输入15,在RAD2中输入15-(.75/12),在THERA1中输入-0.5,在THERA2中输入0.5,选择APPLY,在RAD1中输入15-(.75/12),在RAD2中输入15-(1.75/12),选择APPLY,在RAD1中输入15-(1.75/12),在RAD2中输入15-2/12,选择OK；7.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Operate-Booleane-GlueArea,选择PICKALL；8.MainMenu:Preprocessor-Meshing-SizeContrls-Lines-PickedLines,选择不锈钢层短边,在NDIV框中输入4,选择APPLY,选择玻璃纤维层的短边,在NDIV框中输入5,选择APPLY,选择铝层的短边,在NDIV框中输入2,选择APPLY,选择四个长边,在NDIV中输入16；9.MainMenu:Preprocessor-Attributes-DefinePickedArea,选择不锈钢层,在MAT框中输入1,选择APPLY,选择玻璃纤维层,在MAT框中输入2,选择APPLY,选择铝层,在MAT框中输入3,选择OK；10.MainMenu:Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Mapped3or4sided,选择PICKALL；11.MainMenu:Solution-Loads-Apply-Thermal-ConvectionOnlines,选择不锈钢外壁,在VALI框中输入80,在VAL2I框中输入44.5,选择APPLY,选择铝层内壁,在VALI框中输入2.5,在VAL2I框中输入70,选择OK；12.MainMenu:Solution-Solve-CurrentLS；13.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSolu,选择Temperature。有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－2Project2薄板的平面应力问题分析计算分析模型如图2-1所示,习题文件名:plane图2-1受均布载荷作用的薄板模型与单元网格图一中心具有圆孔的方板，上下两边受y方向均匀拉伸载荷，如图1所示，方板边长L=8cm，圆孔半径r=1cm，板厚t=0.1cm，拉伸的均布载荷q=10Mpa，材料常数E=2.0×105MP，泊松比ν=0.3。因为薄板具有对称性，我们可以取四分之一进行分析，然后扩展成整个平板。2.1定义工作路径和工作文件名（1）选择UtilityMenu→File→ChangeDirectory命令，弹出ChangeWorkingDirectory对话框，选择工作路径D:\file。（若路径不存在，需建立）。（2）选择UtilityMenu→File→ChangeJobname命令，出现ChangeJobname对话框，在[/FILNAM]enternewjobename输入栏中输入工作文件名plane,单击OK按钮并关闭该对话框。2.2定义单元类型（1）MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（2）返回ElementTypes界面，ElementTypes→Options…→selectK3:Planestressw/thk→OK→Close有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－32.3定义材料属性MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:2.1e11,PRXY:0.3→OK完成定义弹性模量与泊松比的定义。2.4定义实常数MainMenu→Preprocessor→RealConstants…→Add…→selectType1→OK→inputTHK：在对话框中输入板的厚度0.001→OK→Close2.5生成几何模型(1)生成平板MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→ByDimensions依次输入两个角点的坐标（0,0）和（0.04,0.04）→OK有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－4(2)生成圆孔MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→solidcircle→在对话框中依次输入0,0，0.01→OK(3)执行面相减操作MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Areas,在弹出的对话框，拾取四边形，单击OK；拾取圆面，单击OK。2.6网格划分采用映射划分方法：(1)连接L2和L3：MainMenu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Area→Mapped有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－5→Concatenate→Lines,选择L2和L3，单击OK。(2)定义线上的单元个数：MainMenu→Preprocessor→Meshing→SizeContrls→Lines:PickedLines→选择L5,在对话框NDIV中输入10，单击Apply；再选择L2和L3，在对话框NDIV输入5，单击Apply；再选择L9和L10，在对话框NDIV输入9,同时在SPACE对话框中输入0.15，单击OK。(3)划分网格：MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh:Areas,Shape:Tri,Mapped→Mesh→PickAll(inPickingMenu)→Close。2.7模型施加约束和施加载荷(1)给线9施加Y方向约束MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines→拾取线9：Lab2:UY→OK有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－6(2)给线10施加对称边界约束MainMenu→Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Displacement→SymmetryB.C.→OnLines命令，出现ApplySMMYonLines拾取菜单，在ANSYS显示窗口选择线段L10，单击OK按钮。(3)给线3施加Y向均布载荷MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines在对话框中输入-1E7，单击OK。2.8分析计算MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS→OK2.9结果显示（1）显示平板的形状变化：MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－7（2）显示平板的平均等效应力：MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolution→Stress→VonMisesStress→OK（3）扩展后显示平板的平均等效应力：UtilityMenu→PlotCtrls→Style→SymmetryExpansion→Preiodic/CyclicSymmetry，出现Preiodic/CyclicSymmetryExpansion对话框，在Selecttypeofcyclicsymmetry选项中选择1/4DihedralSym，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示扩展后结果。2.10退出系统ANSYSUtilityMenu→File→Exit→SaveEverything→OK有限元分析软件ANSYS12.0上机指南－－8Project3坝体的平面应变问题分析计算分析模型如图3-1所示,习题文件名:dam。1m5m0.55m图3-1坝体的分析模型如图一水坝,材料为混凝土,弹性模量为2.1e10Pa,泊松比为0.2，斜面所受均布载荷为1000Mpa（1e9pa）。3.1定义工作路径和工作文件名（1）选择UtilityMenu→File→ChangeDirectory命令，弹出ChangeWorkingDirectory对话框，选择工作路径D:\file。（若路径不存在，需建立）。（2）选择UtilityMenu→File→ChangeJobname命令，出现ChangeJobname对话框，在[/FILNAM]enternewjobename输入栏中输入工作文件名dam，并将Newloganderrorfiles设置为Yes，单击OK按钮并关闭该对话框。3.2选择单元类型（1）MainMenu→Preprocessor→ElementT