ANSYS上机实验报告

ANSYS上机实验报告小组成员：郝梦迪、赵云、刘俊一、实验目的和要求本课程上机练习的目的是培养学生利用有限单元法的商业软件进行数值计算分析，重点是了解和熟悉ANSYS的操作界面和步骤，初步掌握利用ANSYS建立有限元模型，学习ANSYS分析实际工程问题的方法，并进行简单点后处理分析，识别和判断有限元分析结果的可靠性和准确性。二、实验设备和软件台式计算机，ANSYS10.0软件三、基本步骤1）建立实际工程问题的计算模型。实际的工程问题往往很复杂，需要采用适当的模型在计算精度和计算规模之间取得平衡。常用的建模方法包括：利用几何、载荷的对称性简化模型，建立等效模型。2）选择适当的分析单元，确定材料参数。侧重考虑一下几个方面：是否多物理耦合问题，是否存在大变形，是否需要网格重划分。3）前处理（Preprocessing）。前处理的主要工作内容如下：建立几何模型（GeometricModeling），单元划分（Meshing）与网格控制，给定约束（Constraint）和载荷（Load）。在多数有限元软件中，不能指定参数的物理单位。用户在建模时，要确定力、长度、质量及派生量的物理单位。在建立有限元模型时，最好使用统一的物理单位，这样做不容易弄错计算结果的物理单位。建议选用kg，N，m，sec；常采用kg，N，mm，sec。4）求解（Solution）。选择求解方法，设定相应的计算参数，如计算步长、迭代次数等。5）后处理（Postprocessing）。后处理的目的在于确定计算模型是否合理、计算结果是否合理、提取计算结果。可视化方法（等值线、等值面、色块图）显示计算结果，包括位移、应力、应变、温度等。分析计算结果的合理性。确定计算结果的最大最小值，分析特殊部位的应力、应变或温度。四、实验题目利用ANSYS模拟岩石试样的单轴压缩试验。分别考虑两种不同岩石试样的几何形状和两种不同岩石试样的材料属性，模拟边界条件为试样长轴方向一端固定，另一端施加100MPa的压力，要求输出该应力条件下的岩石力学响应特性，主要包括岩石试样中心剖面上的应力和应变分布情况。（1）几何尺寸：(a)立方体试样50mm*50mm*100mm；(b)圆柱体试样：直径50mm，高度100mm。（2）材料特性：(a)线弹性模型：E=30GPa，v=0.27；(b)非线性DP模型：E=30GPa，v=0.27，黏聚力c=36MPa，内摩擦角Ф=38°，膨胀角Фf=5°。（注：对非线性的试验模拟，压力改为50MPa，膨胀角Фf=0°）五、数值模拟要求建立两种岩石试样的几何尺寸模型和有限元模型（建议采用实体单元划分网格，如ANSYS14.5中的solid185单元），对两种几何尺寸下的两种材料特性进行模拟计算，并对计算结果进行简单比较，归纳总结你发现的主要结论。六、上机实验学习情况汇报第一次（11月1日）1、针对机房ANSYS软件情况进行安装、调试、运行软件，熟悉ANSYS工作界面、菜单与子菜单；2、网上搜寻同类型例题，学习其应用分析过程；3、小组成员对所做题目进行分析讨论，进一步理解题目信息并从中获取可用信息，得出解决办法；4、制定上机实验计划（建模—约束—求解—分析）。5、试件编号。试件①：载荷100MPa，立方体50mm*50mm*100mm，线弹性模型E=30GPa，v=0.27；试件②：载荷100MPa圆柱体，直径50mm，高度100mm，线弹性模型E=30GPa，v=0.27；试件③：载荷50MPa，立方体50mm*50mm*100mm，非线性DP模型E=30GPa，v=0.27，黏聚力c=36MPa，内摩擦角Ф=38°，膨胀角Фf=0°；试件④：载荷50MPa，圆柱体，直径50mm，高度100mm，非线性DP模型E=30GPa，v=0.27，黏聚力c=36MPa，内摩擦角Ф=38°，膨胀角Фf=0°；第二次（11月4日）1、将搜集来的相关例题在机房ANSYS10.0上重新实现，在例题中学习软件的使用步骤及方法；2、仿照例题建模。（以试件1：立方体50mm*50mm*100mm，线弹性模型E=30GPa，v=0.27为例）（1）桌面建立新文件夹ANSYS，以便保存文件数据；（2）打开运行ANSYS10.0，设置将文件保存到桌面文件夹“ANSYS”下；（3）选择MainMenuPrefereces，显示图形用户界面过滤对话框，进行结构分析时选择Structural选项，点击“OK”，结束对话框；（4）选择单元类型，MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/delete…,点击“Add”按钮，继续选择Solid8nodes185，点击“OK”，关闭对话框；（5）定义材料参数。选择MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructualLinearElasticIsotropic,在“EX”栏输入“30GPa”，“PRXY”栏输入“0.27”，完成并退出对话框；（6）实体建模。选择MainMenuPreprocessorModelingCreatVolumesBlockByDimensions，弹出对话框，按要求的实体输入数据。（7）保存，退出。3、在机房上机实际操作过程中反复试验多次，因对全英文软件极为不熟悉，整个过程都是一步一步学习、与小组成员讨论、尝试得出的，因而进展相对较慢。第三次（11月6日）1、重新启动修复软件；2、熟悉上次上机所获进展，为进一步建模预热；3、网格划分。选择MainMenuPreprocessorMeshingMeshTool,弹出右侧对话框，选择GlobalSet，弹出GlobalElementSizes对话框，在“SIZE”栏输入“0.002”，点击“OK”退出；右侧对话框继续选择ShapeHex，单击“Mesh”，选中试样，再单击左侧弹出的对话框中的“OK”，完成网格划分。4、边界条件，一端固定。选择MainMenuPreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnAreas，鼠标选中试样底端端面，点击对话框中“OK”，接着弹出另一对话框，在VALUEDisplacementvalue栏输入“0”，点击“OK”，一端固定完成。5、加荷载。选择MainMenuPreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralPressureOnAreas，选定试样没固定的一端，点击弹出对话框“OK”，弹出又一对话框，“VALUE”一栏输入“100E6”，点击“OK”退出，完成加载，且加载之后，选择UtilityMenuPlotCtrlsSymbols，将“showpresandconvectas”一栏改为“Arrows”。6、求解。选择MainMenuPreprocessorSolutionSolveCurrentLS，弹出对话框，点击“OK”，进行线性求解。当窗口左上角出现“Solutionisdone”即完成线性计算过程，点击“close”并关闭其他对话框，得到如图结果。7、过程中有遇到过困难，如无法计算，加载之后不显示等，都通过询问老师或师兄解决了相关问题。第四次（11月8日）1、复习之前的步骤；2、查看求解结果并用云图表示；3、结果在附图中；4、经计算，与理论值相比较，ANSYS模拟试验结果在误差允许范围内。七、（1）以上结果为试件①（载荷100MPa，立方体50mm*50mm*100mm，线弹性模型E=30GPa，v=0.27）所获模拟实验结果，相对之下，试件②的过程与结果都与试件①基本类似，在次便不再赘述；（2）试件③试件④由于是非线性试样，计算过程繁复，在机房与宿舍笔记本电脑上运行计算多次未果，因而没能得出详细数据。但某次计算中断后出现如图图表。