Ansys作业(有限元)

有限元大作业学院：机械工程学院专业：机械工程及自动化班级：姓名：学号：日期：题号：135题目：如图1所示的托架，其顶面承受100N的均匀分布载荷，托架通过有孔的表面固定在墙上，托架是钢制的，杨氏模量E=1*1011Pa，泊松比v=0.3，试通过ANSYS输入其变形图及托架的vonMisese应力分布。（题中in单位换成mm，如1in=25.4mm,图中所示每个尺寸分别乘以：11）该题的实际模型及尺寸如图2所示。图1显示原始尺寸的模型图2转化尺寸后的模型1前处理1.1改变文件名。单击File\ChangeJobname，弹出ChangeJobname对话框，在jobname框中输入EntityAnalysis，单击OK，退出ChangeJobname对话框。1.2改变工作目录。单击File\Changedirectory,浏览至桌面AnsysCourse文件夹，单击确定，退出浏览文件夹对话框。1.3改变文件标题。单击File\changeTitle,弹出ChangeTitle对话框，在Title框中输入EntityAnalysis。单击OK，退出ChangeTitle对话框。1.4将背景设置为白色。单击PlotCtrls\Style\Colors\ReverseVodeo选项，将背景设为白色。1.5过滤界面。单击ANSYSMainMenu菜单中Preferences，弹出PreferencesforGUIFiltering对话框，勾选Structural。单击确定，退出PreferencesforGUIFiltering对话框。1.6选择单元类型。单击ANSYSMainMenu菜单中Preprocessor\ElementType—Add/Edit/Delete,弹出ElementTypes对话框，单击Add，弹出LibraryofElementTypes对话框，在左侧的单元类型中选择Solid，右侧的单元类型中选择Brick8node45，单击OK，退出LibraryofElementTypes对话框，返回到ElementTypes对话框，单击Close,退出ElementTypes对话框。如图3所示。图3定义单元类型1.7选择材料属性。单击ANSYSMainMenu菜单中的Preprocessor\MaterialProps\MaterialModels,弹出DefineMaterialModelBehavior对话框，在MaterialModelsAvailable选项中选择Structural\Liner\Elastic\Isotropic弹出LinerIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框，在EX框中输入1e11，在PRXY框中输入0.3，单击OK，退出LinerIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框，返回到DefineMaterialModelBehavior对话框，单击右上角的“X”号，退出DefineMaterialModelBehavior对话框。如图4所示。图4定义材料属性1.8建模1.8.1创建后侧长方体。单击ANSYSMainMenu菜单中的Preprocessor\Modeling\Create\Volumes\Block\By2corners&Z，弹出Blockby2Corners&Z对话框，在WPX、WPY、WidthHeight，Depth输入框中输入0、0、0.5588、0.8382、-0.034925，单击OK，退出Blockby2Corners&Z对话框，在模型区生成一长方体。如图5所示。图5Blockby2Corners&Z对话框及创建的实体1.8.2创建长方体下部圆柱。单击AnsysMainMenu菜单中的Preprocessor\Modeling\Create\Volumes\Cylinder\SolidCylinder，弹出SolidCylinder对话框，在WPX、WPY、Radius、Depth输入框中分别输入0.2794、0.2794、0.06985、-0.034925。1.8.3创建长方体上部圆柱。单击Apply,使SolidCylinder对话框保持显示，在WPX、WPY、Radius、Depth输入框中分别输入0.2794、0.5588、0.06985、-0.034925，单击OK，退出SolidCylinder对话框。如图6所示。1.8.4布尔操作，得到带孔的长方体。单击ANSYSMainMenu菜单中的Preprocessor\Modeling\Operate\Booleans\Subtract\Volumes，弹出SubtractVolumes对话框，选择模型区中的长方体，单击OK，选择模型区中的两个圆柱，单击OK，退出SubtractVolumes对话框.如图7所示。图6SolidCylinder对话框及创建的两个圆柱图7布尔操作后的模型图8Blockby2Corners&Z对话框及创建的实体1.8.5偏移坐标系。单击WorkPlane\OffetWPto\Keypoints+，弹出OffetWPtoKeypoints对话框，选择长方体左上角坐标值为（0,0.8382，-0.034925）的点为坐标原点，坐标系的方向保持不变。1.8.6创建上部长方体。单击AnsysMainMenu菜单中的Preprocessor\Modeling\Create\Volumes\—Block\By2corners&Z，弹出Blockby2Corners&Z对话框，在WPX、WPY、WidthHeight、Depth输入框中输入0、0、0.5588、0.034925、0.8382，单击OK，退出Blockby2Corners&Z对话框，在模型区生成上部长方体。如图8所示。1.8.7旋转模型。单击工具栏DynamicModelMode命令，在模型区按下右键拖动使模型旋转到合适的位置，以观察到坐标系平面。1.8.8生成平面。单击ANSYSMainMenu菜单中的Preprocessor\Modeling\Create\Areas\Arbitrary\ThoughKPs,弹出CreateArrathruKPs对话框，依次选择侧面轮廓的五个关键点，单击OK，退出CreateAreathruKPs对话框。如图9所示。图9通过关键点创建的面1.8.9拉伸平面。单击AnsysMainMenu菜单中的Preprocessor\Modeling\Operate\Extude\Areas\ByXYZOffset,弹出ExtudeAreabyOffset对话框，选择上一步生成的五边形，单击OK，退出ExtudeAreabyOffset对话框，弹出ExtudeAreasbyXYZOffset对话框，在DXforOffsetsforextrusion输入框中输入-0.034925，其它选项保持不变，单击OK，退出ExtudeAreasbyXYZOffset对话框。如图10所示。图10ExtudeAreasbyXYZOffset对话框及拉伸后的实体1.8.10胶接三个实体。单击AnsysMainMenu菜单中的Preprocessor\Modeling\Operate\Booleans\Glue\Volumes,弹出GlueVolumes对话框，单击PickAll。1.9划分网格。单击AnsysMainMenu菜单中的Preprocessor\MeshTool,弹出MeshTool对话框，勾选SmartSize，单击Mesh，弹出MeshVolumes，选择PickAll。如图11所示。图11划分网格后的模型2求解。2.1添加约束。单击AnsysMainMenu菜单中的Solution\Apply\Structural\Displacement\OnKeyPoints,弹出ApplyU,ROTonKPs对话框，切换选取模式为Circle，在圆内单击，向外拖动，包含整个圆，单击OK退出ApplyU,ROTonAreas对话框。在弹出的ApplyU，ROTonAreas对话框，选择DOFstobeconstrained为AllDOF，单击OK，退出ApplyU，ROTonAreas对话框。用同样的方法添加对另一个圆柱孔的约束。2.2施加载荷。单击AnsysMainMenu菜单中的Solution\Apply\Structural\Presser\OnAreas，弹出ApplyPRESonAreas对话框，选择模型的顶面，单击OK，在VALUELoadPRESvalue栏中输入100，单击OK，退出ApplyPRESonAreas对话框。2.3求解。单击AnsysMainMenu菜单中的Solution\Solve\CurrentLS，弹出SolveCurrentLoadStep提示框，单击OK，进行求解。出现Solutionisdone！提示求解结束。3后处理3.1单击AnsysMainMenu菜单中的GeneralPostproc\PlotResult\ContourPlotNodalSolu弹出ContourNodalSolutionData对话框，单击NodalSolution\stress\stressintensity,单击确定，退出ContourNodalSolutionData对话框，在模型区显示应力分布。如图12所示。图12应力分布图二、请描述平面结构有限元求解的基本步骤。ANSYS分析过程包含三个主要的步骤:1创建有限元模型并划分网格2施加载荷并求解3后处理过程具体步骤：定义工程名称和分析标题、定义单位、定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、创建有限元模型、定义材料属性、划分网格、定义分析类型、施加载荷、求解、查看计算结果。三、空间结构中一般采用哪些单元进行网格划分，请描述这些常用单元的基本特性。Beam4承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元，每个节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移SOLID5三维耦合场体单元，8个节点，每个节点最多有6个自由度LINK8三维杆（或桁架）单元，用来模拟：桁架、缆索、连杆、弹簧等等，是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动Shell434节点塑性大应变单元，适合模拟线性、弯曲及适当厚度的壳体结构。单元中每个节点具有六个自由度：沿x、y和z方向的平动自由度以及绕x、y和z轴的转动自由度Shell63弹性壳单元，具有弯曲能力和又具有膜力，可以承受平面内荷载和法向荷载。本单元每个节点具有6个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动SOLID643-D各向异性结构实体单元，用于各向异性实体结构的3D建模。单元有8个结点，每个结点3个自由度，即沿x、y、z的平动自由度SOLID65用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。该实体模型可具有拉裂与压碎的性能PLANE754节点轴对称谐波热单元，作轴对称环单元，具有3维热传导能力。本单元有4个节点，每个节点只有一个自由度–温度TEMPPLANE788节点轴对称-谐波热单元，轴对称环单元，具有3维热传导能力。本单元有8个节点，每个节点只有一个自由度–温度TEMPBeam1883维线性有限应变梁单元，适合于分析从细长到中等粗短的梁结构四、如何描述根据虚位移原理来获得单元的刚度矩阵的公式推导过程第一步：写出单元的位移、节点力向量第二步：选择适当的位移函数第三步：求单元中任一点的位移与节点位移的关系第四步：求单元应变-单元位移-节点位移间的关系第五步：求应力-应变--节点位移间的关系(弹性力学物理方程)