有限元分析基础教程(ANSYS算例)

有限元分析基础教程FundamentalsofFiniteElementAnalysis(ANSYS算例)曾攀清华大学2008-12有限元分析基础教程曾攀有限元分析基础教程FundamentalsofFiniteElementAnalysis曾攀(清华大学)内容简介全教程包括两大部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。本书以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建、典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例等一系列规范性方式来描述有限元分析的力学原理、程序编制以及实例应用；给出的典型实例都详细提供有完整的数学推演过程以及ANSYS实现过程。本教程的基本理论阐述简明扼要，重点突出，实例丰富，教程中的二部分内容相互衔接，也可独立使用，适合于具有大学高年级学生程度的人员作为培训教材，也适合于不同程度的读者进行自学；对于希望在MATLAB程序以及ANSYS平台进行建模分析的读者，本教程更值得参考。本基础教程的读者对象：机械、力学、土木、水利、航空航天等专业的工程技术人员、科研工作者。-1-有限元分析基础教程－ANSYS算例曾攀目录[[[[[[\\\\\\【ANSYS算例】3.3.7(3)三梁平面框架结构的有限元分析1【ANSYS算例】4.3.2(4)三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较3【ANSYS算例】5.3(8)平面问题斜支座的处理6【ANSYS算例】6.2(2)受均匀载荷方形板的有限元分析9【ANSYS算例】6.4.2(1)8万吨模锻液压机主牌坊的分析(GUI)15【ANSYS算例】6.4.2(2)8万吨模锻液压机主牌坊的参数化建模与分析(命令流)17【ANSYS算例】7.2(1)汽车悬挂系统的振动模态分析(GUI)20【ANSYS算例】7.2(2)汽车悬挂系统的振动模态分析(命令流)23【ANSYS算例】7.3(1)带有张拉的绳索的振动模态分析(GUI)24【ANSYS算例】7.3(2)带有张拉的绳索的振动模态分析(命令流)27【ANSYS算例】7.4(1)机翼模型的振动模态分析(GUI)28【ANSYS算例】7.4(2)机翼模型的振动模态分析(命令流)30【ANSYS算例】8.2(1)2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(GUI)31【ANSYS算例】8.2(2)2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(命令流)33【ANSYS算例】8.3(1)金属材料凝固过程的瞬态传热分析(GUI)34【ANSYS算例】8.3(2)金属材料凝固过程的瞬态传热分析(命令流)38【ANSYS算例】8.4(1)升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI)39【ANSYS算例】8.4(2)升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(命令流)42【ANSYS算例】9.2(2)三杆结构塑性卸载后的残余应力计算(命令流)45【ANSYS算例】9.3(1)悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI)46【ANSYS算例】9.3(2)悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(命令流)49附录BANSYS软件的基本操作52B.1基于图形界面(GUI)的交互式操作(stepbystep)53B.2log命令流文件的调入操作(可由GUI环境下生成log文件)56B.3完全的直接命令输入方式操作56B.4APDL参数化编程的初步操作57i有限元分析基础教程－ANSYS算例曾攀【ANSYS算例】3.3.7(3)三梁平面框架结构的有限元分析如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。结构中各个截面的参数都为：，，。113.010PaE=×746.510mI−=×426.810mA−=×在ANSYS平台上，完成相应的力学分析。图3-19框架结构受一均布力作用解答：对该问题进行有限元分析的过程如下。1基于图形界面(GUI)的交互式操作(stepbystep)(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名):beam3→Run→OK(2)设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences…→Structural→OK(3)选择单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→beam：2Delastic3→OK(返回到ElementTypes窗口)→Close(4)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic:EX:3e11(弹性模量)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“U”来关闭该窗口(5)定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add→Type1Beam3→OK→RealConstantSetNo:1(第1号实常数),Cross-sectionalarea:6.8e-4(梁的横截面积)→OK→Close(6)生成几何模型生成节点ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Creat→Nodes→InActiveCS→Nodenumber1→X:0,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber2→X:1.44,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber3→X:0,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber4→X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Element→AutoNumbered→ThruNodes→选择节点1、2(生成单元1)→apply→选择节点1、3(生成单元2)→apply→选择节点2、1有限元分析基础教程－ANSYS算例曾攀4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加X方向的受力ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes→选择节点1→apply→Directionofforce:FX→VALUE：3000→OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→选取单元1(节点1和节点2之间)→apply→VALI：4167→VALJ：4167→OK左、右下角节点加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→选取节点3和节点4→Apply→Lab:ALLDOF→OK(8)分析计算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK→ShouldTheSolveCommandbeExecuted?Y→Close(Solutionisdone!)→关闭文字窗口(9)结果显示ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→Def+Undeformed→OK(返回到PlotResults)(10)退出系统ANSYSUtilityMenu:File→Exit…→SaveEverything→OK(11)计算结果的验证与MATLAB支反力计算结果一致。2完全的命令流!%%%%%%%%%%[典型例题]3_3_7(3)%%%begin%%%%%/PREP7!进入前处理ET,1,beam3!选择单元类型R,1,6.5e-7,6.8e-4!给出实常数(横截面积、惯性矩)MP,EX,1,3e11!给出材料的弹性模量N,1,0,0.96,0!生成4个节点,坐标(0,0.96,0)，以下类似N,2,1.44,0.96,0N,3,0,0,0N,4,1.44,0,0E,1,2!生成单元(连接1号节点和2号节点)，以下类似E,1,3E,2,4D,3,ALL!将3号节点的位移全部固定D,4,ALL!将4号节点的位移全部固定F,1,FX,3000!在1号节点处施加x方向的力(3000)SFBEAM,1,1,PRESS,4167!施加均布压力FINISH!结束前处理状态/SOLU!进入求解模块SOLVE!求解FINISH!结束求解状态/POST1!进入后处理2有限元分析基础教程－ANSYS算例曾攀PLDISP,1!显示变形状况FINISH!结束后处理!%%%%%%%%%%[典型例题]3_3_7(3)%%%end%%%%%【ANSYS算例】4.3.2(4)三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较针对【典型例题】4.3.2(3)的问题，在ANSYS平台上，进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，完成相应的力学分析。(a)采用三角形单元的划分(b)采用四边形单元的划分图4-11基于ANSYS平台的精细网格划分(每边划分10段)解答：下面基于ANSYS平台，进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，见图4-11。对该问题进行有限元分析的过程如下。1基于图形界面(GUI)的交互式操作(stepbystep)(1)进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory（设置工作目录）→Initialjobname（设置工作文件名）:TrussBridge→Press→Run→OK(2)设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences…→Structural→OK(3)定义分析类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→Loads→AnalysisType→NewAnalysis→STATIC→OK(4)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→EX:1（弹性模量),PRXY:0.25(泊松比)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“U”来关闭该窗口(5)定义单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→StructuralSolid:Quad4node42→OK（返回到ElementTypes窗口）→Close(6)设置为带厚度的平面问题ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add→Type1→OK→RealConstantSetNo:1(第1号实常数),THK:1(平面问题的厚度)→OK→Close(7)定义实常数以确定厚度ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add…→Type1Plane42→OK→RealConstantsSetNo:1（第1号实常数）,Thickness:1（平面问题的厚度）→OK→Close(8)构造模型3有限元分析基础教程－ANSYS算例曾攀生成几何模型ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→Keypointnumber：1，X，Y，ZLocationinactiveCS