ANSYS上机报告.doc

ANSYS 实验报告 第 1 页 共 24 页 目录目录 1 1 实验目的实验目的 1 2 2 实验内容实验内容 2 2 1 机械构件的静力分析 带孔薄板两端承受均布载荷 2 2 1 1 问题描述 2 2 1 2 问题分析 3 2 1 3 求解步骤 3 2 2 机械构件的动力学分析 模型飞机机翼模态分析 13 2 2 1 问题描述 13 2 2 2 问题分析 14 2 2 3 求解步骤 14 3 3 实验结论实验结论 23 ANSYS 实验报告 第 2 页 共 24 页 1 实验目的 1 熟悉有限元分析的基本原理和方法 2 掌握有限元软件 ANSYS 的静力分析和动力学分析的基本操作 3 对有限元分析结果进行正确评价 ANSYS 实验报告 第 3 页 共 24 页 2 实验内容 2 1 机械构件的静力分析 带孔薄板两端承受均布载荷 2 1 1 问题描述 图 3 1 所示为一中心带有圆孔的薄板承载示意图 薄板平均厚度为 0 2mm 两端 承受均布载荷 求薄板内部的应力场分布 薄板材料弹性模量为 220GPa 泊paP1000 松比为 0 3 图 2 1 薄板承载示意图 2 1 2 问题分析 对于涉及薄板的结构问题 若只承受薄板长度和宽度方向所构成的平面上的载荷 时 厚度方向无载荷 一般沿薄板厚度方向上的应力变化可不予考虑 即该问题简化 为平面应力问题 根据平板结构的对称性 选择整体结构的 1 4 建立几何模型 进行分 析求解 2 1 3 求解步骤 1 定义工作文件名和工作标题 1 选择 Utility Menu File Change Jobname 命令 出现 Change Jobname 对话框 在 FILNAM Enter new jobname 文本框中输入工作文件名 EXERCISE1 并将 New log and error files 设置为 Yes 单击 OK 按钮关闭该对话框 2 选择 Utility Menu File Change Jobname 命令 出现 Change Title 对话框 在 TITLE Enter new title 文本框中输入 ANALYSIS OF PLATE STRESS WITH SMALL ANSYS 实验报告 第 4 页 共 24 页 CIRCLE 单击 OK 按钮关闭该对话框 2 定义单元类型 1 选择 Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete 命令 出现 Element Type 对话框 单击 Add 按钮 出现 Library of Element Types 对话框 在 Library of Element Types 列表框中选择 Solid 8node 82 在 Element type reference number 文 本框中输入 1 单击 OK 按钮关闭该对话框 2 单击 Element Types 对话框上的 Close 按钮 关闭该对话框 3 定义材料性能参数 1 选择 Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 命令 出现 Define Material Model Behavior 对话框 2 在 Material Models Available 一栏中依次单击 Structural Linear Elastic Isotropic 选项 出现 Linear Isotropic Properties for Material Number 1 对话框 在 EX 文本框 中输入 2 2E11 在 PRXY 文本框中输入 0 3 单击 OK 按钮关闭该对话框 3 在 Define Material Model Behavior 对话框上选择 Material Exit 命令 关闭该对话 框 4 创建几何模型 划分网格 1 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Rectangle By Dimensions 命令 出现 Create Rectangle by Dimensions 对话框 在 X1 X2 X coordinates 文本框 中输入 0 0 025 在 Y1 Y2 Y coordinates 文本框中输入 0 0 015 单击 OK 按钮关 闭该对话框 2 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circle By Dimensions 命令 出现 Circular Area by Dimensions 对话框 在 RAD1 Outer radius 文本框中输入 0 005 在 RAD2 Optional inner radius 文本框中输入 0 在 THETA1 Starting angle cegress 文本框中输入 0 在 THETA2 Ending angle degrees 文本框中输入 90 单 击 OK 关闭该对话框 ANSYS 实验报告 第 5 页 共 24 页 3 选择 Utility Menu PlotCtrls Numbering 命令 出现 Plot Numbering Controls 对话 框 选中 AREA Area numbers 选项 使其状态从 Off 变为 On 其余选项均采用默 认设置 单击 OK 按钮关闭该对话框 4 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Areas 命令 出现 Subtract Areas 拾取菜单 在文本框中输入 1 单击 OK 按钮 在文本框中输入 2 单击 OK 按钮关闭该拾取菜单 5 选择 Main Menu Preprocessor Numbering Ctrls Compress Numbering 命令 出现 Compress Numbers 对话框 在 Label Item to be compressed 下拉列表框中选择 All 单击 OK 按钮关闭该对话框 6 选择 Utility Menu PlotCtrls Style Colors Reverse Video 命令 设置 ANSYS 窗口 显示颜色 由黑色变为白色 7 选择 Utility Menu File Change Title 命令 出现 Change Title 对话框 在文本框中 输入 GEOMETRIC MODEL 单击 OK 按钮关闭该对话框 8 选择 Utility Menu Plot Areas 命令 ANSYS 显示窗口将显示所生成的几何模型 如图 2 2 所示 图 2 2 生成的几何模型结果显示 ANSYS 实验报告 第 6 页 共 24 页 9 选择 Utility Menu PlotCtrols Numbering 命令 出现 Plot Numbering Controls 对 话框 选中 KP Keypoint numbers 选项 使其从状态 Off 变为 On 其余选项均采用 默认设置 单击 OK 按钮关闭该对话框 10 选择 Utility Menu Plot Lines 命令 显示所有线段 11 选择 Main Menu Preprocessor Meshing Size cntrls ManualSize Global Size 命 令 出现 Global Element Sizes 对话框 在 SIZE Element edge length 文本框中输入 0 002 单击 OK 按钮关闭该对话框 12 选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Areas Mapped By corners 命令 出现 Map Mesh Area by 拾取菜单 在文本框中输入 1 单击 OK 按钮 在文本框中 输入 1 4 5 3 单击 OK 按钮关闭该拾取菜单 13 选择 Utility Menu File Change Title 命令 出现 Change Title 对话框 在文本框 中输入 GEOMETRIC MODEL 单击 OK 按钮关闭该对话框 14 选择 Utility Menu Plot Elements 命令 ANSYS 显示窗口将显示网格划分后的结 果 如图 2 3 所示 图 2 3 映射网格划分结果显示 ANSYS 实验报告 第 7 页 共 24 页 15 选择 Main Menu File Save as 命令 出现 Save Database 对话框 在 Save Database to 文本框中输入 EXERCISE11 db 保存上述操作过程 单击 OK 按钮关闭该 对话框 5 加载求解 1 选择 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 命令 出现 New Analysis 对话框 选择分析类型为 Static 单击 OK 按钮关闭该对话框 2 选择 Utility Menu PlotCtrls Numbering 命令 出现 Plot Numbering Controls 对话 框 选中 LINE numbers 选项 使其状态从 Off 变为 On 其余选项均采用默认设置 单击 OK 按钮关闭该对话框 3 选择 Utility Menu Plot Lines 命令 显示所有线段 4 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下 拉列表中选择 Lines 在第 2 个下拉列表中选择 By Num pick 在第 3 栏中选择 From Full 单选项 单击 OK 按钮 出现 Select lines 拾取菜单 在文本框中输入 4 单击 OK 按钮关闭该拾取菜单 5 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下 拉列表中选择 Nodes 在第 2 个下拉列表中选择 Attached to 在第 3 栏中选择 Lines all 单选项 单击 OK 按钮关闭该对话框 6 选择 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 命令 出现 Apply U ROT on N 拾取菜单 单击 Pick all 按钮 出现 Apply U ROT on Nodes 对话框 在 Lab2 DOFs to be constrained 列表框中选择 UY 在 VALUE Displacement value 文本框中输入 0 单击 OK 按钮关闭该对话框 7 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下 拉列表中选择 Lines 在第 2 个下拉列表框中选择 By Num pick 在第 3 栏中选择 From Full 单选项 单击 OK 按钮 出现 Select lines 对话框 在文本框中输入 5 单击 OK 按 钮关闭该对话框 8 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下 ANSYS 实验报告 第 8 页 共 24 页 拉列表框中选择 Nodes 在第 2 个下拉列表框中选择 Attached to 在第 3 栏中选择 Lines all 单选项 单击 OK 按钮关闭该对话框 9 选择 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 命令 出现 Apply U ROT on N 拾取菜单 单击 Pick all 按钮 出现 Apply U ROT on Nodes 对话框 在 Lab2 DOFs to be constrained 列表框中选择 UX 在 VALUE Displacement value 文本框中输入 0 单击 OK 按钮关闭该对话框 10 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下 拉列表中选择 Lines 在第 2 个下拉列表中选择 By Num pick 在第 3 栏中选择 From Full 单选项 单击 OK 按钮 出现 Select lines 对话框 在文本框中输入 1 单击 OK 按 钮关闭该对话框 11 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下 拉列表中选择 Nodes 在第 2 个下拉列表中选择 Attached to 在第 3 栏中选择 Line all 单选项 单击 OK 按钮关闭该对话框 12 选择 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Nodes 命 令 出现 Apply PRES on Nodes 拾取菜单 单击 Pick all 按钮 出现 Apply PRES on nodes 对话框 在 VALUE Load PRES value 文本框中输入 1000 单击 OK 按钮关闭该 对话框 13 选择 Utility Menu Select Everything 命令 14 选择 Utility Menu Plot Element 命令 加载后的结果如图 2 4 所示 15 选择 Utility Menu Solution Load Step Opts Output Ctrls Solu Printout 命令 出 现 Solution Printout Controls 对话框 在 Item Item for printout control 下拉列表中选择 Basic quantities 在 FREQ Print frequency 选项中选择 Every substep 单选项 单击 OK 按钮关闭该对话框 16 选择 Utility Menu File Save as 命令 出现 Save Database 对话框 在 Save Database to 文本框中输入 EXERCISE12 db 保存上述操作过程 单击 OK 按钮关闭该 对话框 ANSYS 实验报告 第 9 页 共 24 页 17 选择 Main Menu Solution Solve Current LS 命令 出现 Solve Current Load Step 对话框 单击 OK 按钮 ANSYS 开始求解计算 图 2 4 加载后的结果显示 18 求解结束时 出现 Note 对话框 单击 Close 按钮关闭该对话框 19 选择 Utility Menu File Save as 命令 出现 Save Database 对话框 在 Save Database to 文本框中输入 EXERCISE13 db 保存上述操作过程 单击 OK 按钮关闭该 对话框 6 查看求解结果 1 选择 Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape 命令 出现 Plot Deformed Shape 对话框 在 KUND Item to be plotted 选项中选择 Def undef edge 选项 单击 OK 按钮 ANSYS 显示窗口显示变形后的几何形状和为变形的轮廓 如图 2 5 所 示 2 选择 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu 命令 出 现 Contour Nodal Solution Data 对话框 在 Item to be contoured 列表框中选择 Nodal Solution DOF Solution Displacement vector sum 其余均采用默认设置 单击 OK 按钮 ANSYS 实验报告 第 10 页 共 24 页 ANSYS 窗口将显示如图 2 6 所示的位移场分布等值线图 3 选择 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu 命令 出 现 Contour Nodal Solution Data 对话框 在 Item to be contoured 列表框中选择 Nodal Solution Stress von Mises stress 其余均采用默认设置 单击 OK 按钮 ANSYS 窗口 将显示如图 2 7 所示的等效应力场分布等值线图 图 2 5 变形后的几何形状和未变形轮廓显示 ANSYS 实验报告 第 11 页 共 24 页 图 2 6 位移场分布等值线图 4 选择 Utility Menu PlotCtrls Style Symmetry Expansion Periodic Cyclic Symmetry 命令 出现 Periodic Cyclic Symmetry Expansion 对话框 在 Select type of cyclic symmetry 选项中选择 1 4 Dihedral Sym 单击 OK 按钮 ANSYS 显示窗口将显示扩展 后的结果 如图 2 8 所示 图 2 7 等效应力场分布等值线图 ANSYS 实验报告 第 12 页 共 24 页 图 2 8 扩展后的结果显示 等效应力场分布等值线图 5 选择 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu DOF Solution X Component of displacement Apply 命令 ANSYS 窗口将显示如图 2 9 所示 的 X 方向的位移云图 图 2 9 X 方向位移的云图 ANSYS 实验报告 第 13 页 共 24 页 6 重复步骤 4 ANSYS 显示窗口将显示如图 2 10 所示的扩展后的 X 方向的位移云图 图 2 10 扩展后 X 方向位移的云图 7 选择 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu Stress X Component of stress Apply 命令 ANSYS 窗口将显示如图 2 11 所示的 X 方向的正应 力云图 ANSYS 实验报告 第 14 页 共 24 页 图 2 11 X 方向正应力云图 8 重复步骤 4 ANSYS 窗口将显示如图 2 12 所示的扩展后的 X 方向的正应力云图 图 2 12 扩展后 X 方向正应力云图 9 选择 Utility File Exit 命令 出现 Exit from ANSYS 对话框 选择 Quit No Save 选项 单击 OK 按钮 关闭 ANSYS 2 2 机械构件的动力学分析 模型飞机机翼模态分析 2 2 1 问题描述 图 2 13 所示为一模型飞机机翼 其长度方向横截面形状一致 机翼的一端固定在 机体上 另一端为悬空自由端 试对机翼进行模态分析并显示机翼的模态自由度 机翼材料参数 弹性模量 泊松比 密度GPaEX30 26 0 PRXY 3 1580mkgDENS 机翼几何参数 0 0 A 0 2 B 2 0 5 2 C 45 0 8 1 D 3 0 1 1 E ANSYS 实验报告 第 15 页 共 24 页 图 2 13 模型飞机机翼结构示意图 2 2 2 问题分析 该问题属于动力学中的模态分析问题 在分析过程中用直线段和样条曲线描述机 翼的横截面形状 选择 PLANE82 和 SOLID45 单元进行求解 2 2 3 求解步骤 1 定义工作文件名和工作标题 1 选择 Utility Menu File Change Jobname 命令 出现 Change Jobname 对话框 在 FILNAM Enter new jobname 文本框中输入工作文件名 EXERCISE2 单击 OK 按钮关 闭该对话框 2 选择 Utility Menu File Change Jobname 命令 出现 Change Title 对话框 在 TITLE Enter new title 文本框中输入 MODAL ANALYSIS OF A MODEL AIRPLANE WING 单击 OK 按钮关闭该对话框 2 定义单元类型 1 选择 Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete 命令 出现 Element Type 对话框 单击 Add 按钮 出现 Library of Element Types 对话框 在 Library of Element Types 列表框中选择 Quad 8node 82 在 Element type reference number 文本 框中输入 1 单击 Apply 按钮 在 Library of Element Type 列表框中选择 Structural Solid Brick 8node45 在 Element type reference number 文本框中输入 2 单击 OK 按 ANSYS 实验报告 第 16 页 共 24 页 钮关闭该对话框 2 单击 Element Types 对话框上的 Close 按钮 关闭该对话框 3 定义材料性能参数 1 选择 Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 命令 出现 Define Material Model Behavior 对话框 在 Material Models Available 一栏中依次单击 Structural Linear Elastic Isotropic 选项 出现 Linear Isotropic Properties for Material Number 1 对话框 在 EX 文本框中输入 3E10 在 PRXY 文本框中输入 0 26 单击 OK 按钮关闭该对话框 2 在 Material Models Available 一栏中依次单击 Structural Density 选项 出现 Density for Material Number 1 对话框 在 DENS 输入栏中输入 1 58E3 单击 OK 按钮 关闭该对话框 3 在 Define Material Model Behavior 对话框上选择 Material Exit 命令 关闭该对话 框 4 创建几何模型 划分网格 1 选择 Utility Menu View Settings Viewing Direction 命令 出现 View Direction 对话 框 在 XV YV ZV Coords of view point 输入栏中分别输入 1 1 1 单击 OK 按钮 关闭该对话框 2 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 命令 出 现 Create Keypoints In Active Coordinate System 对话框 在 NPT Keypoint number 输入 栏中输入 1 在 X Y Z Location in active CS 输入栏中分别输入 0 0 0 单击 OK 按钮关闭该对话框 3 参照上一步操作 创建以下关键点编号及坐标 2 2 0 0 3 2 5 0 2 0 4 1 8 0 45 0 5 1 1 0 3 0 4 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line 命令 出现 Create Straight 拾取菜单 在输入栏中输入 1 2 单击 OK 按钮关闭该对话框 ANSYS 实验报告 第 17 页 共 24 页 5 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Splines Spline thru KPs 命 令 出现 B Spline 菜单 在输入栏中输入 2 3 4 5 1 单击 OK 按钮关闭该对话框 6 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines 命令 出现 Create Area by L 拾取菜单 在输入栏中输入 1 2 单击 OK 按钮关闭该对话框 7 选择 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Size 命令 出现 Global Element Sizes 对话框 在 SIZE Element edge length 输入栏中输入 0 1 单击 OK 按钮关闭该对话框 8 选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Areas Free 命令 出现 Mesh Areas 拾取菜单 单击 Pick All 按钮关闭该拾取菜单 9 选择 Utility Menu Plot Elements 命令 ANSYS 显示窗口显示网格划分结果 如图 2 14 所示 10 选择 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls ManualSize Global Size 命令 出现 Global Element Sizes 对话框 在 NDIV No of element divisions 输入栏中输入 20 而在 SIZE Element edge length 输入栏中输入 0 单击 OK 按钮关闭该对话框 11 选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Default Attributes 命令 出 图 2 14 网格划分结果显示 ANSYS 实验报告 第 18 页 共 24 页 现 Meshing Attributes 对话框 在 TYPE Element type number 下拉列表框中选择 2 SOLID45 其余均采用默认设置 单击 OK 按钮关闭该对话框 12 选择 Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas By XYZ Offset 命令 出现 Extrude Area by 菜单 在输入栏中输入 1 单击 OK 按钮 出现 Extrude Areas By XYZ Offset 对话框 在 DX DY DZ Offsets for extrusion 输入栏中分别输入 0 0 5 单击 OK 按钮关闭该对话框 图 2 15 拖拉面生成体结果显示 13 选择 Utility Menu Plot Elements 命令 ANSYS 显示窗口显示拖拉面生成体结果 如图 2 15 所示 14 选择 Main Menu File Save as 命令 出现 Save Database 对话框 在 Save Database to 文本框中输入 EXERCISE21 db 保存上述操作过程 单击 OK 按钮关闭该 对话框 5 加载求解 1 选择 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 命令 出现 New Analysis 对话框 选择分析类型为 Modal 单击 OK 按钮关闭该对话框 2 选择 Main Menu Solution Analysis Type Analysis Options 命令 出现 Model ANSYS 实验报告 第 19 页 共 24 页 Analysis 对话框 参照图 2 16 所示对其进行设置 单击 OK 按钮 出现 Block Lanczos Method 对话框 均采用默认设置 单击 OK 按钮关闭该对话框 图 2 16 模态分析属性设置对话框 3 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下拉 列表框中选择 Elements 在第 2 个下拉列表框中选择 By Attributes 在第 3 栏中选择 Elem type num 在 Min Max 输入栏中输入 1 在第 5 栏中选择 Unselect 单击 OK 按 钮关闭该对话框 4 选择 Utility Menu Select Entities 命令 出现 Select Entities 对话框 在第 1 个下拉 列表框中选择 Nodes 在第 2 个下拉列表框中选择 By Location 在第 3 栏中选择 Z coordinates 在 Min Max 输入栏中输入 0 在第 5 栏中选择 From Full 单击 OK 按钮 关闭该对话框 5 选择 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 命令 出现 Apply U ROT on Nodes 拾取菜单 单击 Pick All 按钮 出现 Apply U ROT on Nodes 对话框 在 Lab2 DOFs to be constrained 列表框中选择 ALL DOF 在 VALUE Displacement value 输入栏中输入 0 单击 OK 按钮关闭该对话框 ANSYS 实验报告 第 20 页 共 24 页 6 选择 Utility Menu Select Everything 命令 选择所有实体 7 选择 Main Menu File S