ANSYS实体建模有限元分析-课程设计报告.doc

课程设计说明书（论文） 0911370108邓鹏 南 京 理 工 大 学课程设计说明书(论文)作 者:学 号：11370108学院(系):理学院专 业:工程力学题 目:ANSYS实体建模有限元分析指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)20 年 月 日 摘要 有限元分析已经在教学、科研以及工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具；综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、实例分析这几个方面， 而ANSYS软件含有进行多种有限元分析的能力，包括从简单的线性静态分析到复杂非线性动态分析。一个典型的ANSYS分析过程可以分为三个步骤： 建立模型 、加载并求解 、查看分析结果。其中建立模型在整个分析过程中所花费的时间应该远远多于其它过程。而处于初学期的我们，更应强调有限元方法的实质理解和融会贯通，力求精而透，强调自身综合能力(掌握和应用有限元方法)的培养，为自身亲自参与建模、以及使用先进的有限元软件平台提供较好的素材。关键词 有限元、ANSYS、建立模型、加载并求解、查看分析结果练习题一要求：照图利用ANSYS软件建立实体模型和有限元离散模型，说明所用单元种类、单元总数和节点数。操作步骤： 拟采用自底向上建模方式建模。1.定义工作文件名和工作标题 1)选择Utility MenuFileChange 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learning1，单击OK按钮关闭该对话框。 2)选择Utility MenuFileChange Title命令，出现Change Title对话框，在/TITLE Enter new title文本框中输入0911370108dp,单击OK按钮关闭该对话框。2.定义单元类型 1)选择Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，出现Element Types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 Structural Solid, Tet 10node 92，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.创建几何模型1)选择Utility MenuP1otCtrlsStyleColorsReverse Video命令，设置显示颜色。2)选择Utility MenuP1otCtrlsView SettingsViewing Direction命令，出现Viewing Direction对话框，在XV,YV,ZV Coords of view point文本框中分别输入1, 1, 1，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。3)建立支座底块选择Main MenuPreprocessor ModelingCreatevolumesBlockBy Demensios命令，出现Create Block by Demensios对话框，在X1,X2 X-coor dinates文本框中输入0、400，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中输入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中输入0、40，单击OK按钮关闭该对话框。4)建立支座孔柱选择Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出现Solid Cylinder对话框，在WP X文本框中输入40，在WP Y文本框中输入40，在Rad-1文本框中输入20，在Depth文本框中输入40，单击OK按钮关闭该对话框。5)复制支座孔圆柱选择Main MenuPreprocessorCopyVolume命令，出现Copy Volume对话框，在图形上拾取圆柱实体，单击Apply按钮，在移动方向（x方向）栏中输入移动距离3206）布尔运算减去底座圆柱孔圆柱选择Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolumes命令，出现Subtract Volumes拾取菜单，拾取底块，点击OK键，又出现一个拾取菜单，拾取两个圆柱，点击OK键完成运算。7）底座圆角绘制选择Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出现Solid Cylinder对话框，在WP X文本框中输入40，在WP Y文本框中输入40，在Rad-1文本框中输入40，在Depth文本框中输入40，单击OK按钮关闭该对话框。选择Main MenuPreprocessorCopyVolume命令，出现Copy Volume对话框，在图形上拾取圆柱实体，单击Apply按钮，在移动方向（x方向）栏中输入移动距离320。选择Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansDivideVolumes by Area命令，出现Divide Vol by Area拾取菜单，拾取底块，点击OK键，又出现一个拾取菜单，拾取两个大圆柱面，点击OK键完成运算。选择Main MenuPreprocessorModelingDeleteVolumes and Below命令，出现Delete Volumes and Below拾取菜单拾取大圆柱，边角块，点击OK键完成运算。8)底块凹槽绘制选择Main MenuPreprocessor ModelingCreatevolumesBlockBy Demensios命令，出现Create Block by Demensios对话框，在X1,X2 X-coor dinates文本框中输入85、315，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中输入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中输入0、10，单击OK按钮关闭该对话框。后经布尔运算Subtract减去凹块得效果图如下9）变换工作坐标 选择Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc +命令，弹出Create CS at location对话框，在文本框中输入新坐标系原点坐标200,172,40，单击OK按钮，再输入11，单击OK关闭该对话框。选择Utility MenuWorkPlaneAlign WS withSpecified coord Sys.弹出Align WS with Specified CS对话框输入11，单击OK关闭该对话框。10）支座顶部圆柱选择Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出现Solid Cylinder对话框，在WP X文本框中输入0，在WP Y文本框中输入40，在Rad文本框中输入40，在Depth文本框中输入40，单击OK按钮关闭该对话框。11)支座背板绘制变换工作坐标，选择Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc +命令，弹出Create CS at location对话框，在文本框中输入新坐标系原点坐标200,150,40，单击OK按钮，再输入11，单击OK关闭该对话框。选择Utility MenuWorkPlaneAlign WS withSpecified coord Sys.弹出Align WS with Specified CS对话框输入11，单击OK关闭该对话框。选择Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出现Solid Cylinder对话框，在WP X文本框中输入-75，在WP Y文本框中输入100，在Rad文本框中输入125，在Depth文本框中输入30，单击OK按钮关闭该对话框。选择Main MenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderSolid Cylinder命令，出现Solid Cylinder对话框，在WP X文本框中输入75，在WP Y文本框中输入100，在Rad文本框中输入125，在Depth文本框中输入30，单击OK按钮关闭该对话框。用过布尔运算方式切除多余边角，合并相应体面。12)顶孔以及勒板绘制变换坐标系（同步骤9）绘制顶孔圆，布尔运算挖孔，变换坐标绘制勒板得到如图 4.划分网格1)选择Utility MenuPIotCtrlsNumbering命令，出现Plot Numbering Controls对话框，选择VOLU Volume number选项，使其状态从On变为Off，单击OK按钮关闭该对话框。2)选择Main MenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSizeGlobalSize命令，出现Global Element Sizes对话框，在SIZE Element edge length文本框中输入15，如图所示，单击OK按钮关闭该对话框。3)选择Main MenuPreprocessorMeshingMeshVolumesFree命令，出现Mesh Volumes拾取菜单，用鼠标在ANSYS显示窗口选择支座，单击OK按钮关闭该菜单。单元种类SOLID92，单元数12614个，节点总数21015个。练习题二四边固定的圆盘形铝板，在中央处放置一正方体钢锭。钢锭的边为5CM，上表面施加了100MPa的外压；圆盘形铝板半径10cm，厚2.5cm。已知静摩擦系数f=0.2；刚的材料参数E=200GPa，=0.27，=7800kg/m3；铝的材料系数E=70GPa，=0.33，=2700kg/m3.研究铝板的变形和应力情况。一 建立相关模型模型效果图如下：定义两种单元为sold95；再分别定义铝和铁的材料参数，序号分别为1和2。又由于模型是对称模型，故采用1/4模型分析运算。二 网格划分铝板网格划分：选择Main MenuPreprocessorMeshing命令，单击Mesh Tool，弹出Mesh Toal对话框。在Element Attributes下单击Set按钮，弹出Meshing Attributes对话框.在Element Type number, Material number文本框中分别选择工1SOLID95,1，单击OK按钮，以上完成管道单元及材料分配)。其中通过变换Material number号来区别实体材料性质的不同三建立接触对选择Main MenuPreprocessorModelingCreateContact Pair弹出Contact Manager对话框，安左上按钮，接着由相关操作有载荷施加并求解（1） 定义边界条件和载荷选择SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas，选择圆盘侧面，定义Z方向的位移为零；选择SolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Areas，选择钢锭顶面，定义外压大小为100MPa扩展模型执行Utility MenuPlot CtrlsStyleSymmetry ExpansionPriodic/Cclinc Smmerty命令，弹出Priodic/Cclinc Symmetry Expansion对话框，选择“1/4 Dihedral Sym”单击OK完成。 X方向应力图 Y方向应力图 Z方向应力图三 建立相关模型首先绘制齿轮外齿圈每个单元齿的剖面轮廓，得到效果图如下转换坐标系为柱坐标系，Copy 28份环形阵列，得效果图如下布尔运算面相加 (Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansaddAreasPick all得到下图选中面，沿轴向拉伸（ModelingExtrudeOperateAreasAlong Normal）绘制支撑板绘制轴套支撑板上挖孔,绘制圆孔柱，Copy 5份环形阵列，布尔减运算，得效果图如下轴套上挖槽，布尔运算合并实体并离散化单元种类： SOLID185单元数：38548节点总数：9600材料特性弹性模量、泊松比加载材料特性密度加载加载角速度：运算结果应力图，变形图：练习题四图示中心具有圆孔的正方形薄板，两侧收到垂直板边沿随时间变化的均布载荷P=P(t)作用。设板边长l=1m，圆孔直径d=2a=0.1m，材料E=20GPa，=0.167， 密度=2500kg/厚度t=0.1m，试计算x=0上截面正应力随时间变化情况 解答由于该分析模型是对称模型，故为减少计算量，提高运算速度计，选取1/4份模型建模求解，其建模，材料属性加载，模型离散化过程与以上三题方法类似，在此就不多做赘述了。通过对题目的分析，该题是一个带孔平板结构的瞬态动力学分析问题。一定义分析类型和设置选项 1)定义分析类型。执行Main MenuSnlutianAnalysis TypeNew Analysis命令，弹出New Analysis对话框。选择“Transient”按钮，单击OK按钮,弹出Transient Analysis对话框，选择“Full”单击OK按钮。 2)打开预测器。执行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，弹出Salutivn Controls对话框，选择Nonlinear选项卡，在DOF solutionpredictor下拉列表框中选择“On for all substep”选项，单击OK按钮。3)设置求解选项控制。执行Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls命令，弹出Solution Controls对话框。在Analysis Options和Frequency下拉列表框中分别选择“Small Displacement Static”及“Write every substep”选项，在Time at end of loadstep文本框中输人“5，在Number of substeps文本框中输入“1，单击OK按钮。4）施加对称约束（操作与题二类似，不多做说明）二载荷步选项控制及求解运算1)写入第1个载荷步。执行Main MenuSolutionLoad Step OptsWrite LS File命令，弹出Write Load Step File对话框。在Load step file number n文本框中输入“1，单击OK按钮。2)设置求解选项控制。执行Main MenuSolutionAnalysisTypeSoln Controls命令，弹出Solution Controls对话框。在Analysis Dptions, Automatic time stepping option 和Frequency下拉列表框中分别选择“Large Displacement Static ,On”及“Write every substep”选项，在Time at end of load step和Number of substeps文本框中分别输入“1”及“l0”，单击OK按钮。3）施加集中载荷。执行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes命令，弹出拾取框,拾取x=0上一点，单击