ANSYS应用详解

1、卷发鼠理工大专ANHUI UNIVERSITY OF SCIENCE &. TECHNOLOGY课程设计说明书学生组合床结构受力特征分析学院（部）： 理学院专业班级：工程结构分析 12-1学生姓名：饶玉文指导教师：考四明2016年01月06日安徽理工大学课程设计成绩评定1、专业班级： 工程结构分析12-12、姓名： 饶玉文3、完成日期：2016年01月06日4、设计题目：学生组合床结构受力特征分析5、成绩评定：成绩评定标准所占分值各项得分学生工作态度及与团队协作 能力25学生掌握相关基础理论及设 计软件的程度25学生模型建立的合理性及结 果的精确性25课程设计说明书编写的规范 性及语百

2、的流畅性25总成绩日期：年 月 日目录1前言21.1 21.2 错误！未定义书签。2学生组合床受力分析 42.1 42.2 43实体模型分析53.1 51.1 .1 61.2 .2 错误！未定义书签。4心得体会141前言1.3 ansys软件功能特点ANSYS的结构分析有七种类型，结构分析的基本未知量是位移，其他未知量如应力、 应变和反力等均通过位移量导出。七种类型的结构分析功能如下：(1)静力分析：用于求解静力荷载作用下结构的静态行为，可以考虑结构的线性与非 线性特性。非线性特性包括大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹、蠕变等。(2)特征屈曲分析：用于计算线性屈曲荷载和屈曲模态。非线性

3、屈曲分析和循环对称 屈曲分析属于静力分析类型，不属于特征值屈曲分析类型。(3)模态分析：计算线性结构的固有频率和振型，可采用多种模态提取方法。可计算 自然模态、预应力模态、阻尼复模态、循环模态等。(4)谐响应分析：确定线性结构在随时间正弦变化的荷载作用下的响应。(5)瞬态动力分析：计算结构在随时间任意变化的荷载作用下的响应，可以考虑与静 态分析相同的结构非线性特性，可以考虑非线性全瞬态和线性模态叠加法。(6)谱分析：模态分析的扩展，用于计算由于响应谱或PSD输入(随机振动)引起的结构应力和应变。可考虑单点谱和多点谱分析。(7)显示动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和

4、复杂的接触问 题。ANSYS的主要技术特点如下： 强大的建模能力：仅靠 ANSYS本身就可建立各种 复杂的几何模型，强大的求解能力：ANSYS提供了数种求解器，主要类型有迭代求解 器(预条件共腕梯度、雅可比共腕梯度、不完全共腕梯度)，直接求解器(波前、稀疏 矩阵)、特征值求解法(分块 Lanczos法、子空间法、凝聚发、QR阻尼法)、并行求 解器(分布式并行、代数多重网格)等,用户可根据问题类型选择合适的求解器。 强大的非 线性分析能力：可进行几何非线性、材料非线性、接触非线性和单元非线性分析。强大的网格划分能力：可智能网格划分，根据几何模型的特点自动生成有限元网格。也可根 据用户的要求，实现

5、多种网格划分。良好的优化能力：通过 ANSYS的优化设计功能，确实最优设计方案；通过 ANSYS的拓扑优化功能，可对模型进行外形优化，寻求物体 对材料的最佳。强大的后处理能力：可获得任何节点和单元的数据，具有列表输出、图 形显示、动画模拟等多种数据输出形式，可进行多种数据工况的组合和各种数学运算， 以及时间历程分析能力等。 另外还有很多优越的特点。1.4 ansys静力学分析静力学分析一般包括以下几个步骤：建立几何模型和网格划分，加载求解和结果分析。(1)建立几何模型和网格划分。首先应确立所要进行分析工程或结构的工作名并定义 单元类型，单元实常数，材料模型及其参数，然后在建立几何模型和划分网格

6、。在实际 操作中，也可以先建立几何模型，再在划分网格之前定义单元。(2)加载求解。进去求解器定义分析类别和分析选项，再施加载荷指定载荷步选项。(3)结果分析。输出结果有两类，一是基本数据，如节点位移；另一类是派生数据， 如节点和单元应力，节点和单元应变，单元力等。1.3课程设计目的此课程设计主要是对生活中常见结构简化然后进行静力学分析，本模型是学生组合床结构，通过将组合床简化为单层框架问题，在静力作用下，运用ansys有限元软件进行有限元分析，从而了解有限元分析的基本方法，通过计算机计算力学中的若干问题，进一 步加深力学课程中的基本概念和基本理论， 培养学生解决一些简单的工程实际问题的能 力以

7、及几何建模的能力，提高个人动手操作能力团队协作能力，为毕业设计和工程实践 打下基础。2学生组合床受力分析2.1 模型材料与几何参数下图2.1所示学生组合床简化结构，其柱高 2m主梁长2m宽1.2m,次梁间距0.5m。 并在床顶铺有木板，木板厚度为 0.01m。材料：梁柱Q345单元：beam188 shell63 。 约束：与地面接触的节点可移动，不受弯矩作用。载荷：考虑重力 g=9.8m/s2,面压力 600N,分析组合床的受力特征。2.2 分析过程学生组合床结构将床板上力简化为面压力为600N,在荷载压力和重力作用下，床架结构发生变形,3实体模型分析3.1 模型介绍 如下图3.1所示，支柱

8、采用截面为半径 R=20mrffi圆柱，床顶横梁和次梁都采用矩形截面梁，规格为40mm*40m,mELEHEtltSANio；o3；ie3.2 有限元分析3.2.1 选择分析模式选取菜单项 Main Menu |Preference ,将弹出 Preference of GUI Filtering （菜单 过滤参数选择）对话框。选中 Structural复选框，单击OK即可3.2.2 定义单元类型要求单元类型为beam3 选取菜单项 Main Menu Preprocessor |Element Type|Add/Edit/Delete ,将弹出 Element Types （单元类型）对话框

9、，点取 Add,在 Library of ElementTypes中选取相应单元类型。再定义壳单元。进入 ANSYS主菜单的第二项，Real Constants,选择 Add/Edit/Delete,进入实参数定义窗口，选择 Add按钮添加实参数，并指定该实参数和Shell 63单元相关。_l囚M四叫织jd e（Q PriihsriirKEi国 Elnm«n£ lyipa日 0萨加1 r-ftFucrini-i口 TRwliirrF-« Riirw F1 hlatcridi Profii Fl Fl NkidiElinqi Fl h«Hiwrr(Fl U

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11、Ti'iwi SC.Qf ddAririrwh&&电国卫 HE-IIA-后回回回回回国鱼匈回用回回山山_*J*J3.2.3 定义材料属性在实参数窗口中输入壳单元的厚度，在本算例中，壳单元用作木板，厚度为10mmo需要说明的是，在有限元软件中，一般都不限制参数的单位制，使用者需要根据具体问题选择统一的单位制。比如对于本问题采用的就是 N-mm单位制。选择材料窗口中Material菜单，选择 New Material ,材料编号为2,输入混凝土的弹性模量和泊松比，分别为 2e5和0.3。下面进入 ANSYS的主菜单的第四个选项，输入截面信息。我们要定义的梁单元截面为圆型截

12、面。首先定义柱子，设定截面编号（ID）为1,截面类型选择为圆形，输入半径参数20。3.2.4 几何建模建模操作。首先我们通过 ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoint选择建立关 键点。需要说明的是， ANSYS建模几何拓扑关系严格遵守点 （Keypoint）一线（Line）面（Area）一体 （Volumn）这样的规律，所以我们先从点开始建立模型。选择点的输入方式为当前坐标系（In Active CS）,第一个关键点的编号为1,坐标（0, 0, 0）, 2 （0,0,-1200) , 3 (2000,0, -1200)

13、, 4(2000,0,0),5 (2000,2000,0) , 6 (2000,2000, -1200) , 7 (0,2000,-1200),8(0,2000,0),9(1500,2000,0),10(1500,2000,-1200),11(1000,2000,0),12(1000,2000,-1200 ) ,23 ( 250,2000,0),24(250,0,0).生成所有关键点如图AN选择 ANSYS 主菜单 Preprocessor->Modeling-> Create-> Lines-> Lines-> Straight Lines将柱顶相连生成梁。最后

14、生成床顶木板，进入 ANSYS 顶部菜单 Plot->Lines ,选择 ANSYS 菜单中 Create->Areas->Arbitrary->By Lines ,即通过线来生成楼板（相应的几何形体为面）。选择相应的直线，建立面，建立完床板后，几何建模工作完成，下面需要给刚才建立的几何体 赋予物理属性。首先设定梁柱单元。进入 Meshing菜单，选择 Mesh Attribution ,选定所有表示柱子 的直线。设定其材料属性为1 （钢材），因为刚才没有设定和梁单元相关的实参数，所以可以任意选择， 单元类型为 Beam188。截面类型为1。再到Plot菜单中选择绘制

15、Lines,同样选择代表梁的直线，设定梁的属性，与柱子一样，只是截 面属性编号为2。匕4 5*ft bat 曰d Ptaria 宜of卬Un« PMmWrc -» HtajCbk Qalp飞 画 回亘 *1 |_Llrt：x画*七一四 "匕5!一比：|中 I4。中串33十|禺冏$Moil Hct-rjPrFrrK，I'rcpniLci-sifr l£l tteisiciWI iyifHE- Ei Beiicofiftmi-EJ MUmI'fi IaJ PryEJ *Eanai 田 Mkidslinq EJ r-lct#iinuB Mfei

16、h 曷tErkiM工SAl Tmrrt1工 刀 PlrkrdKFi.GJ *-LM.尸 TnrmwTffn田 由 田 m3 %单 Mrua, 用 PkfceJ Ate-i# B Al? Plrfcpd YahinvFK 国 VoAjvtw Brick 口rl.nft H!nhl-uulCmril Met4x?«-OMi- C&nrjitFruri'F H»hChciA Tu疝BB LFe-br 由 Chech kCtfh £3 hHin*Jhi>idn4tH* Ej Amc-hiw btarirl E C-aup*rwg _ Crqn m F

17、WJ1M.AH !»cE UpJj里JBt£4 Zl»fTil Z-3D<1MCZI 画 A* m I +K Ill -IXI XI E-lWM>r | ':Y- # I _0_*Y Z- t> II fl I*J naL D;<iWC> m«Ss 科FkH广LWnftwet |1 irK a Iif&fiu KnTi 5 肯 M 口H0n CWnHa ri tf*淖舞| MM»I.kyp*-JIcsri|最后，给所有的面设定属性，其材料属性为 2,实参数为1,单元类型为Shell 63。由于截面属

18、 性和壳单元无关，所以可以任意输入。3.2.5 网格划分首先要设定有限元网格划分的密度。一般可以通过Lines的分段数来控制。选择 Meshtool窗口的Lines->Set按钮。然后选择所有代表柱子的线。给线设定网格密度的方法有两种，一种是设定分 段数，一种是设定每段的长度。对于柱子，我们设定其分段数为5。而对于代表梁单元的直线，我们设定其分段方式为分段得到单元的最大长度为10mm。得到下图。下面开始划分网格，首先对线进行网格划分，选择 得到有限元分析所用的单元mesh的对象为Lines,选择所有的线，戈U分ANJW Q 2014Dd!58：4B但是这些单元看不出其形状和方向。ANSY

19、S提供了很好的前处理人机界面。通过选择菜单PlotCtrl->Style->Size and Shape 菜单选项，设定 Display of element 为 ON , ANSYS 就会绘出相应单元 的空间形状和位置。用 SOLA再次在Meshtools中选择网格划分对象为Area,选中所有的面进行网格划分得到床板单元。2.7 定义约束下面开始输入荷载和支座条件，首先输入支座。选择ANSYS菜单中的DefineLoad->Apply->Structural->Displacement->On Keypoints 选项，选择所有的柱脚关键点。设定这些关键

20、点的位移约束为 UX,UY ,UZ。2.8 定义压力、重力通过 MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Pressure>On Lines在床板上施加均匀面压力600MELEMENTSAN2.9 求解依次单击：Main Menu , Solution , Solve , Current LS,弹出 “ STATUCommari'd 文本框及Solve Current Load Step 对话框，单击其右上角的关闭按钮退出文本框。单 击该对话框的OK按钮，ansys开始计算

21、，求解完成后，弹出 NOTE寸话框，单击Close 按钮关闭对话框。单击OK!行求解，求解完成后会出现下图。ANJAN 6 2017 =1E：D32.10 查看结果(1 )查看变形图依次单击：Main men/General Postproc -Plot Results -Deformed Shape,弹出 “Plot Deformed ShapS对话框，在列表中选择“ Def+undeformed ” ,单击。侬钮显示结构 变形图。图2.10为位移云图。BDPAL SalDTIUWSIEhl SUB -1TIME-1 D30M 3RSY5=a 版flME+髀Sm - .221E-13 3NX

22、 1D4E+D7AN的H 62014L0s24.：2°21155.1D4E+07,221E-1323收”41071-6H«17115245羽5配ES763t7削I优气3. 3,结果与分析FRIHT If NODHL SOUJTIOH FEH MODE NDPHL UEGftEE OF FiHEED口H L3S71IK *IH THIH tiLDHHL CTQRUlHfiTE SYSTEHUOfiD STEP- 1 EUfffiTEF- IL TlHEE- 1 .mm Lmi> CASE- H附班MNUYU苫usun13 mi> R-0.3¥!«1£*»VM&nWfW 修&2囿晅-电括*