通用有限元程序ANSYS及应用第三讲PPT

1、硕士研究生学位课程讲义（2006）通用有限元程序ANSYS及应用(三) 二OO六年三月十日10 March 20061通用有限元程序ANSYS及应用硕士研究生学位课程讲义（2006）第三讲 内容提要4. 实体建模的基本过程示例 4.1 问题概述 4.2 定义材料、几何参数和单元类型 4.3 创建几何模型 4.4 划分网格 4.5 加载与求解 4.6 查看结果 4.7 命令流输入10 March 20062通用有限元程序ANSYS及应用4.1 问题概述三层框架结构，层高4米，结构平面图如下：三层框架结构平面示意图 10 March 20063通用有限元程序ANSYS及应用4.1 问题概述（续）主

2、要承重构件的截面尺寸及材料力学性能参数框架柱： 500mm500mm混凝土柱外环梁： 300mm500mm混凝土梁楼面梁： 10500工字钢，高 H500mm，宽 B200mm， 翼缘t116mm，腹板t210mm楼面板： 100mm混凝土楼面板材料特性：混凝土C30，弹模E3.01010N/m2，泊松比0.2， 密度2500Kg/ m3型钢钢材：弹模E2.11011N/m2，泊松比0.3，密度7800Kg/ m3 10 March 20064通用有限元程序ANSYS及应用4.2 定义材料、几何参数和单元类型 启动ANSYS 设置相关工作目录和工作文件名，注意：工作目录不能用中文 定义分析类型

3、 选择 Main Menu Preferences 命令，弹出如下优选对话框10 March 20065通用有限元程序ANSYS及应用4.2 定义材料、几何参数和单元类型 定义分析标题 选择 Utility Menu File Change Title 命令，弹出如下对话框 输入分析标题：Frame Structure Analysis 10 March 20066通用有限元程序ANSYS及应用4.2 定义材料、几何参数和单元类型 定义单元类型选择 Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 命令，弹出 Element Type 对话

4、框，单击 Add 按钮，在新弹出的 Library of Element Types 对话框中选择 Beam4 用于模拟框架柱，单击 Apply 按钮按上述步骤继续选择 Beam4 为 Element Type 2 用于模拟外环梁；选择 Beam4 为 Element Type 3 用于模拟楼面梁；选择 Shell63 为 Element Type 4 用于模拟楼面板。全部完成后单击 Close 按钮，关闭对话框。10 March 20067通用有限元程序ANSYS及应用4.2 定义材料、几何参数和单元类型 定义实常数选择 Main Menu Preprocessor Real Constan

5、ts Add/Edit/Delete 命令，弹出Real Constants 对话框，选择 Add，显示 Choose Element Type 对话框，选中 Type 1 Beam4 后，单击 OK 按钮，在弹出的 Real Constant Set Number 1，for Beam4 对话框中如图输入框架柱各参数： Cross-sectional AREA0.25Area moment of inertia IZZ = 1/192Area moment of inertia IYY = 1/192Thickness along Z axis TKZ = 0.25Thickness alo

6、ng Y axis TKY = 0.25Torsional moment of inertia IXX = 2/192类似地，重复上述步骤完成 Element Type 2 和 3，for Beam4 10 March 20068通用有限元程序ANSYS及应用4.2 定义材料、几何参数和单元类型 定义实常数（续）选择 Element Type 4 Shell63 后，在新弹出的 Real Constant Set Number 4，for Shell63 对话框中如图输入楼面板参数： 全部完成后单击 Close 按钮，关闭对话框。 注意：不同的单元类型，其对应的实常数对话框格式和内容均会有所不

7、同，输入数据时一定要仔细核对。10 March 20069通用有限元程序ANSYS及应用4.2 定义材料、几何参数和单元类型 定义材料属性选择 Main Menu Preprocessor Material Props Material Models 命令，将弹出如下图所示的 Define Material Model Behaviour 对话框： 10 March 200610通用有限元程序ANSYS及应用4.2 定义材料、几何参数和单元类型 定义材料属性（续）选择 Material Models Available Structural Linear Elastic Isotropic，弹

8、出左图所示的 Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1 对话框，输入参数 EX3.0e10，PRXY0.2，分别定义混凝土材料弹性模量和泊松比： 选择 Material Models Available Structural Density，弹出如右图所示的 Density for Material Number 1 对话框，输入参数 DENS2500，定义混凝土材料密度。按上述步骤继续完成 Material Number 2 型钢材料属性的定义，最后用材料属性对话框中的 Material 下拉菜单选项 Exit，完成

9、材料属性定义，关闭对话框。 10 March 200611通用有限元程序ANSYS及应用4.3 创建几何模型 生成关键点（Keypoint）选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoint In Active CS 命令，弹出如图所示的 Create Keypoints in Active Coordinate System 对话框，在对话框的 Keypoint number 栏中输入 1，在 X、Y、Z 坐标栏中输入（0，0，0），单击 Apply 生成框架柱 Z1 的下端点 Keypoint 1；同样地输入（0，0，4）生成框架柱 Z1

10、的上端点 Keypoint 2。 10 March 200612通用有限元程序ANSYS及应用4.3 创建几何模型 生成框架柱 Z1 线元（Line）选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Straight Line 命令，弹出左下图所示选取对话框，顺序点击 Keypoint 1和 Keypoint 2，即在两点之间生成一条直线。 重复执行前述操作步骤，生成全部框架柱和梁的线元，得到如上图所示的框架结构几何模型。 10 March 200613通用有限元程序ANSYS及应用4.3 创建几何模型 生成楼面板面元（Area） 选择 Utili

11、ty Menu Selet Entities 命令，弹出左图所示选取图元对话框，在选取类型表中选 Lines，选取标准表中选 By Location，参数设定窗中输入 Z 坐标限定范围 Min，Max 为（4，4），单击 OK 按钮，即选中标高4米处二层楼面内全部线元。 选择 Utility Menu PlotCtrls Numbering 命令，弹出右图所示图元编号控制对 话框，选定 Line numbers ON； 10 March 200614通用有限元程序ANSYS及应用4.3 创建几何模型选择 Utility Menu Plot Replot 命令，执行后得到如下图所示的线元编号显示

12、。 10 March 200615通用有限元程序ANSYS及应用4.3 创建几何模型选择 Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary by Lines 命令，弹出左图所示选取对话框，顺序点击线元 L13、L24、L16 和 L22，即在此四条线段所围区域内生成楼板面元。重复执行上述操作，生成二层楼面内全部楼板面元；再次执行选择楼层选取操作，选取其余楼层；并继续执行楼板面元生成操作，完成所有楼面面元的生成，最终得到如右图所示的框架结构几何模型。 10 March 200616通用有限元程序ANSYS及应用4.4 划分网格 定义框架

13、梁线元属性选择 Utility Menu Plot Lines 命令，图形窗口再现全部框架梁、柱线元；选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked lines 命令，弹出线元选取对话框，在图形窗口中选取全部框架柱线元，单击 OK 按钮，弹出线元属性对话框（Line Attributes），如下图所示指定框架柱线元的材料类型号 MAT1、实常数 REAL1和单元类型号 TYPE1，单击 Apply 按钮，完成框架柱线元属性定义。重复执行上述操作，完成外环梁及楼面梁线元属性定义。 10 March 200617通用有限元程序ANS

14、YS及应用4.4 划分网格 定义楼面板面元属性选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes All Areas 命令，弹出面元属性对话框（Area Attributes），如图所示指定楼面板面元属性的材料类型号 MAT1、实常数 REAL4 和单元类型号 TYPE4，单击 OK 按钮，完成楼面板面元属性定义。 10 March 200618通用有限元程序ANSYS及应用4.4 划分网格 框架梁、柱单元划分 选择 Utility Menu Selet Entities 命令，弹出选取图元对话框，在选取类型表中选 Lines，选取标准表中选 B

15、y Attributes，参数设定窗中输入 Elem type num 单元类型限定范围 Min，Max，Inc为（1，1，1），单击 OK 按钮，即选中单元类型为 1 的全部框架柱线元。选择 Main Menu Preprocessor Meshing Size Cntrls Manualsize Lines All Lines 命令，弹出下图所示线元尺寸控制对话框，指定每条框架柱线元的等分数目NDIV2，单击 OK 按钮，完成框架柱线元网格划分。 10 March 200619通用有限元程序ANSYS及应用4.4 划分网格重复执行图元选择操作，选中单元类型为 2 和 3 的全部框架梁线元。

16、重复执行网格划分操作，指定每条框架梁线元的等分数目 NDIV1，完成框架梁线元网格划分。选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Lines 命令，弹出线元选取对话框，单击 Pick All 按钮，生成全部框架梁、柱单元，如下图： 10 March 200620通用有限元程序ANSYS及应用4.4 划分网格 楼面板网格划分 由于各楼面板的围线即是框架梁线元，已在以前的步骤中完成网格划分，故无需另行分网操作，可以直接执行单元生成操作。选择 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Areas Mapped 3 or 4 sized命令，弹出面元选取对话框，单击 Pick All 按钮，生成楼面板单元。框架结构完整的有限元计算模型如下图