有限元培训结构动力分析

1、有限元分析(fnx)培训共三十九页 ANSYS软件简介 ANSYS软件基本操作 ANSYS软件模型建立 网格划分 结构静力分析(fnx) 结构动力分析 结构非线性分析共三十九页 ANSYS软件模型建立基本过程：结构(jigu)动力学分析 结构动力学分析包括模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析及谱分析。ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：滑动摩擦生热分析(fnx)材料参数： ANSYS软件(run jin)模型建立弹性模量E/GPa泊松比密度/(kg/m3)导热系数/W(m.k)线膨胀系数/K-1比热c/J(kg.K)摩擦系数载荷p/MPa690.33270015023

2、.9e-69000.240共三十九页问题描述： 滑块A在固定滑块B上滑动，若滑块A以1.0m/s的速度向前滑动15mm时由于摩擦而引起的温升和应力。（图中所示尺寸为mm，滑块长度远大于其宽度和高度）。 该问题属于瞬态动力学中的摩擦生热问题。分两步对问题进行(jnxng)求解，第一步计算滑块运动过程中的摩擦生热；第二步计算由于热传导而引起的滑块温升。 由于滑块长度远大于其宽度和高度，可以忽略其长度方向上的端面效应，将问题简化为平面应变问题。ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：滑动摩擦(hu dn m c)生热分析 求解步骤 定义工作文件名和工作标题 1）选择Utilit

3、y Menu/File/Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在【/FILNAM】Enter new jobname文本框中输入工作文件名friction and heat，单击OK按钮关闭该对话框。 2）选择Utility Menu/File/Change Title，弹出Change Title对话框，在【/TITLE】Enter new title文本框中输入工作标题：滑动摩擦生热分析，单击OK按钮关闭该对话框。 定义单元类型 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：滑动摩擦生热分析(fnx) 1）选择MainMenu/Prep

4、rocessor/Element Type/Add|Edit|Delete，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Types对话框，在Library of Element Types列表框中选择Coupled Field，Vector Quad 13，在 Element type reference number文本框中输入1，单击Apply按钮，在Library of Element Types列表框中选择Contact，2D target 169，在 Element type reference number文本框中输入2，单击App

5、ly按钮，在Library of Element Types列表框中选择Contact，2nd surf 171，在 Element type reference number文本框中输入3，单击OK按钮关闭该对话框。 2）在 Element Types列表框中选择Types 1 PLANE13，单击Options按钮，弹出Plane13 element type options对话框，在 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：滑动摩擦生热分析Element degrees of freedom 下拉列表框中选择UX，UY，TEMP AZ，在 Element be

6、haviorK3下拉列表框中选择Plane strain，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。 3）在 Element Types列表框中选择Types 3 CONTA171，单击Options按钮，弹出CONTA171 element type options对话框，在Element degrees of freedom 下拉列表框中选择UX|UY|TEMP，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。 4）在 Element Types对话框上的Close按钮，关闭该对话框。 定义(dngy)材料性能参数 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件(

7、run jin)：滑动摩擦生热分析 1）选择MainMenu/Preprocessor/Material Props/Material Models，弹出Dedine Material Model Behavior对话框。在Material Models Availabley一栏中依次单击Structral、Linear、Elastic、Isotropic选项，弹出Linear Isotropic Properties for Material Number-1对话框。在EX文本框中输入69000，在PRXY文本框中输入0.33，单击OK按钮关闭该对话框。 2）在Material Models

8、 Availabley一栏中依次单击Structral Density选项，弹出Density for Material Number-1对话框。在DENS文本框中输入2.7E-6，单击OK按钮关闭该对话框。 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：滑动摩擦生热分析 3）在Material Models Availabley一栏中依次(yc)单击Structral、Friction Coeffcient选项，弹出Friction Coeffcient forMaterialNumber 1对话框，在MU文本框中输入0.2，单击OK按钮关闭该对话框。 4）在Mater

9、ial Models Availabley一栏中依次单击Structral 、Thermal Expansion、Secant Coeffcient、Isotropic选项，弹出Thermal Expansion Secant Coeffcient for Material Number-1对话框。在ALPX文本框中输入2.39E-5，单击OK按钮关闭该对话框。 ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：滑动摩擦生热分析 5）在Material Models Availabley一栏中依次单击Thermal、Conductivity、Isotropic选项，弹出Conduc

10、tivity for Material Number-1对话框。在KXX文本框中输入150，单击OK按钮关闭(gunb)该对话框。 6）在Material Models Availabley一栏中依次单击Thermal、Specific Heat选项，弹出Specific Heat for Material Number-1对话框。在C文本框中输入900，单击OK按钮关闭该对话框。 7）在Dedine Material Model Behavior对话框中选择Material/Exit关闭该对话框。 ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：滑动摩擦生热分析 生成几何模型、

11、划分(hu fn)网格 1）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Keypoints/In Active CS，弹出Create Keypoints In Active Coordinate System对话框，在NPTKeypoint number 文本框中输入1，在X，Y，Z location in active CS文本框中分别输入0、0、0 ，单击Apply按钮；在NPTKeypoint number 文本框中输入2，在X，Y，Z location inactive CS文本框中分别输入0、0、0.4 ，单击Apply按钮；在NPTKeypoi

12、nt number 文本框中输入3，在X，Y，Z location in active CS文本框中分别输入0、0、0.8 ，单击Apply按钮；在NPTKeypoint number 文本框中输入4，在X，Y，Z location in active CS文本框中分别输入0、0、1.2 ；单击OK按钮关闭该对话框。 ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震(dzhn)位移谱作用下的板梁结构响应 板梁结构几何及材料参数： 地震位移谱： ANSYS软件(run jin)模型建立板厚度T/mm梁宽度B/mm梁高度H/mm梁截面面积S/mm2梁惯性矩IZZ/mm4弹性模量E

13、/GPa泊松比密度/(kg/m3)23412162000.37800频率/Hz位移/mm频率/Hz位移/mm0.51.0171.01.00.5180.72.40.8200.83.80.7320.3共三十九页 ANSYS软件(run jin)模型建立33共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构(jigu)响应 求解步骤 定义工作文件名和工作标题 1）选择Utility Menu/File/Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在【/FILNAM】Enter new jobname文本框中输入工作文件名earthquake，单击OK按钮关闭该对话框。

14、2）选择Utility Menu/File/Change Title，弹出Change Title对话框，在【/TITLE】Enter new title文本框中输入工作标题：地震位移谱作用下的板梁结构响应，单击OK按钮关闭该对话框。 定义单元类型 ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构(jigu)响应 1）选择MainMenu/Preprocessor/Element Type/Add|Edit|Delete，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Types对话框，在Library of

15、 Element Types列表框中选择Structural Shell，3D 4node 181，在 Element type reference number文本框中输入1，单击Apply按钮，在Library of Element Types列表框中选择Structural Beam，3D 3node 189，在 Element type reference number文本框中输入2，单击OK按钮关闭该对话框。 2）单击Element Type对话框上的Close按钮，关闭该对话框。 定义材料性能参数 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下

16、的板梁结构响应 1）选择MainMenu/Preprocessor/Material Props/Material Models，弹出Dedine Material Model Behavior对话框。在Material Models Availabley一栏中依次(yc)单击Structral、Linear、Elastic、Isotropic选项，弹出Linear Isotropic Properties for Material Number-1对话框。在EX文本框中输入2.0E11，在PRXY文本框中输入0.3，单击OK按钮关闭该对话框。 2）在Material Models Avail

17、abley一栏中依次单击Structral Density选项，弹出Density for Material Number-1对话框。在DENS文本框中输入7.8E3，单击OK按钮关闭该对话框。 3）在Dedine Material Model Behavior对话框中选择Material/Exit关闭该对话框。 ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构(jigu)响应 4）选择MainMenu/Preprocessor/Section/Beam/Comman Sections，弹出Beam Tool对话框。在ID文本框中输入1，在Sub-Typ

18、e下拉列表框中选择矩形 ，在B文本框中输入宽0.003，在H文本框中输入高0.004，单击Apply按钮，单击Preview按钮，ANSYS显示窗口将显示该截面单元，单击OK按钮关闭该对话框。 5）选择MainMenu/Preprocessor/Section/Shell/Add|Edit，弹出Create and Modify Shell Secions对话框。在Thickness文本框中输入0.002，在Material ID文本框中输入1，在Section Offset下拉列表框中选择Mid-Plane ，单击OK按钮关闭该对话框。 ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页ANSYS

19、软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应(xingyng) 生成几何模型、划分网格 1）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Keypoints/In Active CS，弹出Create Keypoints In Active Coordinate System对话框，在NPTKeypoint number 文本框中输入1，在X，Y，Z location in active CS文本框中分别输入0、0、0 ，单击Apply按钮；在NPTKeypoint number 文本框中输入2，在X，Y，Z loc

20、ation inactive CS文本框中分别输入0、0、0.4 ，单击Apply按钮；在NPTKeypoint number 文本框中输入3，在X，Y，Z location in active CS文本框中分别输入0、0、0.8 ，单击Apply按钮；在NPTKeypoint number 文本框中输入4，在X，Y，Z location in active CS文本框中分别输入0、0、1.2 ；单击OK按钮关闭该对话框。 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应 2）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/C

21、reate/Lines/Lines/In Active Coord，弹出Lines In Active拾取(shq)菜单，在文本框中输入1，2，单击Apply按钮；在文本框中输入2，3，单击Apply按钮；在文本框中输入3，4，单击OK按钮关闭该拾取菜单。 3）选择MainMenu/Preprocessor/Meshing/Mesh Tool，弹出Mesh Tool 对话框，在Element Attributes下拉列表框中选择Lines，单击Set按钮，弹出Line Attributes拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Line Attributes对话框，在MAT Material

22、number文本框中选择（或输入）1，在TYPE Element type number文本框中选择2 Beam189，在SECT Element section文本框中选择（或输入）1，其他采用默认选项，单击OK按钮关闭该对话框；在Size Controls列表中单击Lines Set，弹出Element Size on Piched Lines拾取菜单，单击Pick All按钮， Element Size on Piched Lines对话框，在NDIV ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应No. of element divi

23、sions文本框中输入6，单击OK按钮关闭该对话框；在Mesh下拉列表(li bio)中选择Lines，单击Mesh按钮，弹出Mesh Lines 拾取菜单，单击Pick All按钮，划分网格，待网格划分完毕，单击Close按钮关闭该对话框。 4）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Copy/Lines，弹出Copy Lines 拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Copy Lines对话框，在ITIME Number of copies文本框中输入2，在DY Y-offset in active CS文本框中输入0.4，在NOELEM Iterms to b

24、e copied下拉列表中选择Lines and mesh，单击OK按钮关闭该对话框。 5）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Copy/Lines，弹出Copy Lines 拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Copy Lines对话框，在ITIME Number of copies文本框中输入2，在DX X-offset in active CS文本框中输入0.4，ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应注:梁截面方向(fngxing) 用梁单元来模拟细长杆件时，要注意梁截面方向，或者说要定义梁截面的方向

25、。梁截面在不同方向的抗弯截面模量一般不同，如矩形截面、工字形截面、槽型截面等。定义梁截面的方法： 先要定义一个方向关键点（orientation keypoint) 选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Keypoints/On Working Plane，弹出Create KPs onWP对话框，单选WP Coordinates，在文本框中输入0，0，0。 ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应 选择MainMenu/Preprocessor/Meshing/Mesh Tool，弹出Mesh To

26、ol 对话框，在Element Attributes下拉列表框中选择Lines，单击Set按钮，弹出Line Attributes拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Line Attributes对话框，在MAT Material number文本框中选择（或输入）1，在TYPE Element type number文本框中选择2 Beam189，在SECT Element section文本框中选择（或输入）1，勾选Pick Orientation Keypoint(s) ，使No变成Yes，单击OK按钮，弹出Line Attributes对话框，在List of Items文本框中输

27、入25，即所定义的方向关键点，单击OK按钮关闭该对话框；在Size Controls列表中单击Lines Set，弹出Element Size on Piched Lines拾取菜单，单击Pick All按钮， Element Size on Piched Lines对话框，在NDIVNo. of element divisions文本框中输入6，单击OK按钮关闭该对话框；在Mesh下拉列表中选择Lines，单击Mesh按钮，弹出Mesh Lines 拾取菜单，单击Pick All按钮，划分(hu fn)网格，待网格划分(hu fn)完毕，单击Close按钮关闭该对话框。 ANSYS软件模型(

28、mxng)建立共三十九页 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震(dzhn)位移谱作用下的板梁结构响应在NOELEM Iterms to be copied下拉列表中选择Lines and mesh，单击OK按钮关闭该对话框。 6）选择Utility Menu/Select/Entities，弹出Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Lines ，第二个下拉列表中选择By Location，第三栏中选择X coordinates单选项，在Min，Max文本框中输入0.4，在第5栏中选择From Full单选项，单击OK按钮关闭该对话框。

29、7）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Copy/Lines，弹出Copy Lines 拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Copy Lines对话框，在ITIME Number of copies文本框中输入2，在DX X-offset in active CS文本框中输入0.4，在NOELEM Iterms to be copied下拉列表中选择Lines and mesh，单击OK按钮关闭该对话框。 上述步骤5、6、7三步可以用一步来代替，操作如下：ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用(zuyng)下的板梁结构响应

30、 选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Copy/Lines，弹出Copy Lines 拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Copy Lines对话框，在ITIMENumber of copies文本框中输入3，在DX X-offset in active CS文本框中输入0.4，在NOELEM Iterms to be copied下拉列表中选择Lines and mesh，单击OK按钮关闭该对话框。 8）选择Utility Menu/Select/everything，选择所有实体。 9）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Cr

31、eate/Areas/Arbitrary/Through KPs，弹出Create Areas Through拾取菜单，在文本框中输入2，6，14，10，2，单击OK按钮关闭该拾取菜单。 10）选择MainMenu/Preprocessor/Meshing/Mesh Attributes/Default Attributes，弹出Mesh Attributes 对话框，在【TYPE】Element type number下拉列表框中选择1 SHELL181，在【MAT】Material numberANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震(dzhn)位移谱作用下的板梁

32、结构响应下拉列表框中选择1 ，在【SECNUM】Section number下拉列表框中选择2 ，单击OK按钮关闭该对话框。 11）选择MainMenu/Preprocessor/Meshing/Size Cntrls/ManualSize/Lines/Picked Lines，弹出Element Size on拾取菜单，在文本框中输入19，20，21，22，单击OK按钮，弹出Element Sizes on Picked Lines对话框，在NDIV No.of element divisions文本框中输入5，单击OK按钮关闭该对话框。 12）选择MainMenu/Preprocessor

33、/Meshing/Mesh/Areas，弹出MeshAreas 拾取菜单，单击Pick All按钮关闭该菜单。 13）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Copy/Areas，弹出Copy Areas 拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Copy Areas对话框，在ITIME Number of copies文本框中输入2，在DX X-offset in active CS文本框中ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应输入(shr)0.4，在NOELEM Iterms to be copied下拉列表中选

34、择Areas and mesh，单击OK按钮关闭该对话框。 14）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Copy/Areas，弹出Copy Areas 拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Copy Areas对话框，在ITIME Number of copies文本框中输入2，在DZ Z-offset in active CS文本框中输入0.4，在NOELEM Iterms to be copied下拉列表中选择Areas and mesh，单击OK按钮关闭该对话框。 15）选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Copy/Areas，

35、弹出Copy Areas 拾取菜单，在文本框中输入3，4，单击OK按钮，弹出Copy Areas对话框，在ITIME Number of copies文本框中输入2，在DZ Z-offset in active CS文本框中输入0.4，在NOELEM Iterms to be copied下拉列表中选择Areas and mesh，单击OK按钮关闭该对话框。ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应 16）选择MainMenu/Preprocessor/ Numbering Ctrls/Merge Items，弹出Merge Coinciden

36、t or EquivalentlyDefined Items对话框，在Label Type of item to be merge下拉列表中选择All，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。 注：合并同位置重复定义的实体（点、线、面及单元和节点）。 17）选择MainMenu/Preprocessor/ Numbering Ctrls/Compress Numbers，弹出Compress Numbers对话框，在Label item to be compressed下拉列表中选择All，单击OK按钮关闭该对话框。 18）选择Utility Menu/Plot/ Elements，A

37、NSYS显示窗口将显示生成(shn chn)的有限元模型。ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页ANSYS软件模型(mxng)建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应 加载求解 1）选择MainMenu/Solution/ Analysis Type/New Analysis ，弹出New Analysis对话框，在Type of analysis选择Modal，单击OK按钮关闭该对话框。 2）选择MainMenu/Solution/ Analysis Type/Analysis Options ，弹出Modal Analysis对话框，在Mode extra

38、ction method列表中选择Block Lanczos，在No.modes to extract文本框中输入(shr)10，其余采用默认设置，单击OK按钮，弹出Block Lanczos Method对话框，在FREQB Start Freq文本框中输入0，在FREQE End Frequency文本框中输入10，单击OK按钮关闭该对话框。 3）选择Utility Menu/Select/Entities，弹出Select Entities对话框，在第一个下拉列表中选择Nodes ，第二个下拉列表中选择By Location，第三ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANS

39、YS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应栏中选择Z coordinates单选项，在Min，Max文本框中输入(shr)0，在第5栏中选择From Full单选项，单击OK按钮关闭该对话框。 4）选择MainMenu/Solution/Define Load/Apply/Structural/Displacement/On Nodes，弹出Apply U，ROT on N拾取菜单，单击Pick All按钮，弹出Apply U，ROT on Nodes对话框，在Lab2 DOFs to beConstrained列表框中选择All DOF，在VALUE Displacement value右边文

40、本框中输入0，单击OK按钮关闭该对话框。 5）选择Utility Menu/Select/Everything，选择所有实体。 6）选择MainMenu/Solution/Solve Current LS，弹出Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算，求解结束时，出现Note提示框，单击Close按钮关闭该对话框。 ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应(xingyng) 7）选择MainMenu/Solution/ Analysis Type/New Analysis ，弹出New

41、Analysis对话框，在Type of analysis选择Spectrum，单击OK按钮关闭该对话框。 8）选择MainMenu/Solution/ Analysis Type/Analysis Options ，弹出Spectrum Analysis对话框，在Sptype Type of spectrum列表中选择Single-pt resp，在NMODE No.modes for solu文本框中输入10，勾选Elcalc Calculate elem stresses?，使No变成Yes，单击OK按钮关闭该对话框。 9）选择MainMenu/Solution/Load Step Op

42、ts/Spectrum/Single Point/Setting ，弹出Setting for Single- Point Response Spectrum对话框，在Type of response spectr列表中选择Seimic displac，在Scale factor-文本框中输入1，在Coordinates point文本框中输入0，1，0，其余采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应(xingyng) 10）选择MainMenu/Solution/Load Step Opts/Sp

43、ectrum/Single Point/Frequency Table，弹出Frequency Table对话框，在FREQ1FREQ8文本框中依次输入0.5，1，2.4，3.8，17，18，20，32，单击OK按钮关闭该对话框。 11）选择MainMenu/Solution/Load Step Opts/Spectrum/Single Point/Spectr Values，弹出Spectrum Values-Damping Ratio对话框，在DampingRatio for this curve文本框中依次输入1，弹出Spectrum Values 对话框，在SV1SV8文本框中依次输入

44、1.0E-3， 0.5E-3 ， 0.8E-3 ， 0.7E-3 ， 1.0E-3 ， 0.7E-3 ， 0.8E-3 ， 0.3E-3，单击OK按钮关闭该对话框。 12）选择MainMenu/Solution/Solve Current LS，弹出Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算，求解结束时，出现Note提示框，单击Close按钮关闭该对话框。ANSYS软件(run jin)模型建立共三十九页 ANSYS软件：地震位移谱作用下的板梁结构响应(xingyng) 13）选择MainMenu/Solution/ Analysis Type/New Analysis ，弹出New Analysis对话框，选择Modal，单击OK按钮关闭该对话框。 14）选择MainMenu/Solution/ Analysis Type/ExpansionPass，弹出Expansion pass对话框，选择Expansion pass ，使Of变成On，其余采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。 15）选择