ANSYS进行有限元静力学分析

一、设计大纲概述1设计目的〔1〕熟悉有限元分析的根本原理和根本方法；〔2〕掌握有限元软件ANSYS勺根本操作；〔3〕对有限元分析结果进行正确评价。2、 设计原理利用ANSYS进行有限元静力学分析。3、 设计仪器设备1〕安装windows2000以上版本的微机；2〕以上版本软件。4、 实验内容与步骤1〕熟悉ANSYS勺界面和分析步骤；2〕掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；3〕掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；4〕实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。、题目：如图试样期尺寸为100mm*5mm*5m帀端固定，上端受拉力10000N作用。该试样材料的应力-应变曲线如图所示。计算试样的位移分布。、分析步骤:分析：从应力-应变关系可以看出该材料的屈服极限是 225MPa左右，弹性局部曲线的斜率为常数75GPa。之后材料进入塑性变形阶段，应力-应变关系为非线性的。估计此题应力 10000/〔0.05*.005〕=400MPa,因此材料屈服进入塑性，必须考虑材料非线性影响。〔1〕 建立关键点。单击菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS，建立两个关键点〔0,0,0〕和〔0，100,0〕。〔2〕 建立直线。单击菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StaightLine,在关键点1、2之间建立直线。〔3〕 定义单元类型。单击菜单MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,定义单元Structural>Link>2Dspar1〔LINK1)〔4〕 定义单元常数。单击菜单MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,在弹出的RealConstantsforLINK1对话框中，输入如下的单元几何参数：截面面积AREA=25出始应变=0

(5)定义材料属性。(5)定义材料属性。1〕单击菜单MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Structural>Linear>Elastic>Isotropic,在弹出的对话框中，输入如下的材料属性：杨氏模量 EX=73e3泊松比PRXY=.32〕单击菜单MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Structural>Nonlinear>Elastic>MutilinearElastic,弓单出如下列图的对话框。在STRAIN和STRESS域输入如表所示的两组数据。其表中的数据是从如下列图的应力 -应变关系中得来，中间点采用了线性插值的计算方法。 输入第一对数据后，单击［AddPoint］按钮，可以输入第二对数据。

3)数据输入完毕，在MutilinearElasticforMaterialNumber1对话框中单击Graph按钮，得到如下列图的应力-应变图形，这个图形应该和本例开始给出的应力 ■应变曲线符合。模型。

定义单元尺寸。单击菜单MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>AIILines,指定单元边长5o划分网络。单击菜单MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines,在弹出的对话框中单击[PickAll]按钮。(8)定义分析类型。单击菜单Main(8)Menu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Static选项O设置解选项。单击菜单MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol1Control,弹出如图所示对话框。按照图中所示在Basic标签页下做如下的设置：在AnalysisOptions域选择LargeDisplacementStatic项。这样ANSYS将考虑到大变形的效应。:LE,MARjS4*1jnQpt14113jHQT|Ij|k肘.iK'EdHL-]:LE,MARjS4*1jnQpt14113jHQT|Ij|k肘.iK'EdHL-]|Lu*ccDIsplo-cenieiLl£ta.t]cGAllatenspresb"t53effectsBBELCquuititl«E厂UcArActadTLaaropiltrolTifkiSi-ttandoflo&d.-£t4-p|DctineOnlA-[lobFrequency:priteeverjrJfth.sabstep~nh<reH?[TIehno.盖Uantd 在TimeControl域的Automatictimestepping歹U表选择0noAutomatictimestepping将运行ANSYS自动决定将载荷步划分成适宜数目的子步。激活Automatictimestepping选项同时也将降火二分法确保收敛功能。在TimeControl域的Numberofsubsteps文本框输入子步数目20。这样ANSYS计算的第一个子步载荷将是总载荷的1/20。因为现在将Automatictimestepping激活，所以剩余的子步步长将由 ANSYS根据前一个子步的计算结果自动调整。在TimeControl域的Maxnoofsubsteps文本框输入最大子步数目1000o如果经过1000个子步迭代，仍然得不到收敛的解，ANSYS将停止继续求解。在TimeControl域的Minnoofsubsteps文本框输入最小子步数目1o在WriteItemstoResultsFile域中选择Allsolutionsitems选项，在Frequncy列表中选择WriteEverySubstep选项，这样可以保存每个子步的计算结果，便于作出系统的时间响应曲线。切换到Nonlinear标签页，如下列图，做以下设置。在NonlinearOptions域的Linesearch列表中选择On选项。线性搜索可以加速牛顿-拉普森〔NR〕平衡迭代的收敛。在Equilibriumiterations域的Maximumnumberofiterations文本框中输入最大迭代数1000。〔10〕施加位移约束。单击菜单 MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoints固定关键点1。〔11〕施加载荷。Main Menu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnKeypoints,在关键点2施加集中力载荷FY=1000N。〔12丨求解。单击菜单MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS,图形窗口将显示非线性分析求解的收敛过程。

(14)绘制位移分布图。单击菜单MainMenu>GeneralPostprooPlotResults>CoutourPlot>NodalSolution,在弹出的对话框中选择DOFsolution>UY,得到如下列图的位移分布图。1NODALSOLUTIONSTEP=1=12TI!ME=1廿Y1NODALSOLUTIONSTEP=1=12TI!ME=1廿Y4AW)RS¥S=口JSKX=112Seb—u-JANSYSm4.2021...16:27:091.2S22.5045,008 7.51ZID.0160,764-- 11,2666wdy7S9(15)查看位移随时间的变化。1)定义变量单击菜单MainMenu>TimeHistPostproc，弹出如图所示对话框单击左上角的【+】添加变量按钮，弹出如下列图对话框。选择NodalSolution>DOFSolution>Y-Componentofdisplacement，单击【OK】按钮。弹出NodeforData窗口，选择式样顶端的节点，单击【OK】按钮。添加另—变量。单击左上角的【+】添加变量按钮，这次选择ReactionForces>StructuralForces〉Y-ComponentofForce。拾取试样底端的节点，单击【OK】按钮。在TimeHistoryVariable窗口，单击FY-3行、X-Axis列的单项选择按钮，将反力FY-3作为X轴变量，如下列图。2〕查看位移随时间变化。①在TimeHistoryVariable窗口单击UY_3行，再单击绘图按钮【八】，得到如下列图的位移UY随反力FY变化关②修改X轴和Y轴标签。单击菜单UtilityMenu>PlorCtrls>Style>Graphs>ModifyAxes，重新设定X轴和Y轴标签为LOAD和DEFLECTION。从图中可以看出，当反力小〔相应载荷和应力也较小〕时，位移和载荷之间是线性的关系。当反力较大〔相应载荷和应力都超出弹性极限〕时，位移以越来越大的速率增加。这些结果和经典塑性力学的结果是一致的。四、总结：通过本次课程设计我学会了有限元分析的根本原理和根本方法；掌握有限元软件ANSYS勺根本操作。熟悉ANSYS的界面和分析步骤；掌握ANSY3前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；掌握ANSYS求解和后处理的一般方法;实际应用ANSYS软牛对平板结构进行有限元分析。五、源代码/BATCH04/03/202112:06:33/COM,ANSYSRELEASE10.0 UP2005071804/03/202112:06:33/input,menust,tmp,〃,,,,,,,,,,,,,,,,1/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,1,1/COM,ANSYSRELEASE10.0 UP2005071802/28/2021/input,menust,tmp,〃，,,,,,,,,,,,,,,,1/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0/REPLOT,RESIZE/FILNAME,1111,0/TITLE,2222/REPLOT/FILNAME,aaa,0/TITLE,dynamicanalysisofagear/REPLOTET,1,SOLID186MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0SAVESAVECSYS,1K,1,20,0,,K,110,16,40,,KWPAVE,110wprot,-50,0,0CSYS,4K,2,12.838,0,,CSYS,1K,120,16,43,,K,130,16,46,,K,140,16,49,,K,150,16,52,,K,160,16,55,,KWPAVE,120wprot,3,0,0CSYS,4K,3,13.676