弹性力学及有限元法ANSYS实例演示

弹性力学及有限元法ANSYS实例演示图1用户界面ANSYS界面介绍在启动ANSYS后，就可以打开如图1所示的图形用户界面(GUI)。(1)应用菜单：包括一些在整个分析过程中都有可能用到的一些命令，比如文件类命令、选取类命令以及图形控制和一些参数设置等。(2)标准工具栏：包括一些常用的命令按钮，这些按钮对应的命令都可以在应用菜单中找到对应的菜单项ANSYS界面介绍(3)命令输入窗口：通过这个窗口，可以直接输入ANSYS支持的命令，以前所有输入过的命令以下拉列表的形式便于再次输入。(4)快捷菜单：允许用户自定义一些按钮来执行一些ANSYS命令或者函数。(5)主菜单：包括一些基本的ANSYS命令，以处理器的类型来组织(预处理器、求解器等)，具体的命令是否可用，与ANSYS当前所处的处理器位置有关。ANSYS界面介绍(6)图形窗口：是ANSYS的图形输出区域，一般的交互式图形操作也在此区域进行。(7)状态栏：显示当前操作的有关提示。(8)输出窗口：如图2所示。输出窗口接受ANSYS软件运行时所有的文本输出，比如命令的响应、注释、警告、错误以及其他的各种信息。一般情况下，这个窗口隐藏在主窗口后面。ANSYS界面介绍图2信息输出窗口ANSYS界面介绍

ANSYS参数化设计语言(APDL)是一门可用来自动完成有限元常规分析操作或通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言，用建立职能化分析的手段为用户提供自动完成有限元分析过程，即程序的输入可设定为根据制定的函数、变量以及选用的分析类型来做决定，是完成优化设计和自适应网格的最主要的基础。APDL允许复杂的数据输入，使用户实际上对任何设计或分析属性有控制权，如分析模型的尺寸、材料的性能、载荷、边界条件施加的位置和网格的密度等。APDL扩展了传统有限元分析的范围，并扩展了更高级运算包括灵敏度研究、零件库参数化建模、设计修改和设计优化等。APDL简介APDL具有下列功能标量参数数组参数表达式和函数分支和循环重复功能和缩写宏用户程序APDL简介

ANSYS软件中结构静力分析用来分析由于稳态外载荷引起的系统或部件的位移、应力、应变和力、静力问题。适合于求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响并不显著的问题。静力分析能够分析稳定的惯性力(如重力和旋转件所受的离心力)和能够被等效为静载荷的随时间变化的载荷作用下结构响应的问题。这种分析类型有很广泛的应用，如确定结构倒角处的应力集中程度，或预测结构中由温度引起的应力。静力学分析通常动力分析的工作主要有系统的动力特性分析(即求结构的固有频率和振型)，和系统在受到一定载荷时的动力响应分析两部分构成。根据系统的特性可分为线性动力学分析和非线性动力学分析两类。根据载荷随时间变化的关系可以分为稳态动力学分析和瞬态动力学分析。动力学分析动力学分析1.模态分析模态分析用语确定设计机构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其他动力学分析问题的起点，例如瞬态分析、谐响应分析和谱分析。其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必须的前期分析过程。任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应(谐响应)。谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值(通常是位移)对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。

2.谐响应分析动力学分析瞬态动力学分析(也称时间历程分析)是用于确定承受任意的随时间变化载荷的结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力和力。载荷和时间相关性使得惯性力和阻尼力作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态动力分析。

3.瞬态分析动力学分析下面用个例子来简单介绍一下动力学分析和静力学分析。图3中速轴图4中速轴受力图实例上图为二级减速器中速轴，如图3和图4所示，具体参数如下：

转速：

外载：小齿轮：

大齿轮：

齿数：小齿轮：n1=24，大齿轮：n2=96

实例模型障的导牲入实例——静力蔑学分哑析静力烂学分岗析为了知方便姜建模垫，我哄们一磁般在CA同E软件碰进行似一些沃复杂致的建后模。仍这里陡使用so孤li择dw倚or闹ks软件土进行曾建模涨辅助这。我池们先拦在so餐li炭dw早or池ks里建仙立齿你轮-轴系编统的锦平面壳图，廉并储胀存为皆中间仗格式pa堂ra热so剑li箱d(旋x_写t)。然债后将至平面龄导入例到AN叫SY欧S里：Fi千le饿-I感mp滋or背t。在Im咸po斗rt里我资们能废看到6中可羡以导纠入到AN危SY缺S里的嘉文件帝类型盒，我萍们这绒里选咏择PA聪RA识(如图1.绕1)。图1.中1点开PA华RA就会粮出现眼如图1.防2所示栽的对唐话框桨。在务右边贝的对绝话框脾里选盼择文帆件所志在位倾置，薪左边姨对话巴框显既示所栏选文翅件里缩慧的x_纺t文件烦。这里惕要注带意一咽下，次由于苍我们茎要导株入AN陶SY握S里是奋面，限所以锻在右泪下方召的Ge塔om荡el核tyTy凶pe选项价要选慢择Su骗rf干ac嗓e碎On赛ly或者Al嘴l债En墨ti猾ti轻es。导晶入之侮后如僻图1.园3所示土。图1.尊2图1.费3导入统之后悄的面实例——静力菜学分谋析定义植单元定义裙单元攻和材虽料属似性在前夫处理害模块(P父re镇pr蝇oc耍es其so搁r)里，溉选择El倘em萍en伸t穿Ty原pe沈→Ad渡d/以ed秋it号/d奔el曲et反e，如势图2.连1所示实例——静力恨学分虽析图2.情1之后截会弹煤出如尾图2.捆2所示车的对钩话框声。根位据我涛们的虹实际缺需要争来选捷择单挤元，活这里毯我们胀选择pl刚an吴42面单怖元和so湖li树d1滥86体单女元，金如图2.岁3所示侨。图2.轿2图2.塌3实例——静力傅学分般析定义朴材料亿属性材料佩我们刑在前耻处理你模块芒里的Ma由te稳ri纹alPr拢op腰s→销Ma博te去ri谨alMo求de嘴ls中设次置，热如图2.演4。图2.伤4实例——静力镇学分笑析点开葱之后疗，会投看到哲如图2.叠5所示蒙的对她话框判，左档侧是芳以定得义的蔑材料蚊，右捡侧是绿具体刮需要暑定义证的材弹料属刃性。波这里狭我们破需要辱定义势的弹弱性模荣量，编泊松援比以南及密零度。求然后稻关闭月对话狂框。图2.矿5实例——静力五学分焦析用前蚊处理强模块击中me畅sh烧in胜g模块哗来划宣分网具格。柄在me锅sh驴in胀g模块寻里，第我们搜使用括划分园工具宣栏(me熄sh车to弟ol)来进侧行划吸分，题如图3.摩1。划分纵单元图3.曲1实例——静力王学分王析首先庸我们萌要确缸定要逢使用遗单元蹄，先巾选择份图3.耳1中①锡所示盟选项袭，会钩弹出磁如图3.阶2所示貌的对浙话框袭。在矿第一活个选造项单演元类疯型编喊号中竖，我蛛们可软以看冷到，发之前圾定义暮的两裕个单钟元pl悉an警42和so王li娃d1炊86都在斑里面执，由爷于我龙们现权在要役划分泰的是慨面，纪所以导选择蔽面单讲元pl畏an家42。图3.呜2实例——静力舒学分提析由于耳我们现要确姨定在感齿轮逢中心待要有承节点脸，方扇便以德后加港载力东，所卡以，泰我们叠要人所为的党把齿剑轮部缠分特驻殊等猴份，姐要对涝线进爸行划肃分。支首先孟选择垫图3.凝1中②回所示堤选项缘瑞，会孙让你滩选择避你想径要划杂分的肚线，粥如图3.攀3所示椒。然能后我讨们选药择图1.偷1中的县线段1，点景击OK。图3.份3实例——静力奸学分鞭析会弹部出图3.蓬4所示齐对话峡框，垃在划湾分单查元数符中，致输入话你想滴划分粘的单车元数标，这胁里我朗们选滤择把拘线段1分成4份，扒点击OK。对嚼线段2进行项同样鲁的处窜理，省这里竟我们嫂把线桌段2分成2份，糕最后台得到秋图3.胁5。图3.碑5图3.冷4实例——静力坡学分畅析接下跑来我禽们对批整个跌面进授行划庄分网果格。晌我们柿这里宣选择塞默认糕的自阻由划笋分，万点击Me馋sh，会碰提示答你让丽你选妙择想编要划盲分的绿面(图3.虏6)，点齐击这衫个面与或者库选pi蹲ck戴a臣ll。图3.赢6实例——静力教学分升析之后潮我们拢会会皇得到感如图3.饭7所示瞎的网恭格图捷。我爪们可持以看硬到由虑于我竖们之躬前对游线段1和线弄段2进行冠了人耗为的看划分家，所社以，泳线段1和线胶段2分别文是4个单廊元和2个单供元(画红图3.察7实例——静力叨学分罢析圈的浮部分)。我们顷可以甲看到幸，由固于是抵自由畅划分授，所选以伟网格呼的质跳量比顽较差愈，单翻元大忙小不缓一。水为了氏改善午网格横质量惹，提柳高计估算精胃度，戚我们夜可以损把单童元划演分的疾细致蓄一图3.霜8实例——静力题学分看析点。滚选择Me禾sh陷To椅ol上方谷的Sm蚕ar亮t爷Si偶ze，图3.吧8。可姿拖动嘉滑块宵来改羡变网海格划呀分的冠细致程保度，颈数字译越小炒，网糠格越岂密。这里巡寿我们握选择僵等级4，然窗后点Me党sh，得嘉到图3.失9。我抽们可惯以看偶到，怠图3.购9的网惠格质腹量就启要比春图3.悦7好很音多。图3.柿9实例——静力裳学分住析最后态，我往们通愿过旋熄转的酬方式央来生伪成轴宿。选步择前肤处理谅模块锈中的Mo欣da块li火ng凡→O李pe敌ra思te→Ex聚tr俗ud疼e，再隐选El招emEx凤t末Op姻ts，就项会弹猎出如郊图3.榴10所示扶的对酿话框堤。这框里，老我们督要把葬单元驱类型似选成帽实体记单元so同li掩d1切86。在铅对话类框下姨面有急个单眉元划夏分数蜓量的渗对话卖框，缎至少辱要写1，这谜里我摩们划史分4份。赞点击OK。图3.疑10实例——静力絮学分踢析在Ar举ea壮s下拉井菜单它中选跪择Ab轻ou笛t炼Ax芝is，如屑图3.辫11。然随后选晶择需默要旋婆转的每面，蔽点OK。再舌选择排旋转梁轴上旧的两方点，嘱如图3.贝9红圈国所示值，点OK。会献弹出忍如图3.悼12所示泄对话奖框，蹦在下膏面一偏栏里珍，填渔上一不周所别分体绝数量摄，这叶里把箱体一毯周分受成4份，骄然后就点OK，得谅到图3.判13。图3.印11图3.捞12实例——静力替学分烤析显示正单元忧。在挥使用聚菜单配中，抵选pl腿ot社→e病le轿me挤nt(图3.苹15冒)，就缩慧能显控出如滑图3.亡14所示哄的模室型了处。图3.泊13图3.矩14实例——静力桑学分满析确定苦分析魄类型在主缸菜单事中选域择求督解模转块so馅lu脆ti尽on，然貌后选彻择An家al蔬ys放isTy逮pe童→N哈ewAn掏al渐ys活is命令呢，出忧现Ne滨w喊An趣al尺ys主is对话海框。学选择觉分析殊类型遵为St吓at闹ic区(静力鞋分析)，如状图4.配1所示每。单趴击OK关闭井该对荒话框虹。图4.开1加载袍求解实例——静力果学分哭析加约烟束选择僻求解债模块续里的De悄fi肠neLo惊ad水s→记Ap猫pl填y→享St牺ru腊ct养ur航al→Di系sp剂la赏ce滴me及nt花→O蜡nAr旁ea策s如图4.箭2。然宫后选火择图3.乐15中1轴和2轴的其表面床，单响击OK。弹畜出如亲图4.撑3所示骑的对柄话框妻，选霸择需运要约恼束的摧自由屠度。图4.衣2图4.绍3实例——静力饭学分震析加外摧部激论励选择企求解却模块私里的De距fi迎neLo钩ad林s→遮Ap夸pl冠y→遗St威ru歉ct亚ur资al→Fo乘rc温e/Mo啄me花nt沾→O工nNo董de绸s，如遮图4.唉4。然诞后选纵择大佩小齿摩轮外身圆中张点，贝如图3.考15中所蛾示，宗点击OK。会孩弹出把图4.凭5中的齐对话狡框。图4.振4图4.添5实例——静力塞学分叨析选择株载荷脊所沿游坐标箭轴的房诚方向案，然寄后在兆下方占输入药载荷演的大暂小。话这里饭，载勿荷的桂正负味号表绘示沿犹某一侵坐标咱轴正当方向屡和负获方向遇。单预击OK完成武加载称，加驻载之极后如秒图4.贡6所示溉。图4.拢6实例——静力梨学分淘析求解选择So咱lu仔ti标on劣→S项ol牢ve，点尤击OK，开护始求议解运烧算，否如图4.搞6。图4.损6实例——静力拣学分凝析在主娘菜单丽中选兽择Ge盒ne摆ra禾lPo樱st昏pr封oc妖→P纽奉lo责tRe吸su筝lt治→C除on遵to将urPl某ot拴→No浓da洒l，弹跌出如叉图5.宜2所示肯的对晓话框裕，然像后选假择No除da而l汉So旁lu担ti映on查看砌不同结肥果。查看高求解库结果图5.响1图5.哪2实例——静力印学分志析位移论变形隶图X方向眠位移Y方向郊位移Z方向卵位移整体拦位移实例——静力往学分脾析实例——静力禁学分棵析受力商图X方向监受力Y方向矩受力Z方向愤受力整体窄受力Mi揭se肤s应力症图由于述实体晨建模关单元辫数多勿，计薪算慢叛，效巾率低雪，所石以，初这种各轴对乌称模研型我袍们一冻般用头梁单步元(b妈ea此m)和壳絮单元(s尾he桑ll瓶)来模岁拟。晃这种轧简化复单元善具有顶精度脾高，乱运算醋速度内快，室效率雁高的塞优点妙。下面鼠我们粘先简纺单介够绍一痛下Be痛am母18疫8单元实例——动力魄学分浸析动力宫学分天析单元划的选秩择Be丧am养18耐8单元蚀适合功于分航析从删细长塘到中怀等粗牙短的仅梁结柜构，怖该单臣元基驻于铁创木辛抵哥梁间结构龄理论唤，并低考虑鉴了剪影切变邮形的厕影响悼。Be库am境18苦8是三转位线湿性或饭者二怖次梁品单元系。每笼个节凤点有咳六个滩或者弟七个孟自由祝度。第这个佩单元派非常芬适合油线性捞、大滥角度暗转动础和非秒线性略大应祖变问吸题。实例——动力骗学分五析下面远是单杂元的杨几何肯示意嫂图实例——动力毯学分颜析建模码过程赠和其仿他类宋型分份析类归似，假但要犬注意究以下击两点庭：在模券态分牲析中移只有萍线性谜行为历是有积效的拾。材料腿兴致垃可以嫂是线壳性的导或非西线性沸的、溜各向剂同性母的或笛正交订各向蚁异性掉的、己恒定湖的或蜓和温谜度相絮关的滤。下面甩是用根梁单乎元建接立的阵有限耍元模铲型。差其中蔑轴承云部分者用弹簧陵单元(c垂om菊bi树21岔4)来模冲拟，昏可设畅置刚屯度和吹阻尼市。实例——动力狗学分及析建立葱模型实例——动力沉学分奸析梁单拦元有驼限元层模型指定太分析螺选项实例——动力桨学分赠析模态农分析对于我模态牙分析界的分晋析选蔽项主他要需妻要指鸦定模仙态提触取方摸法，取模态遥提取协阶数垦，模顽态扩拳展的漆阶数榨和预匪应力青选项坟和求赶解频丽率范慎围等次选项费，具丛体操活作如宪下：(1衰)从主仗菜单悠中选数择so汗lu昨ti剖on荣→A换na露ly挨si赌sTy奋pe狠→N蒜ewAn鹅al羊ys多is命令蝴，将耕弹出Ne凑w梳An崖al材ys钩is对话殃框。电在对鹅话框贪中指翠定分猛析类淘型为Mo葬da孕l(模态继分析)，单霞击OK。实例——动力滤学分易析(2朵)从主鉴菜单冲中选公择so玻lu肯ti束on纸→A先na示ly葵si丢sTy察pe芳→A功na亡ly两si昼sOp哄ti撑on砌s命令雾，将院弹出亚如下痒图所狗示对播话框坏。实例——动力才学分州析(3玩)在对睁话框垮中，完可以缎指定怀模态扑提取夕方法聚、提钳取模鞠态数徒和扩赤展模兴态数米以及吗预应锻力选拨项，侍然后仍点击OK，可似得到良如下奋对话烤框。实例——动力蝇学分言析(4蠢)在对朱话框问中对为模态女提取岂的范辱围进杜行定萝义，获设置住开始胜频率赠和结棋束频适率。实例——动力引学分带析(5示)单击OK，完抽成对乞分析颈选项忽的设竖置。2.进行洗求解从主踩菜单沈中选迁择So唱lu祥ti撕on田→C载ur锄re沃ntLS命令走，然唤后单嫁击OK，软辅件开掏始进存行求关解。以下兼是模碗态计膛算的煌命令施流和乞结果案。求解劲模态删的命迈令流(A置PD孙L)如下下所示恐：/so仔lu!进入厦求解窗器模佳块an夫ty皱pe坊,m浪od骡al!确定出分析喜类型牢为模叹态分膜析mo铃do述p,耍qr宪da农mp沸,1衡0,裹,,调on沿!选择扑模态映提取斤方法释为QR阻尼代法由，计绿算10阶模共态，端计算瘦单元永解co无ri榆ol洋is饥,o区n,寺,,厚on!开启竭陀螺交效应mx挨pa冬nd傲,1眨0编!拓展偶模态逮为10so缸lv醒e暗!求解fi耗ni竖sh怜!结束实例——动力关学分叉析Ca织mp色be扭ll图实例——动力肉学分盏析表1系统阀各阶芽固有朱频率求得秘系统腾的各贿阶固任有频番率和规振形喉图如观下所塞示实例——动力肝学分梅析一阶唐振型二阶伏振型实例——动力糕学分孟析三阶骆振型四阶条振型实例——动力遇学分抱析五阶票振型六阶所振型实例——动力泥学分脊析1.指定雪分析塌选项谐响暂应分珠析实例——动力划学分晚析谐响艰应分泄析中社需要唇指定治分析筋的方洞法。终由于俘我们愤之前揪做了惩一次供模态抽分析垦，故片本例咐将采柳用模烈态叠垒加法帝来进融行分伴析，箭为此挥还要煌指定虽最大冶模态内数。觉模态班分析心发的考有点抱就是逼计算提速度英快。代下面箭对进焦行模袭态叠秤加法疼谐响雷应分之析需监要的野各类凝选项或进行顷设置实例——动力既学分丘析(1喇)从主枕菜单迫中选薄择so至lu胞ti养on公→A坏na较ly价si困sTy台pe揭→N筐ewAn厌al悼ys垮is命令业，将饺弹出Ne骗w野An暖al印ys脾is对话戏框。诉在对戴话框学中指雕定分橡析类洞型为Ha柜rm陕on暗ic奇(谐响烂应分泪析)，单千击OK。(2窝)从主子菜单枣中选务择So艘lu绩ti置on俩→A育na胶ly盟si恒sTy芹pe收→A丹na治ly舅si匀sOp茧ti益on端s命令津，将敏弹出漫谐响参应分困析选舞项的负对话贯框，腔如下共图所班示实例——动力赶学分杯析(3猪)在谐能响应已分析嫂选项泽对话忆框中蕉，从so著lu夹ti灿on伙m钳et额ho汤d下拉贱列表损框中粪选择Mo们deSu到pe节rp今os容’n选项牲，指俊定求嫂解方犯法为适模态蒜叠加举法，宫将结正果输婆出方吓式设本置为裤按照暑幅值代和相晶位的禾形式突输出课结果伴。实例——动力蝇学分机析(4驼)单击OK，关章闭对饱话框死，将被弹出汗模态职叠加旺法谐往响应汪分析神对话陈框，溉如下芽图。(5永)在模鞭态叠赴加法附谐响备应分衣析对吵话框德中的Ma棵xi思mu治nmo宰de党n侵um蠢be窄r(最大费模态盾数)文本稍框中歪输入10，即洁取10阶模电态。居然后挑单击OK关闭因对话鼠框，胞完成铸设置鼠。实例——动力蚂学分枝析(6主)在主稿菜单筐中选缴择So咸lu民ti河on各→L征oa贵dSt颜epOp扇ts齿→T迅im显e/说Fr名eq片ue御nc→F抗re仆q桂an董dSu瓣bs户tp贤s命令幕，弹鞭出如牺下对蒸话框谨。实例——动力轻学分恳析(7卧)在谐鞠响应被频率恋和子选步选伍项中勺，设艘置研普究的估频率泰范围疼为0~怒10挺00掏Hz，子劲步为80师00。单凶击OK完成军设置妥。实例——动力设学分饥析2.进行墙求解从主做菜单串中选基择So锈lu斧ti舱on院→C匠ur泛re恶ntLS命令壮，然横后单垒击OK，软尿件开乌始进概行求桶解。以下景是谐征响应并分析脱的命惜令流谜和结余果。计算求谐响移应的诞命令肃流如偿下：/S生OL回U!进入什求解捐器AN阴TY佳PE椒,h赶ar金mi甚c!谐响皇应分肆析HR滨OP蔽T,脖MS队UP饮,1臭0,斜,0潜!指定雾采用疑模态且叠加牛法，村计算浅模态机数目肆为10HR追OU挽T,县OF庙F,止OF避F,烛0天!自由童度显氧示方闷式为矮振幅+相位HA糟RF旨RQ量,0午,1乐00许0旨!设置卧频率估范围茶，0~历10其00麦HzNS软UB饥ST引,8村00锣0,吴!载荷闻子步80钩00KB理C,子1迟!指定设载荷免为阶鸽跃载浑荷So者lv亲e暑!求解Fi田ni忘sh籍!结束实例——动力桐学分升析谐响隆应图实例——动力最学分见析瞬态办动力销学分尿析是驾用与梯确定盏承受枣任意帅的随精时间舱变化毕载荷伶的结蜜构的最动力己学响猎应的禽一种乐方法衣。在筒本例袍中，篇除了箭要施故加的径不平盗衡力殿是随虑时间跨变化效的，抬齿轮牢受到质的切登向力艳，径甘向力英，轴庆向力臂都是欺随时享间变外化的鹊。具波体操寇作如魔下：实例——动力灾学分同析瞬态船分