数值模拟技术上机作业及指南讲义

I上机作业指南机械系做完后，记得回顾整个过程，这对熟悉求解步骤非常重要！Project1坝体的有限元建模与应力应变分析计算分析模型如图1-1所示,习题文件名:dam。m5序→File→changedirectory→选择工作目录SolidQuad4node42→OK(backtoElementTypeswindow)→Options…→selectK3:ral✓生成特征点rModelingCreateKeypointsInActiveCS✓生成坝体截面→依次拾取两条横边:OK→inputNDIV:15→Apply→依次拾取两条纵边:OK→inputNDIV:1.7模型施加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacementx向的分布载荷ANSYSParametersFunctionsDefineEdit下拉列表框内选择x,作为设置的变量；2)在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取斜边；OK→在下拉列表框中，选择：Existingtable→OK→选择需要的载荷参数名→OKANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK(toclosethesolveCurrentapeselectDef+Undeformed→OK(backtoPlotResultswindow)→ContourPlot→NodalSolu…→ Project2轴对称问题有限元分析如图2.1所示为某冷轧机压下油缸结构简图及受载条件，试求油缸(不包括活塞)的应25054图2.1液压油缸的几何尺寸及受载条件首先，由于油缸在结构及载荷条件上均存在轴对称规律，因此仿真分析时可用轴对称模其次，油缸在工作过程中其应力应变状态不但和载荷的大小有关，而且还和活塞的位置有关。如果想对油缸的应力应变状态进行全面的了解，则必须在油缸行程0~100mm范围内变化活塞的位置来分析油缸的应力应变。在本例题中，我们仅取最危险工况来进行计算。显然，在载荷相同的条件下，活塞的位置越高，油缸的应力应变越大，因此这里取活塞位于最高位时来进行油缸的应力应变计算。为加载方便，几何建模时可在油缸内壁活塞底部对应位置建立辅助关键点。1.建立关键点跳出的对话框中分别填入轴对称简化模型各关键点坐标值：(0,0,0)、(0.5,0,0)、(0.31,0.145,0)、(0.28,0.15,0)、(0,0.15,0)。2.连线→两点一组依次点击相临的关键点形成连线。3.建立圆角。4.建立平面nes→在窗口内用鼠标选择所有的线建立面。5.建立内凹圆角由于油缸内部根部的过渡圆角为特殊的内凹圆角(内凹量2mm)，而圆角区一般为高应依照原结构详细建模。e→SolidCircle→在对话框中输入圆心坐标(0.342,0.163)及半径(0.02)→OK。Booleans→Substruct→Areas→在窗口内用鼠标选择油缸区域→OK→在窗口内用鼠标选择辅助圆→OK。建立线图2.2油缸仿真分析几何模型的建立过程Linear→Elastic→Isotropic→杨氏模量(EX)输入2.1e11，波松比(PRXY)输入0.3。1.选择单元类型Add/Edit/Delete→Add→Solid→QUAD4node42→Ok。2.网格划分存盘(SAVE_DB)。仿真分析模型网格1.施加位移边界条件本分析中，位移边界条件仅仅包括油缸底线上Y方向的位移边界条件。ANSYSmainmenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines→窗口内选择油缸底线→对话框中选择UY→Ok。对于轴对称模型来说，轴线是不可能发生偏移的，所以轴线不需要另外施加对称位移边界条件(Y方向的位移边界条件除外)。2.施加载荷边界条件油缸内表面所承受的载荷以均布载荷的方式作用于与液体接触区。压力的大小可用下式计算：P=F/s=15000000(Pa)Lines→窗口内选择与液体接触的各区域线段→Ok→在VALUELoadPRESValue后面的方框图2.4油缸仿真分析模型载荷及边界条件1.求解oluStress→VonMisesSEQV→OK。图2.5油缸仿真分析等效应力计算结果 Project3平面应力问题有限元分析如图3.1所示片状拉伸式样，受载条件如图3.2所示，求拉伸式样的应力应变情况，设02图2.6片状拉伸式样的几何尺寸图2.7片状拉伸式样的载荷条件。CS→在跳出的对话框中分别填入1/4简化模型各关键点坐标值：(0,0,0)、 连线 11.建立关键点图2.8片状拉伸式样仿真分析几何模型的建立过程 PRXY输入0.3。选择单元类型存盘(SAVE_DB)。图2.9片状拉伸式样仿真分析模型网格a图2.10片状拉伸式样仿真分析模型载荷及边界条件看计算结果时图2.11片状拉伸式样仿真分析等效应力计算结果Project4弹性力学三维问题的分析-1如图所示支架，在上表面受到2N/mm2均布载荷的作用，支架在两个孔表面处固定。1)设置工作平面选择“GridandTriad”调整显示比例，将全部工作平面都显示出来。2)生成带孔的侧板用鼠标选取工作平面的左下角点(0，0)，拾取点(10，40)，移动鼠标直至Depth域的值为-2。也可以直接输入角点坐标，高度、宽度、深度生成侧板如下图所示，点击OK即为生成侧板上的两个孔，先生成两个圆柱体。3)生成顶板设置新的工作平面域的值为-2。也可以输入角点坐标，高度、宽度、深度生成顶板。4)合并几何实体合并两个独立的几何实体，最后生成的几何模型如上图所示。e2)确定材料参数输入弹性模量和泊松比。3)设定网格密度4)划分网格三、施加约束和载荷支架的约束条件为，孔的内表面固定。两个孔内表面上结点的全部位移。选择各对称面完成对称约束条件。如下图所示。对称面上会出现S符号。。按钮出现选择对话框，用鼠标选择要加载的顶板上表面如下图所示。选择上表面选择上表面u等效应力分布轴承座瓦轴轴承座瓦轴沉孔上的推力Y向位移分布一、问题描述向下作用力100Mpa)四个安装孔径四个安装孔径向约束(对称)轴承座底部约束轴承座底部约束(UY=0)二、单元与材料设置1、添加单元类型选择实体单元家族中的2、添加材料属性按如下图所示设置材料的弹性模量和泊淞比三、几何建模法运算做出两个孔。结果如下图所示。6、还原工作平面到初始位置，如下图所示。然后再移动工作平面到上角点，如图所示。，三点选择顺序及创建结果如下图所示。16、创建拉伸体，使用上步创建的面沿法向方向创建拉伸体，拉伸长度为5mm，过程及结18、对现有的实体进行粘结运算，如下图所示划分五、边界条件施加六、求解和后处理结果分析设有如图6.1所示减速机输入轴，其中Φ200为齿轮节圆直径(本分析不涉及齿强度问题，所以在齿轮位置按节圆简化成圆柱)。其输入扭矩为1kN.m，试求减速机输入轴的应力002012ΦΦ08Φ002011ΦΦ001Φ图6.1减速机输入轴的几何尺寸FF=2M/DM=1kN.m图6.2减速机输入轴的载荷条件第一，减速机输入轴虽然在结构上存在轴对称规律，但是其载荷状态为弯扭组合载荷，载荷上不再具有对称性，因此仿真分析时必须用三维立体模型来进行。第二，ANSYS在对不规则空间实体进行网格划分时，往往只能采用金字塔(四面体)单元，不但会大大增加单元的个数，浪费资源，而且还会造成计算精度的下降，因此，在进行三维问题的仿真分析时，应在条件允许的情况下尽量采用六面体单元来建模。本分析中，旋转的方法得到三维模型，即可实现用六面体单元来建模的目的。第三，由于轴类零件一般都需要施加径向或切向边界或载荷条件，在柱坐标下操作更加Z。第四，轴承作用中线处在结构上虽然没有线，但是为了便于边界条件的施加，必须建立辅助线。a)建立关键点跳出的对话框中分别填入轴对称简化模型各关键点坐标值：(0,0,0)、(0,0,0.05)、辅助关 (0,0.65,0.05)、(0,0.7,0.05)、(0,0.7,0.04)、(0,0.82,0.04)、(0,0.82,0)。b)连线→两点一组依次点击相临的关键点形成连线。c)建立圆角d)建立平面nes→在窗口内用鼠标选择所有的线建立面。图6.3减速机输入轴仿真分析平面剖分几何模型的建立过程Linear→Elastic→Isotropic→杨氏模量(EX)输入2.1e11，波松比(PRXY)输入0.3。模型a)选择单元类型Add/Edit/Delete→Add→Solid→QUAD4node42→Ok。b)网格划分图6.4减速机输入轴平面剖分模型网格a)选择单元类型Add/Edit/Delete→Add→Solid→Brick8node45→Ok。b)将二维模型旋转得到三维模型→Areas→AboutAxis→在主窗口内用鼠标选择平面→OK→在主窗口内用鼠标选择轴线的两个端点→OK→OK。。存盘(SAVE_DB)。图6.5减速机输入轴立体模型网格a)施加位移边界条件Cylindrical。→Modeling→Move/modify→RotateNodeCS→ToActiveCS→Pickall。Loads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→PickAll→Ux→OK。节点径向位移图6.6在轴承中线位置节点上施加径向位移边界条件后的效果可以在轴径处某个节点上施加Z方向的位Displacement→OnNodes→在主窗口内用鼠标选择非传动端轴径辅助线上的一个节点→OK。另外，考虑到本分析载荷的施加以节点作用力的方式施加于齿轮区外表面比较合理，因此扭矩输入端可以施加周向约束来限制模型的转动。而周向约束的施加方法与径向约束的施和ByNUM/Pick→OK→在主窗口内用鼠标对输入侧端面节点进行框选→Ok。下拉菜单Plot→Nodes。于前面将系统坐标系统改成柱坐标以后还没有改→Modeling→Move/modify→RotateNodeCS→ToActiveCS→Pickall。Loads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→PickAll→UY→OK。2.施加载荷边界条件载荷的施加以节点作用力的方式施加于齿轮区外表面。先计算总切向力的大小：efineLoadsApplyStructuralForceMomentOnNodes图6.7减速机输入轴仿真分析模型载荷及边界条件2.求解oluStress→VonMisesSEQV→OK。图6.8减速机输入轴仿真分析等效应力计算结果Project7受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解计算分析模型如图7-1所示,习题文件名:cylinder。图7-1受热载荷作用的厚壁圆筒的计算分析模型(截面图)序→File→changedirectory→选择工作目录ThermalSolidQuad4node55→OK(backtoElementTypeswindow)→Options…→✓生成特征点rModelingCreateKeypointsInActiveCS✓生成圆柱体截面KsSet→拾取两条水平边:OK→inputNDIV:5→Apply→拾取两条竖直边:OK→inputNDIV:15