1、ANSYS 课程设计实例一 连杆的受力分析一、问题的描述汽车的连杆，厚度为 0.5in，在小头孔内侧 90 度范围内承受P=1000psi 的面载荷作用，用有限元分析该连杆的受力状态。连杆的材料属性：杨氏模量 E=30106psi，泊松比为 0.3。由于连杆的结构对称，因此在分析时只采用一半进行即可，采用由底向上的建模方式，用 20 节点的 SOLID95 单元划分。二、具体操作过程1.定义工作文件名和工作标题2.生成俩个圆环面生成圆环面：Main MenuPreprocessorModel CreatAreas CircleBy Dimension，其中RAD1=1.4，RAD2=1，THE
2、TA1=0，THETA2=180，单击 Apply，输入THETA1=45，单击 OK。打开面号控制，选择 Areas Number 为 On，单击 OK。3.生成俩个矩形生成矩形：Main MenuPreprocessorModel CreatAreas RectangleBy Dimension，输入 X1=-0.3，X2=0.3，Y1=1.2，Y2=1.8，单击 Apply，又分别输入 X1=-1.8，X2=-1.2，Y1=0，Y2=0.3，单击 OK。平移工作平面：Utility MenuWorkPlaneOffset WP toXYZ Location，在 ANSYS 输入窗口的魅力
3、输入行中输入 6.5，按 Enter确认，单击 OK。将工作平面坐标系转换成激活坐标系：Utility MenuWorkPlaneChange Active Cs toWorking Plane。4又生成圆环面并进行布尔操作生成圆环面：Main MenuPreprocessorModel CreatAreas CircleBy Dimension，其中RAD1=0.7，RAD2=0.4，THETA1=0，THETA2=180，单击 Apply，输入THETA1=135，单击OK。对面进行叠分操作，结果如图5.生成连杆体激活直角坐标系：Utility MenuWorkPlaneChange Ac
4、tive Cs toGlobal Cartesian。定义四个新的关键点：Main MenuPreprocessorCreatKeypointsIn Active CS，在对话框中分别输入：X=2.5，Y=0.5，单击 Apply；X=3.25，Y=0.4，单击Apply；X=4，Y=0.33，单击 Apply；X=4.75，Y=0.28，单击 OK。激活总体坐标系：Utility MenuWorkPlaneChange Active Cs toGlobal Cylindrical。生成样条线：Main MenuPreprocessorCreatSplinesWith OptionsSplin
5、e thru KPs，拾取上述关键点，单击OK，在对话框中输入：XV1=1，YV1=135，XV6=1，YV6=45，单击OK，生成的样条曲线结果如图所示。6.生成一个新面连线：Main MenuPreprocessorCreatLinesStraight Line，拾取关键点 1,18，单击 OK。打开显得编号控制显示线：Utility MenuPlotLine，显示结果如图所示。生成连杆体面：Main MenuPreprocessorCreatArbitraryBy Lines，拾取线编号为：6,1,7,25，单击 OK，生成结果如图所示。对连杆大头孔进行局部放大：利用工具条上的 Box
6、Zoom 键，在屏幕上拾取连杆大头孔的画出一个矩形，完成局部放大操作。在线之间进行倒角：Main MenuPreprocessorCreatLine Fillet，拾取屏幕上编号为 36,40 的线，单击 Apply，在出现的对话框中输入 RAD=0.25，单击 Apply，对编号为 40,31 和 30,39的线重复上述操作，最后单击 OK，生成的结果如图由倒角的边界线生成面：Main MenuPreprocessorCreat ArbitraryBy Lines，在图形屏幕上拾取编号为 12,10,13 的线，单击 Apply，在分别拾取线 17,15,19，然后拾取线23,21,24，最
7、后单击OK，生成由倒角边界线围成的面，如图所示。所有的面相加：Main MenuPreprocessorOperateAddAreas，出现拾取框，单击Pick All，有所有的生成另外一个新面，如图所示。7.关闭线号和面号显示关闭线和面的编号显示。显示面。保存几何模型。8.生成 2D 网格定义单元类型：Main MenuPreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete,选择 Mesh Facet 200，在 Option 中设置 K1 为 QUAD 8-NODE， ，单击 OK，如图所示。设置单元尺寸：Main MenuPreprocessorMesh Tool
8、，在出现的工具条上单击Global 上的 Set，输入 Size=0.2，单击 OK。然后采用自由网格划分的结果如图。保存网格结果。9.采用拖拉生成 3D 网格设置 3D 单元类型：Main MenuPreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete，选择 Structural Solid，Brick 20node 95，单击 OK。设置拖拉方向单元数目：Main MenuPreprocessorOperateExtrudeElem ExtOpts，输入 VAL1=3，单击 OK。拖拉生成 3D 网格：Main MenuPreprocessorOperateExtr
9、udeAreasAlong Normal，拾取面，单击 OK，输入 DIST=0.5，单击 OK，生成 3D 网格如图。 保存 3D 网格10.输入材料属性Main MenuPreprocessorMaterial Models，在对话框中输入EX=30e6,PRXY=0.3，单击 OK。完成材料属性设置。11.施加约束和载荷在大孔的内表面施加对称约束：Main MenuSolutionload ApplyStructural DisplacementSymmetry BC On Areas，拾取大孔内表面，单击 OK。在 Y=0 的所有面上施加对称约束施加 Z 方向的约束，结果如图。12 施
10、加力并求解设置面载荷的表示方式：Main MenuPlotCtrlsSymbol，在 Show pres convect as 后面的下拉列表栏中选择 Arrow，单击 OK。在小孔内表面施加面载荷：Main MenuSolutionload-Apply_Structural-PressureOn Areas,拾取小孔内表面，单击OK。 ，在 Load PRES value 后输入 1000选择求解器，求解运算保存结果数据文件13浏览分析结果Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour plot-Nodal Solu，选择 Stress，在右侧栏中选择
11、VonMises SEQV，单击 OK，结果如图所示。实例二 压力容器的应力分析一、问题的描述企业设计的 1 台直径 700 的立式储罐，其中手控直径为 88，材料 16MnR，设计压力为 13.5Mpa，弹性模量 201Gpa，泊松比 0.3。在压力容器的应力分析设计中，部件设计所关心的是压力沿壁厚的分布规律及大小，可采用沿壁厚方向的校核线来代替校核截面。由于容器为轴对称结构，仅考虑对储罐上半部及手孔一封头-筒体进行缝隙设计。二、具体操作过程1.定义工作文件名和工作标题2.指定单元类型和材料属性3.建立几何模型生成矩形生成部分圆环面叠分面删除面倒角由倒角生成面面相加生成关键点连线生成新面作垂
12、线面分割进行压缩操作合并关键点4.划分网格设置单元尺寸设置全局单元尺寸划分网格5.施加载荷并求解在线上施加约束载荷在节点施加约束载荷在线上施加面载荷施加集中载荷求解运算6.浏览运算结果查看变形结果查看结点 Von Mises 应力结果实例三 输气管道应力分析一、问题的描述R1=0.3 R2=0.5 承 受 内 压 ： 1.0e8 Pa 图 1 受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图）管道材料参数：弹性模量 E=200Gpa；泊松比 v=0.26。根据结构的对称性，只要分析其中 1/4 即可。此外，需注意分析过程中的单位统。二、具体操作过程1.定义单元类型和材料属性设置计算类型：ANSYS M
13、ain Menu: Preferences select Structural OK选择单元类型：执行 ANSYS Main MenuPreprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 8node 82 apply Add/Edit/Delete Add select Solid Brick 8node 185 OK Options select K3: Plane strain OKClose 如图 2 所示，选择 OK，关闭对话框。设置材料属性：执行 Main MenuPreprocessor Material Pr
14、ops Material Models Structural Linear Elastic Isotropic，在 EX 框中输入 2e11，在 PRXY 框中输入0.26，如图 3 所示，选择 OK 并关闭对话框。2.创建几何模型选择 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标：1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) OK生成管道截面。ANSYS 命令菜单栏: Work PlaneChange Active CS toGlobal Spheric
15、al ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines In Active Coord 依次连接 1,2,3,4 点OK，如图Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines 依次拾取四条边OK ANSYS 命令菜单栏: Work PlaneChange Active CS toGlobal Cartesian，如图。拉伸成 3 维实体模型Preprocessor Modelingoperateareasalong normal 输入2，如图。3.生成有限元网格Preprocesso
16、r Meshing Meessor-Meshing-Mesh-Volume-Free，弹出一个拾取框，拾取实体，单击 OK 按钮。生成的网格如图。4.施加载荷并求解施加约束条件：执行 Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取前平面，单击 OK 按钮，弹出如图 8 所示的对话框，选择“UY”选项，单击 OK 按钮。同理，执行 Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取左平面，单击 OK 按钮，弹出如图 8 所
17、示的对话框，选择“UX”选项，单击 OK 按钮。施加载荷：执行 Main Menu-Solution-Apply-Structural-Pressure-On Areas，弹出一个拾取框，拾取内表面，单击 OK 按钮，弹出如图 10 所示对话框，如图所示输入数据 1e8，单击 OK 按钮。如图所示。生成结构如图。求解执行 Main Menu-Solution-Solve-Current LS，弹出一个提示框。浏览后执行 file-close，单击OK 按钮开始求解运算。出现一个【Solution is done】对话框是单击 close 按钮完成求解运算。5.显示结果显示变形形状：执行 Mai
18、n Menu-General Posproc-Plot Results-Deformed Shape，弹出如图 11 所示的对话框。选择“Def+underformed”单选按钮，单击 OK 按钮。生成结果如图所示。浏览节点上的 Von Mises 应力值：执行 Main Menu-General Posproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，弹出如图 15 所示对话框。设置好后单击 OK 按钮，生成结果如图所示。6.以扩展方式显示计算结果设置扩展模式：执行 Utility Menu-Plotctrls-Style-Symmetry Expansio
19、n，弹出如图所示对话框。选中“1/4 Dihedral Sym”单选按钮，单击 OK 按钮，生成结果如图所示。以等值线方式显示：执行 Utility Menu-Plotctrls-Device Options，弹出如图所示对话框，生成结果如图所示。实例四 板中圆孔应力集中一、 问题的描述一个承受双向拉伸的无限大板，在其中心位置有一个小圆孔，相关的结构尺寸如下所示：材料属性为：弹性模量 E=2e11Pa，泊松比 v=0.3，拉伸载荷为：q=1000Pa，圆孔直径为：=10mm，平板的厚度为：t=1mm。二、具体操作过程1.定义工作文件名和工作标题定义工作文件名：Utility MenuFileC
20、hange Jobname,在出现的对话框中输入“Plate”,并将”New log and error files”复选框选为？“yes”,单击“OK” 。定义工作标题：同上单击 Change title,在出现的对话框中输入“The Analysis of Plate Stress with small Circle”,单击 OK重新显示 replot。2.显示工作平面3.创建几何模型生成一个正方形：X、Y 坐标变化值均为 0 到 10生成一个小圆孔：WP X 处输入 0,WP Y 处输入 0，Radius 处输入5，单击 OK。进行面相减：利用 Booleans 运算，用正方形的面积减去
21、圆的面积，生成结果。保存几何模型：单击工具栏上的 SAVE DB。4.定义单元属性定义单元类型： 定义材料属性：保存数据：单击工具栏上 SAVE_DB。5.生成有限元网格：设置网格的尺寸大小采用映射网格划分单元：在 mesh 中选择 Areas_Mapped,再选 by corners,出现一个拾取框，拾取编号为 A1 的面，单击 OK，又出现一个拾取框，依次顺序拾取编号为 5，2，4，6 这 4 个关键点，单击OK，即可生成网格。保存结果：单击工具栏上的 SAVE_DB。6.施加载荷并求解施加约束条件：在线上加约束，选中编号为 L9 的线，单击 Apply,出现如下对话框，选中 UY，施加约
22、束，再选中编号为 L10 的线，出现对话框后选中 UX，单击 OK。施加载荷：拾取编号为 L2，L3 的线段施加如下载荷，并显示生成求解：在 Solution 里点击 Current LS，弹出一个检查信息窗口，浏览完并确认后关闭，系统开始分析计算，显示 Solution is done 后，关闭提示框。保存结果：操作同上。7.浏览计算结果 显示变形形状：在后处理中单击 Plot Result,再单击 Deformed shape,弹出如图对话框，选中 Def+Undeformed，单击 OK 显示结果。显示节点上的 Von Mises 应力值：Plot ResultNodal Solu,弹出
23、对话框点击 Stress,选择 Von Mises SEQV,单击 OK，显示彩云图。列表节点的结果：在 List Results 里点击 Nodal Solution,选择 Stress,右边列表选择 Components SCOMP,单击 OK，显示结果。8.以扩展方式显示计算结果设置扩展模式：PlotCtrlsStyleSymmetry ExpansionPeriodic/Cyclic Symmerty Expansion,弹出对话框点击 OK，接受其缺省设置。显示节点的 Mise 应力：Plot ResultsContour PlotNodal Solution，在弹出的对话框中选择
24、Stress,在右边的栏中选择 Von Mises SEQV,单击 OK，显示应力彩云图。以等值线方式显示：PlotCtrlsDevice Options,在弹出的对话框中选取 Vector mode 后面的复选框，使其处于 ON，单击 OK，生成结果。实例五 圆盘的大应变分析一、 问题的描述两块钢板夹一个圆盘，圆盘的材料属性如下：弹性模量：E=1000MPa，泊松比： v=0.35，屈服强度： Yield Strength=1 Mpa，剪切模量：Tang Mod=2.99Mpa。由于上下两块钢板的刚度比圆盘的刚度大的多，钢板与圆盘壁面之间的摩擦足够大，因此在建模时，只建立圆盘的模型。二、具体
25、操作过程1.定义工作文件名和工作标题定义工作文件名：Utility MenuFileChange Jobname,在出现的对话框中输入“Plate”,并将”New log and error files”复选框选为“yes”,单击 OK。定义工作标题：同上单击 Change title,在出现的对话框中输入“The Analysis of Plate Stress with small Circle”,单击”OK“.重新显示 replot.2.定义参数、材料属性和单元类型定义参数的初始值：ParametersScalar Parameters，弹出如下对话框，在 Slection 下面输入：L
26、=3,点击 Enter；D=12，点击Enter,关闭窗口。设置材料属性：EX=1000，PRXY=0.35, Yield Strength=1 Mpa, Tang Mod=2.99Mpa 关闭窗口完成材料属性的设置。定义单元类型：Element typeAdd/Edit/Delete,弹出的对话框选择 Add,又弹出一个对话框，在左面列表选择 Visco Solid,右面列表选择 4 node Plas 106,如图所示，单击 OK；单击 Option,弹出对话框在 Element behavior 后的下的菜单中选择 Axisymmetric,单击 OK，关闭窗口，完成单元类型设置。3.生
27、成有限元模型生成矩形面：输入 X1=0，X2=D/2，Y1=0，Y2=L/2，单击 OK，生成一个矩形。设置单元尺寸：对图形中的长线设置：NDIV=12；拾取一条短线：NDIV=5，完成。划分映射网格：在 mesh 中选择Areas_Mapped，在选择 3 or 4 sided,出现一个拾取框，单击 Pick All,划分网格后结果图。保存网格划分结果：点击 Save as,在出现的对话框中输入文件名为 Large_Disk_Mesh.db,单击 OK。5.施加耦合约束选择 Y=1.5 的所有节点：SelectEntities,弹出一个工具条，在最上面的栏中选择 Node，第二栏选择 By
28、Location,再选择 Y 坐标，在 Min,Max 下的输入栏中输入 1.5，单击 OK。在所选节点上施加耦合约束PreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFS,出现一个拾取框，单击Pick All,弹出对话框，在 Set referencenumber 后面输入数字 1，第二栏的下拉菜单中选择 UY，单击 OK。选择所有项目：SelectEverything。4.在线上施加对称约束在 X=0 的线上施加对称约束：SolutionLoad_ApplyDisplacementSymmetry B.C_Lines，出现一个拾取框，拾取编号为 4 的线，单击 OK。在
29、Y=0 的线上施加对称约束：SolutionLoad_ApplyDisplacementSymmetry B.C_Lines，出现一个拾取框，拾取编号为 1 的线，单击 OK。在所有节点上施加 UZ 约束：SolutionLoad_ApplyDisplacementOn Nodes，出现一个拾取框，单击 Pick All,弹出一个对话框，在后面选择 UZ，单击 OK。在 Y=1.5 的线上施加 UX 约束：SolutionLoad_ApplyDisplacementOn_Lines，出现一个拾取框，拾取编号为 3 的线，单击 OK,弹出一个对话框，在后面选择 UX，单击 OK。保存约束数据到文件：FileSave as,在出现的对话框中输入文件名，单击 OK。5.定义分析类型和选项指定分析类型：SolutionAnalysis Type_New Analysis，弹出对话框，选中 Static,单击 OK。设置分析选项：SolutionAnalysis Options, 弹出对话框，设置Large deform effect 处于 ON，单击 OK。打开预测器：SolutionNonlinearPredictor, 弹出对话框，点击 OK。
