1、实验一 坝体的有限元建模及应力应变分析一、实验目的：1、掌握 ANSYS 软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。3、能利用 ANSYS 软件对结构进行有限元分析。二、实验设备：微机，ANSYS 软件。三、实验内容：计算分析模型如图所示，分析坝体的应力、应变。1m 5m0.55m 四、实验步骤：1 进入 ANSYS程序 A NSYS change the working directory into yours input Initial jobname: dam2 设置计算类型 ANSYS Main Menu
2、: Preferences select Structural OK3 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 4node 42 OK (back to Element Types window) Options select K3: Plane Strain OKClose (the Element Type window)4 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models S
3、tructural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK5 生成几何模型 生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) OK 生成坝体截面ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPS 依次连接四个特征点，1(0,0),2(1,0)
4、,3(1,5),4(0.45,5) OK 生成坝体截面如图一图一6 网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool(Size Controls) lines: Set 依次拾取两条横边:OKinput NDIV: 15 Apply 依次拾取两条纵边:OK input NDIV: 40 OK (back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped Mesh Pick All (in Picking Menu) Close( the Mesh Tool window)图二7
5、 模型施加约束 分别给下底边和竖直的纵边施加 x 和 y 方向的约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On lines pick the lines OK select Lab2:UX, UY OK 给斜边施加 x 方向的分布载荷ANSYS 命令菜单栏: Parameters Functions Define/Edit 1) 在下方的下拉列表框内选择 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：1000*X； 3) FileSave(文件扩展名：fun
6、c) 返回： Parameters Functions Read from file： 将需要的.func 文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷OK ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines 拾取斜边；OK 在下拉列表框中，选择：Existing table OK 选择需要的载荷参数名OK图三8 分析计算ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load Step windo
7、w) OK9 结果显示（1）变形情况ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK (back to Plot Results window)如图四;图四（2）位移情况General Postproc Plot ResultsContour Plot Nodal Solu select: DOF solution, UX,UY, Def + Undeformed , 如图五、六、七所示图五 X 方向位移图图六 Y 方向位移图图七 总的位移图（3）压力结果图Gener
8、al Postproc Plot ResultsContour Plot Nodal SoluStress ,SX,SY,SZ, Def + UndeformedOK 如图八、九、十所示：图八 X 方向应力图图九 Y 方向应力图图十 Z 方向的应力图10 结果分析由以上实验的变形和位移的云图可知，坝体最上边的变形量最明显，最大，主要是因为最上边所受载荷最大，故最大位移量发生在坝体的顶部。由应力云图可知，X 轴最大应力发生在坝体最上边的最右边，而 Y 轴最大应力发生在坝底的两个拐角处： Z 轴方向所受应力与 X 轴方向相同，故应加固坝底拐角和坝顶最外拐角的强度，从而能提高坝体的强度。实验二 平板
9、孔的有限元建模及应力应变分析如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。已知条件：F20N/mm，L200mm，b100mm，圆孔半径r20，圆心坐标为（100，50），E200Gpa。板的左端固定。图1-2 带孔平板模型1问题描述实例类型：ANSYS结构分析。分析类型：线性静力分析。单元类型：PLANE82ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧。ANSYS帮助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural
10、Static Analysis 分析知识，在ANSYS Elements Reference部分了解Plane82单元的详细资料。2建立有限元模型1)建立工作目录并添加标题以 Interactive 方式进入 ANSYS，File 菜单中设置工作文件名为 Plane、标题为plane。2)定义材料属性其操作如下：GUI：PreProcessor Material Props Material models Structural Linear Elastic Isotropic在弹出对话框中键入EX=200000（单位Mpa），PRXY0.3。3）定义单元实常数操作如下：选择单元对于任何分析，必
11、须在单元类型库中选择一种或者多种合适的单元类型。单元类型决定了附加的自由度（位移，转角、温度等）。许多单元还需要设置一些单元选项，比如单元特性和假设。单元结果的打印输出选项等，对于本问题选择Plane82单元。选择单元得操作如下：GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete选择Plane82，单击OK按钮。GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete Options在K3项后面下拉菜单中选“Plane strs w/thk“。单元厚度为20mm，定义单元厚度操作如下：GUI：PreP
12、rocessor Menu Real Constants Add/Edit/Delete Add在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值20。4)创建实体模型（1）创建关键点其操作如下：GUI：PreProcessor Modeling Create keypiont in active CS 1(0,0,0), 2(0.1,0,0), 3(0.2,0,0), 4(0.2,0.05,0), 5(0.2,0.1,0), 6(0.1,0.1,0),7(0,0.1,0),8(0,0.05,0),9(0.08,0.05,0),10(0.1,0.03,0),11(0.12,0.05,0),12(0
13、.1,0.07,0),13(0.1,0.05,0)(2) 创建线其操作如下：GUI：PreProcessor Modeling Create lineslinesstraight line;(3) 创建面其操作如下：GUI：PreProcessor Modeling Create AerasArbitaryby lines（4）下面通过布尔“粘”操作生成圆孔，其操作如下：GUI：Processor Modeling Operate Booleans glue Areas单击pickall,单击OK按钮，布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板。如图所示图 1 平板模型5)划分网格如图 1 可知将平
14、板均分为四块，每一块分网相同，所以选择小块长边输入 NDIV 值40，短边为 10，与圆弧相连长边 NDIV 值为 8，短边为 5，且圆弧上值设为 5，同理，另外三块相同区域设置相同 NDIV 值，划分网格结果如图所示，其操作如下：GUI：PreProcessor Meshing mesh tool mapmeshpick all 如图 2、图 2 平板划分网格图3 施加载荷并求解1)定义约束由已知得，需要固定（Fix）板左边线，即需要约束线上节点所有自由度（All DOFs），其操作如下：GUI：Solution Define Loads Apply Structural Displacem
15、ent On Lines弹出Apply U，ROT on Lines 对话框。选择板左侧边线，在Lab2 栏选All DOF。单击Apply按钮。2)施加载荷在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/201Mpa，施加载荷操作如下：GUI：Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines弹出Apply PRES on Lines 对话框，键入载荷值-1（由于载荷方向离开板，为拉力所以为负值，反之为正），单击OK按钮。如图3图 3 平板施加载荷、约束3求解GUI：Solution Solve Current LS4查看分析结果下面查看
16、分析结果，对于静力分析主要是模型位移及等效应力等值线图或者节点结果数据列表。1)显示模型变形图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Deformed Shape如图4图 4 平板变形图2)显示位移等值线分布图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Nodal Solution DoF Solution Displacement Vector sum如图5图 5 平板位移云图3)显示等效应力等值线图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal
17、Solu Stress Von Mises如图6图 6 平板应力云图5 结果分析板的最大变形量为0.124X10 -5m，从ansys分析结果图中可以看出，位移最大的位置为平板圆孔右端，即发生最大变形量的位置为平板的最右段，即力作用的地方，左端为固定端，故最左端的位移为0。所受的最大应力为3.794pa，同时，由图发现最大应力出现在孔的上下两顶点，与实际情况相同，可知分析正确。实验总结：1、建模：熟悉基本的建模操作.2、施加载荷和求解：掌握定义对称约束和施加均布载荷的操作步骤，可以根据结构及其载荷的分布判断是否可以通过其对称性适当地简化模型。3、查看分析结果：掌握显示变形图形和应力等值线图的操
18、作，掌握动画显示参数变化的操作步骤，能够显示变形动画；了解基本的验证技巧，特别是通过网格细化并进行结果对比来验证网格密度是否合理。附件I：实验一 log文件/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP20090415 14:11:26 06/22/2012 /FILNAME,dam,1 /TITLE,Dam /PREP7 ET,1,PLANE42ET,2,PLANE42KEYOPT,1,1,0KEYOPT,1,2,0KEYOPT,1,3,2KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0MPDATA,EX,1,2.1e11 MPDATA,PRXY,1,0.3 /REP
19、LOT,RESIZE K,1,0,0,0, K,2,1,0,0, K,3,1,5,0, K,4,0.45,5,0, /RGB,INDEX,100,100,100, 0 /RGB,INDEX, 80, 80, 80,13 /RGB,INDEX, 60, 60, 60,14 /RGB,INDEX, 0, 0, 0,15 /REPLOT FLST,2,4,3 FITEM,2,1 FITEM,2,2 FITEM,2,3 FITEM,2,4 A,P51X SAVEFLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,3 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1
20、,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,15, , , , ,1 FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,2 FITEM,5,4 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,40, , , , ,1 MSHAPE,0,2D MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 FINISH /SOLFLST,2,2,4
21、,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 DL,P51X, ,UX, FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 DL,P51X, ,UY, *DEL,_FNCNAME *DEL,_FNCMTID *DEL,_FNCCSYS *SET,_FNCNAME,yy *SET,_FNCCSYS,0 ! /INPUT,zaihe.func,1 *DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,3,1,%_FNCCSYS% ! Begin of equation: 1000*X *SET,%_FNCNAME%(0,0,1), 0.0, -999 *SET,%
22、_FNCNAME%(2,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(3,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(4,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(5,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, -1, 0, 1000, 0, 0, 2 *SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0.0, -2, 0, 1, -1, 3, 2 *SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0, 99, 0, 1, -2, 0, 0 ! End of equation: 100
23、0*X !FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 /GO SFL,P51X,PRES, %YY% /STATUS,SOLUSOLVE /REPLOT,RESIZE /STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,1/EFACET,1 PLNSOL, U,X, 1,1.0 /EFACET,1 PLNSOL, U,Y, 1,1.0 /EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 1,1.0SAVE/EFACET,1 PLNSOL, S,X, 1,1.0 /EFACET,1 PLNSOL, S,Y, 1,1.0 /EFACET,1 PLNSOL, S,
24、Z, 1,1.0 SAVESAVEFINISH ! /EXIT,ALL附录实验二 log文件/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP20090415 14:55:12 06/22/2012/PREP7 MPDATA,EX,1,2e11 MPDATA,PRXY,1,0.3 /REPLOT,RESIZE ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,0.02, K,1,0,0,0, K,2,0.1,0,0,K,3,0.2,0,0,K,4,0.2,0.05,0, K,5,0.2,0.1,0, K,6,0.1,0.
25、1,0, K,7,0,0.1,0,K,8,0,0.05,0, K,9,0.08,0.05,0,K,10,0.1,0.03,0,K,11,0.12,0.05,0, K,12,0.1,0.07,0,K,13,0.1,0.05,0,SAVELSTR, 7, 8 LSTR, 8, 9 LSTR, 7, 6 LSTR, 6, 12 LSTR, 6, 5 LSTR, 5, 4 LSTR, 4, 3 LSTR, 3, 2 LSTR, 2, 1 LSTR, 1, 8 LSTR, 2, 10 LARC,12,9,13,0.02, LARC,9,10,13,0.02, LARC,10,11,13,0.02, LA
26、RC,11,12,13,0.02, LSTR, 11, 4 FLST,2,5,4 FITEM,2,3 FITEM,2,4 FITEM,2,12 FITEM,2,2 FITEM,2,1 AL,P51X FLST,2,5,4 FITEM,2,10 FITEM,2,2 FITEM,2,13 FITEM,2,11 FITEM,2,9 AL,P51X FLST,2,5,4 FITEM,2,8 FITEM,2,11 FITEM,2,14 FITEM,2,16 FITEM,2,7 AL,P51X FLST,2,5,4 FITEM,2,15 FITEM,2,4 FITEM,2,5 FITEM,2,6 FITE
27、M,2,16 AL,P51X FLST,2,4,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-4 AGLUE,P51X /REPLOT,RESIZE /REPLOT,RESIZE FLST,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,3 FITEM,5,5 FITEM,5,8 FITEM,5,-9 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,40, , , , ,1 FLST,5,1,4,ORDE,1 FITEM,5,1 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMS
28、EL,_Y LESIZE,_Y1, , ,10, , , , ,1 FLST,5,3,4,ORDE,3 FITEM,5,6 FITEM,5,-7 FITEM,5,10 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,10, , , , ,1 FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,4 FITEM,5,11 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,5, , , , ,1 FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,
29、2 FITEM,5,16 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,32, , , , ,1 FLST,5,4,4,ORDE,2 FITEM,5,12 FITEM,5,-15 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,5, , , , ,1 FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,4 FITEM,2,12 LCCAT,P51X FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,11 FITEM,2,13 LCCAT
30、,P51X FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,11 FITEM,2,14 LCCAT,P51X FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,4 FITEM,2,15 LCCAT,P51X FLST,5,4,5,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-4 CM,_Y,AREA ASEL, , , ,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 /SOLFLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,6 FITEM,2,-7 SFL,P51X,PRES,-1, FLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,10 DL,P51X, ,ALL,/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,1/EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0/EFACET,1 PLNSOL, S,EQV, 1,1.0SAVEFINISH ! /EXIT,ALL
