ansys上机作业

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。

四、实验步骤：

1 进入ANSYS

程序→ANSYS →change the working directory into yours →input Initial jobname: dam

2设置计算类型

ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK

3选择单元类型

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→Options… →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window) 4定义材料参数

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:, PRXY:→ OK

5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),4,5)→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),3(1,5),4,5) →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:OK→input 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 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) File>Save(文件扩展名：func) →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 window) →OK

9 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 Results→Contour 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

General Postproc →Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu→Stress ,SX,SY,SZ, Def + Undeformed→OK 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：F＝20N/mm，L＝200mm，b＝100mm，圆孔半径r＝20，圆心坐标为（100，50），E＝200Gpa。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：PLANE82

ANSYS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 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），PRXY＝。

3）定义单元实常数

操作如下：选择单元

对于任何分析，必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：PreProcessor 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), 2,0,0), 3,0,0), 4,,0), 5,,0),

6,,0),7(0,,0),8(0,,0),9,,0),10,,0),11,,0),12,,0),13,,0)

(2) 创建线

其操作如下：

GUI：PreProcessor > Modeling > Create >lines>lines>straight line;

(3) 创建面

其操作如下：

GUI：PreProcessor > Modeling > Create >Aeras>Arbitary>by 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 >map>mesh>pick 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 > Displacement > 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20/20＝1Mpa，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 LS

4．查看分析结果

下面查看分析结果，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 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，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，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 /FILNAME,dam,1

/TITLE,Dam

/PREP7

ET,1,PLANE42

ET,2,PLANE42

KEYOPT,1,1,0

KEYOPT,1,2,0

KEYOPT,1,3,2

KEYOPT,1,5,0

KEYOPT,1,6,0

MPDATA,EX,1,,

MPDATA,PRXY,1,,

/REPLOT,RESIZE

K,1,0,0,0,

K,2,1,0,0,

K,3,1,5,0,

K,4,,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

SAVE

FLST,5,2,4,ORDE,2 FITEM,5,1

FITEM,5,3

CM,_Y,LINE

LSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,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,0

CM,_Y,AREA

ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2

FINISH

/SOL

FLST,2,2,4,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,,,,1

*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,3,1 ,,,,%_FNCCSYS%

! Begin of equation: 1000*{X} *SET,%_FNCNAME%(0,0,1), ,

-999

*SET,%_FNCNAME%(2,0,1),

*SET,%_FNCNAME%(3,0,1),

*SET,%_FNCNAME%(4,0,1),

*SET,%_FNCNAME%(5,0,1),

*SET,%_FNCNAME%(6,0,1),

*SET,%_FNCNAME%(0,1,1), , -1, 0, 1000, 0, 0, 2

*SET,%_FNCNAME%(0,2,1), , -2, 0, 1, -1, 3, 2

*SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0, 99, 0, 1, -2, 0, 0

! End of equation: 1000*{X}

!-->

FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4

/GO

SFL,P51X,PRES, %YY% /STATUS,SOLU

SOLVE

/REPLOT,RESIZE

/STATUS,SOLU

SOLVE

FINISH

/POST1

PLDISP,1

/EFACET,1 PLNSOL, U,X, 1,

/EFACET,1 PLNSOL, U,Y, 1,

/EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 1, SAVE

/EFACET,1 PLNSOL, S,X, 1, /EFACET,1

PLNSOL, S,Y, 1,

/EFACET,1

PLNSOL, S,Z, 1,

SAVE

SAVE

FINISH

! /EXIT,ALL

附录Ⅱ实验二 log文件

/BATCH

/COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 /PREP7

MPDATA,EX,1,,2e11 MPDATA,PRXY,1,,

/REPLOT,RESIZE

ET,1,PLANE82

KEYOPT,1,3,3

KEYOPT,1,5,0

KEYOPT,1,6,0

R,1,,

K,1,0,0,0,

K,2,,0,0,

K,3,,0,0,

K,4,,,0,

K,5,,,0,

K,6,,,0,

K,7,0,,0,

K,8,0,,0,

K,9,,,0,

K,10,,,0,

K,11,,,0,

K,12,,,0,

K,13,,,0,

SAVE

LSTR, 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,,

LARC,9,10,13,,

LARC,10,11,13,,

LARC,11,12,13,,

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 FITEM,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

CMSEL,,_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,5,2

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,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

/SOL

FLST,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,SOLU

SOLVE

FINISH

/POST1

PLDISP,1 /EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0, /EFACET,1 PLNSOL, S,EQV, 1, SAVE

FINISH

! /EXIT,ALL