ANSYS结构静力分析.ppt
AnsysWorkbench动力学分析幻灯片
A(i) 描述了系统做第 i 阶主振动时具有的振动形态，称为第 i 阶主振型，或第 i 阶模态。
系统在各个坐标上都将以第 i 阶模态频率 ? 0i 做简谐振动，并且同时通过静平衡位置。
28
? 第三节 模态分析步骤
实例 – 目标: 在这个练习，我们的目标是研究在一定
的约束条件下如图所示的机架的模态，得到其振动特性。
26
? ? ? 2n 0
?
a1
2( n?1) 0
?
?
? an?1
2 0
?
an
?
0
频率方程或特征多项式
解出 n 个值，按升序排列为：
? ? ? 0 ?
2 01
?
2 02
?
?
?
2 0n
? 0i ：第 i 阶固有频率
? 01 ：基频。
仅取决于系统本身的刚度、质量等物理参数。
? ? ? ? ? 将每一个? 0i 代入方程 ([K] ? 02[M ]) x ? 0
x2 ? x1) (x2 ? x1
)
? ? ?
m1?x?1 m2 ?x?2
? (k1 ? ? k2 x1
k2 )x1 ? (k2
? ?
k2 x2 k3 ) x2
?0 ?0
方程组用矩阵表达为：
?m1
? ?
0
0 m2
?? ?? ??
?x?1 ?x?2
? ? ?
?
?k1 ? k2
? ?
?
k2
? k2
k2 ? k3
50
100
150
200
250
300
Acceleration (cm 2 400
基于ANSYS的汽车变速器结构静力分析
２３定 义边 界条 件 ．
变 速 器 输 入 轴 的动 力 来 源 于 发 动 机 ，通 过 离 合 器 与 发 动 机 相 连 。 发 动 机 输 出扭 矩 通 过 矩 形 花 键 传 递 给 输 入 轴 ． 图４
幽
Ｉ 工 况 下 变 速 器接 触 分 析 的应 力 分 布 图 档
体 模 型 ，如 图 ２所 示 。
即使 已 经满 足 收 敛 准 则 ，也 会 当 作 不 收敛 处 理 。
一
般 ，应 该 选 取 足 够 大 的 Ｆ Ｎ 以保 证 Ｆ Ｏ Ｎ 小 到 可 Ｋ ＴＬ
以接 受 ，但 同时 又 应 该 让 Ｆ Ｎ 足 够 小 而 不 致 引起 总体 刚 度 Ｋ
择 普 遍 的 柔 体 一 体 的接 触 类 型 ． 面 对 面 接 触 单 元 的 接 触 柔
ｏ
方 式 通 过 接 触 向 导建 立接 触 对 ，如 图 ３所 示 。
图 １ 渐 开 线 建模 的 坐 标转 换 示 意 图 令 画 出螺 旋 线 。将 斜 齿 轮 延 分 度 圆展 开 ，螺 旋 线 的几 何 关
求 ，
参考文献 ：
［ ］ 孙 桓 ， 陈作 模 ． 械 原 理 ： 第 六 版 『 ］ 北 京 ： 高等 教 育 出 １ 机 Ｍ
版 社 ．２０ ． ０ ５
ｆ ］ 陈 贤 青 ， 尹 辉 ，戴 湘 武 ． 于 Ｖｃ＋ ２ 基 ＋和 Ａ ＤＬ 实现 渐 开 线 齿 Ｐ
轮 参 数 化 建 模 ［］ ． 学 技 术 与 工 程 ， ２ ０ （ ） １ ５ — Ｊ 科 ０７ ７ ： ４ １
业 信 息 化
的 许 用 强 度 值 ４ ０ ａ 轴 变 形 的 最 大 位 移 小 于 ０１ ０ ＭＰ ； ． ｍｍ． 小 于轴 合 成 挠 度 的 许 用 值 ０ ｒ ．ａ ２ ｍ，所 以 变 速 器 各 个 轴 均 符 合 要 求 。 常 啮 合 齿 轮 对 最 大 齿 根 弯 曲 应 力 分 别 为 １ １ ４ ＭＰ ０ ． ３ ａ和 ｌ ０２ ａ 齿 轮 对 最 大 接 触 应 力 出 现 在 齿 ９ １． ＭＰ 。 轮 啮 合 接 触 区 域 ， 啮 合 齿 轮 对 最 大 的应 力 分 别 为 ３ ０ ａ ５ ＭＰ 和 ４ ９ ＭＰ ， 小 于 屈 服 强 度 ８ ０ ａ ９． ａ ４ ４ ＭＰ ，应 力 云 图 如 图 ４所 示 ，所 以变 速 器 一档 状 态 下 各 个 齿 轮 的 接 触 强 度 也 符 合 要
ANSYS 高清晰 精品资料：第09章 周期对称结构的静力分析
第九章 周期对称结构的静力分析 如果结构绕其轴旋转一个角度α，结构（包括材料常数）与旋转前完全相同，则将这种结构称为周期对称结构（循环对称结构）。
符合这一条件的最小旋转角α称为旋转周期，从结构中任意取出夹角为α的部分都可以称为结构的基本扇区。
由基本扇区绕其轴旋转复制N （＝απ/2，N 必为整数）份，则可得到整个完整的结构。
在ANSYS 中可以利用结构的周期对称性，在建立模型和求解时，只对一个基本扇区建模和分析，在后处理中再进行扩展，也可得到整个结构的结果。
这样可以降低分析的规模，节省计算费用。
本章中介绍的实例依然是第八章的轮盘，区别是此处考虑了轮盘上的6个均压孔。
9．1 问题描述某型压气机盘如图9.1所示，其截面图如图9.2所示。
盘上6个均压孔均布。
将叶片的引起的离心效果均匀施加于轮盘的边缘。
图9.1 带有均压孔的压气机盘图9.2 压气机盘截面图中所标各点坐标如表9.1所示。
表9.1 盘上各关键点坐标 点编号 1 2 3 4 5 6 7 8X226226 157 237.5229.2237.5126 138 Z208.8258.7 258.7 220.3220.3208.8276.7276.7 点编号 9 10 11 12 13 14 15 16 17 X102.5102.5 237.5 237.5135 243.85243.85229.2 162.5 Z 263 248.7 273.8 264.1248.7273.8254.8254.8 264.1盘转速为11373转/分，盘材料TC4钛合金，其弹性模量为：1.15×10MPa ，泊松比为0.30782，密度为4.48×10吨/立方毫米。
59−叶片数目为74个，叶片和其安装边总共产生的离心力等效为628232N （沿径向等效），这些力假定其均匀作用于轮盘边缘。
孔数目为6个，孔半径为10mm ，均布于轮盘径向200mm 的圆上。
《ANSYS教程》课件
2000年代
推出ANSYS Workbench，实 现多物理场耦合分析。
1970年代
ANSYS公司成立，开始开发有 限元分析（FEA）软件。
1990年代
扩展软件功能，增加流体动力 学、电磁场等分析模块。
2010年代
持续更新和优化，加强与CAD 软件的集成，提高计算效率和 精度。
软件应用领域
航空航天
2023
PART 07
后处理与可视化
REPORTING
结果查看与图表生成
结果查看
通过后处理，用户可以查看分析结果，如应力、应变、位移等。
图表生成
根据分析结果，可以生成各种类型的图表，如柱状图、曲线图、等值线图等，以便更直观地展示结果 。
可视化技术
云图显示
通过云图显示，可以清晰地展示模型 的应力、应变分布情况。
压力载荷等。
在设置边界条件和载荷 时，需要考虑实际工况 和模型简化情况，确保 分析的准确性和可靠性
。
求解和后处理
求解是ANSYS分析的核心步骤，通过求解可以得到模型在给定边界条件和 载荷下的响应。
ANSYS提供了多种求解器，如稀疏矩阵求解器、共轭梯度求解器等，可以 根据需要进行选择。
后处理是分析完成后对结果的查看和处理，ANSYS提供了丰富的后处理功 能，如云图显示、动画显示等。
VS
详细描述
非线性分析需要使用更复杂的模型和算法 ，以模拟结构的非线性行为。通过非线性 分析，可以更准确地预测结构的极限载荷 和失效模式，对于评估结构的可靠性和安 全性非常重要。
2023
PART 04
流体动力学分析
REPORTING
流体静力学分析
静力学分析用于研究流体在静 止或准静止状态下的压力、应
ansys中的静力分析
第1章 静力分析1.1 力的概念力在我们的生产和生活中随处可见，例如物体的重力、摩擦力、水的压力等，人们对力的认识从感性认识到理性认识形成力的抽象概念。
力是物体间的机械作用，这种作用可以使物体的机械运动状态或者使物体的形状和大小发生改变。
从力的定义中可以看出力是在物体间相互作用中产生的，这种作用至少是两个物体，如果没有了这种作用，力也就不存在，所以力具有物质性。
物体间相互作用的形式很多，大体分两类，一类是直接接触，例如物体间的拉力和压力；另一类是“场”的作用，例如地球引力场中重力，太阳引力场中万有引力等。
同时力有两种效应：一是力的运动效应，即力使物体的机械运动状态变化，例如静止在地面物体当用力推它时，便开始运动；二是力的变形效应，即力使物体大小和形状发生变化，例如钢筋受到横向力过大时将产生弯曲，粉笔受力过大时将变碎等。
描述力对物体的作用效应由力的三要素来决定，即力的大小、力的方向和力的作用点。
力的大小表示物体间机械作用的强弱程度，采用国际单位制，力的单位是牛顿（N ）（简称牛）或者千牛顿（kN ）（简称千牛），1kN =103N 。
力的方向是表示物体间的机械作用具有方向性，它包括方位和指向。
力的作用点表示物体间机械作用的位置。
一般说来，力的作用位置不是一个几何点而是有一定大小的一个范围，例如重力是分布在物体的整个体积上的，称体积分布力，水对池壁的压力是分布在池壁表面上的，称面分布力，同理若分布在一条直线上的力，称线分布力，当力的作用范围很小时，可以将它抽象为一个点，此点便是力的作用点，此力称为集中力。
由力的三要素知，力是矢量，记作F ，本教材中的黑体均表示矢量，可以用一有向线段表示，如图1-1所示，有向线段AB 的大小表示力的大小；有向线段AB 的指向表示力的方向；有向线段的起点或终点表示力的作用点。
1.2 静力学基本原理所谓静力学基本原理是指人们在生产和生活实践中长期积累和总结出来并通过实践反复验证的具有一般规律的定理和定律。
ANSYS Workbench Mechanical第四章 静力结构分析
Workbench -Mechanical Introduction第四章静力结构分析概要Training Manual •本章，将练习线性静力结构分析，模拟过程中包括：A.几何和单元B.组件和接触类型C.分析设置D.环境，如载荷和约束环境如载荷和约束E.求解模型F.结果和后处理•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用。
–尽管本章中讨论的一些选项可能需要更高级的许可，但都给了提示。
线性静态结构分析基础Training Manual •对于一个线性静态结构分析（Linear Static Analysis），位移{x}由下面的矩阵方程解出：[]{}{}FK=x假设：–[K] 是一个常量矩阵[K]是个常量矩阵•假设是线弹性材料行为•使用小变形理论可能包含些非线性边界条件•可能包含一些非线性边界条件–{F}是静态加在模型上的•不考虑随时间变化的力•不包含惯性影响（质量、阻尼）•记住关于线性静态结构分析的假设是很重要的。
非线性静态分析和动态分析在后面章节讲解。
A. 几何模型Training Manual •在结构分析中，可能模拟各种类型的实体。
•对于面实体，在Details of surface body中一定要指定厚度值。
•线实体的截面和方向，在DesignModeler里进行定义，并自动导入到Simulation（模拟）中。
… 质量点Training Manual •在模型中添加一个质量点来模拟结构中没有明确建模的重量体：–质量点只能和面一起使用。
–它的位置可以通过下面任一种方法指定：•用户自定义的坐标系中指定（x，y，z）坐标值•通过选择顶点/边/面指定位置–质量点只受包括加速度、重力加速度和角加速度的影响。
–质量是与选择的面联系在一起的，并假设它们之间没有刚度。
–不存在转动惯性… 材料特性Training Manual •在线性静态结构分析中需要给出杨氏模量和泊松比：–在Engineering Data中输入材料参数–存在惯性时，需要给出材料密度存在惯性时需要给出材料密度–当施加了一个均匀的温度载荷时，需要给出热膨胀系数在均匀度载荷条件下不需要指定导热系数–在均匀温度载荷条件下，不需要指定导热系数–想得到应力结果，需要给出应力极限–进行疲劳分析时需要定义疲劳属性•在许可协议中需要添加疲劳分析模块B. 组件–实体接触Training Manual •在导入实体装配体时，在实体之间会自动创建接触对。
CAE-ANSYS Mechanical(静力结构分析)
几何结构
• Mechanical 允许某部分的刚度特性被定义为“刚性”或者“柔性”。 – 刚体可以不用划分网格,而用一个质量单元代表，因此非常有效的解决求
解时间问题。
– 装配体中的零件仅用于传递载荷，可以视为刚体，从而减少求解时间和模
型。
6
质量点
•在模型中添加Point Mass来模拟结构中没有明确建模的部件: • 一个质量点可以应用在表面,边或点范围内。 • 它的位置可以通过下面任一种方法指定：
– 幅值和向量 – 幅值和分量方向 (总体或者局部坐标系) – 幅值和切向
25
载荷
• 热载荷：
x th
y th
z th
T
Tref
• 在结构分析中施加均匀温度。
• 在结构分析中，出现在“Loads”栏中。
• 必须给定一个参考温度（可以用于所有体上或
者独立的部分）。
环境中的参考温度（比如静力分析），应 用于所有体中。
座位给后背的推力。）
• 重力加速度:
• 选择重力作用下，力的方向。 • 数值自动设置到当前的单位制系统。 • 重力的方向可以在全局或者局部坐标系中定义。
• 旋转速度:
• 整个模型以给定的速率绕轴转动。 • 以分量或矢量的形式定义。 • 输入单位可以是弧度每秒（默认选项），也可是度每秒。
18
载荷
• 施加压力:
UX
UZ
•约束，不考虑实际的名称，也是以自由度的形式定义的。
•边界条件能加载在几何或者节点上（根据载荷类型定）。
– 边界条件直接加在节点上，将在本PPT的第二部分介绍。
•例如，在块体的Z面上施加一个无摩擦约束，表示它Z方向 上的自由度已被约束（其它自由度是无约束的）。
ANSYS结构分析指南结构线性静力分析
ANSYS结构分析指南第二章结构线性静力分析2.1 静力分析的定义静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响--如结构受随时间变化载荷作用的情况。
可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用。
静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。
固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。
静力分析所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力稳态的惯性力(如重力和离心力)强迫位移温度载荷(对于温度应变)能流(对于核能膨胀)关于载荷，还可参见§2.3.4。
2.2 线性静力分析与非线性静力分析静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。
非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。
本章主要讨论线性静力分析。
对非线性静力分析只作简单介绍，其详细论述见《ANSYS Structural Analysis Guide》§8。
2.3 静力分析的求解步骤2.3.1 建模首先用户应指定作业名和分析标题，然后通过PREP7 前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何元素。
这些步骤是大多数分析类型共同的，并已在《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2 论述。
有关建模的进一步论述，见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。
2.3.1.1 注意事项在进行静力分析时，要注意如下内容：1、可以采用线性或非线性结构单元。
2、材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：必须按某种形式定义刚度(如弹性模量EX，超弹性系数等)。
对于惯性载荷(如重力等)，必须定义质量计算所需的数据，如密度DENS。
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ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang
Stru-7
练习－－步骤四:定义BISO
Exercise
步骤四：定义双线性各向同性强化数据表 （BISO）
6、对YLD Strs(屈服应力）键入400.0e06。 7、对 Tang Mod(剪切模量）键入100.0e06。 8、选择File>Apply & Quit。 9 、 选 择 菜 单 路 径 Main Menu>Preprosessor>Material
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang
Stru-2
练习－－子弹冲击刚性壁（续）
图1─10 铜圆柱体图解
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang
Stru-3
练习－－步骤一:设置分析标题
用轴对称单元模拟棒。求解最好能通过单一载荷步实现。 在这个载荷步中，将同时施加初始速度和约束。将圆柱 体末端的节点Y方向约束住以模拟一固壁面。打开自动 时间分步来允许ANSYS确定时间步长。定义分析结束的 时间为8E-5秒，以确保有足够长的时间来扑捉整个变形 过程。
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang
Stru-6
练习－－步骤四:定义BISO
Exercise
步骤四：定义双线性各向同性强化数据表 （BISO）
1 、 选 择 菜 单 路 径 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables> Define/Activate . Define/Activate Data Table(定义数据表）对话柜出现。
3、在靠近左边的列表中，单击“Visio Solid”仅一次。
4、选靠近右边的列表中，单击“4node Plas 106”仅一次。
5、单击OK。Library of Element Types 对话框关闭。
6 、 单 击 Options ( 选 项 ） 。 VISCO106 element type Options(visco106单元类型选项）对话框出现。
7、在关于element behavior（单元特性 ）的卷动柜中，卷 动到“Axisymmetric” 且选中它。
8、单击OK。
9、单击Element Types (单元类型）对话框中的Close。
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang
Stru-5
2、在关于type of data table(数据表类型）的卷动框中，卷 动到“Bilin isotr BISO”且选中它。
3、对material reference number(材料参考号）健入1。
4、对number of temperatures(温度数）键入1和单击OK。
5 、 选 择 菜 单 路 径 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables>Edit Active. Data Table BISO对话框 出现。
Stru-4
练习－－步骤二:定义单元类型
Exercise
步骤二：定义单元类型
1 、 选 择 菜 单 路 径 Mail Menu>Preprocessor>Element Type>All/Edit/Delete。
2、单击Add。Library of Element Types(单元类型库）对话 框出现。
Porps>Data Tables>Graph. Graph Data Tables(图形表 示数据表）对话框出现。
10、单击OK接受绘制BISO表的缺省。一个BISO表的标绘 图出现在ANSYS图形窗口中。
11、在ANSYS TooLbar上单击SAVE_DB。
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang
Stru-1
练习－－子弹冲击刚性壁（续）
Exercise
问题详细说明 下列材料性质应用于这个问题： EX=117.0E09 (杨氏模量） DENS=8930.0 （密度） NUXY=0.35（泊松比） Yield Strength=400.0OE06（屈服强度） Tangent Modulus （剪切模量） 下列尺寸应用于这个问题： 长=32.4E-3m 直径=6.4E-3m 对于这个问题的初始速度是227.0。
练习－－步骤三:定义材料性质
Exercise
步骤三：定义材料性质
1 、 选 择 菜 单 路 径 Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic. Isotropic Matersal Properties (各向同性材料性质）对话框出现。
Exercise
求解步骤： 步骤一：设置分析标题 1、选择菜单路径：Utility Menn>File>ChangeTitle。 2、键入文字“Coppery Cylinder Impacting a Rigid Wall” 3、单击OK。
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang
练习－－子弹冲，你将进行一个子弹冲击刚性壁的非线 性分析。
问题描述
一个子弹以给定的速度射向壁面。壁面假定是刚性的和无 摩擦的。将研究子弹和壁面接触后达80微秒长的现象。 目的是确定子弹的整个变形，速度历程，以及最大等效 Von Mises应变。求解使用SI单位。
2、单击OK来指定材料号为1。另一个I sotropic Material Properties对话框出现。
3、对杨氏模量（EX）键入117.0E09 4、对密度（DENS）键入8930。 5、对泊松比（NUXY）键入0.35。 6、单击OK。
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XNJTU AME By: Guozheng Kang