ANSYS悬臂梁的自由端受力的有限元计算[1]
ansys-二维悬臂梁有限元分析
1 研究目的与问题阐述1.1 基本研究目的(1) 掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。
(2) 熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。
(3) 利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。
(4) 研究不同泊松比对同一位置应力的影响。
1.2 基本问题提出图1.1 模型示意图如图1.1所示，当EX=3.01e6，F=5000N，悬臂梁杆一端固定，另一端为自由端。
当悬臂梁的泊松比u为：0.2、0.25、0.3、0.35、0.4时，确定同一位置的应力分布，得出分布云图。
采用二维模型，3*0.09m。
2 软件知识学习2.1 软件的使用与介绍软件介绍：ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
ansys分布载荷作用下的悬臂梁应力计算
ansys 分布载荷作用下的悬臂梁应力计算分析模型如图1-1 所示, 梁的横截面为矩形 宽х高 = 1х 2 m 2. 受到分布载荷作用。
材料的弹性模量200GPa, 泊松比0.3。
习题文件名: Cantilever beam 。
注意：用实体单元离散，长度单位m, 力的单位 N ，对应应力单位 Pa ，按照平面应力处理。
1.1 进入ANSYS 程序 →ANSYSED 10.0 → input Initial jobname: Cantilever beam →OK1.2设置计算类型Main Menu: Preferences →select Structural → OK1.3选择单元类型Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182 →OK (back to Element Types window) → Options →select K 1: Reduced integration → K3: Plane Stress →OK→Close (the Element Type window)1.4定义材料参数Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200e9，PRXY:0.3→ OK1.5生成几何模型生成特征点Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Key points →In Active CS →依次输入四个点的坐标(每次输入后按Apply,最后按OK)：input:1(0,0,0), 2(10,0,0), 3(10,2,0), 4(0,2,0) →OK生成面Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create→ Areas → Arbitrary → Through KPS →依次连接四个特征点，1 → 2 → 3 → 4 → OK注意：上面两步也可简化为：Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create→Areas → Rectangle → By two corners → WPX, WP Y 均输入0， Width 输入10, Height 输入2 → OK1.6 网格划分=0Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →拾取长边: OK→input NDIV: 50→Apply→拾取短边: →input NDIV: 10 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)1.7 模型施加约束给左边施加固定约束Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement → On lines →选左边线→OK →select 第一行: ALL DOF →第四行 VALUE 选 0: → OK给梁的上边施加线性分布载荷ANSYS 命令菜单栏: Parameters →Functions →Define/Edit→1) 在下方的下拉列表框（第三行）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（力的单位：N）：10000-1000*{X}；3) File → Save 输入my_q(文件扩展名：func) →返回：Parameters →Functions →Read from file：将需要的my_q.func文件打开，任给一个参数名qq， Local coordinatesystem id for (x,y,z) 栏选0→OKUtility menu → plotctrls → Symbols → Show pres andconvect as 表框内的Face outline下拉改为 arrowsMain Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取梁的上层线→OK →在下拉列表框中选择：Existing table →Apply →选择需要的载荷参数名qq→OKsolution→load step opts→write LSFile输入文件名（注意：显示的载荷箭头应当沿着长度有长短不同）1.8 分析计算Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK1.9 结果显示Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window)→Contour Plot →Nodal Solu…→select: Stress → X Component of stress → OK1.10 退出系统ANSYS Utility Menu: File →Exit→ Save Everything→ OK。
基于有限元软件ANSYS分析简单悬臂梁的模型
２．２有 限元 网格 处理 速度 的提升
Ｃｎｔｒｌｓ—｝ＭａｎｕａｌＳｉｚｅ＿ Ｌｉｎｅｓ—｝ＡＵ Ｌｉｎｅｓ
有 限元分 析 过程 主要 包含 了三 个 步骤 ：对 分 析对 象进 行 离 ＡＮＳＹＳ Ｍａ ｉｎ Ｍｅｎｕ： Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ＿＋ Ｍｅｓｈｉｎｇ－＋ＭｅｓｈｒＩ ｌ
２０１８．２６科 学技 术创新 一１２３一
基 于有 限元软 件 ＡＮＳＹＳ分析 简单悬臂 梁 的模 型
郭安 江 （安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 ２３２００１）
摘 要：作为 目前世界上发展最快的计算机辅助工程（ｃＡＥ）工具 ，ＮＳＹＳ软件的接 口可 以与大多数计算机辅助 工程（ｃＡＥ）工具
关键 词 ：ＡＮＳＹＳ软件 ；有 限元 ；线 性 ；悬臂 梁
中 图 分 类 号 ：ＴＵ３７５．１
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章 编号 ：２０９６－４３９０（２０１８）２６－０１２３—０２
１ ＡＮＳＹＳ软 件简 介
于应用线性理论来解决破坏 、裂纹扩展等问题 ，还需要解决材料
为了验证某机械结构系统是否满足安全性等设计需求 ，我 的塑形和蠕变效应 ，此时必须求解材料的非线性问题 ，例如对塑
连接。计算机辅助设计软件相对应 ，为数据的共享和交流提供 了便利 ，例如 Ｃｒｅｏ，ＮＡＳＴＲＡＮ，Ｉ－ＤＥＡＳ，ＡｕｔｏＣＡＤ等软件 。ＡＮＳＹＳ
软件 。包含 了多种有限元分析软件的功能 ，从 简单的线性静 力分析到非常复杂的非线性动 力分析 ，再到电磁 分析、流体分析 、热分
析等。在每一个不同的工程领域 ，ＡＮＳＹＳ软件分析方法有所差别 ，步骤也不一样。本文主要分析简单悬臂梁的有限元模型。
散化 处理 、有 限元求 解 、对计 算 结果 进行 后处 理 。过 去 由于计 算 Ｍｅｓｈ：ｌｉｎｅｓ
有限元分析及应用报告-利用ANSYS软件分析带孔悬臂梁
有限元分析及应用报告题目：利用ANSY软件分析带孔悬臂梁姓名：xxx学号：xxx班级：机械xxx学院: 机械学院指导老师：xxx二零一五年一月问题概述图示为一隧道断面，其内受均布水压力q,外受土壤均布压力p；试采用不同单元计算断面内的位移及应力，并分别分析q=0或p=0时的位移和应力分布情况。
（材料为钢，隧道几何尺寸和压力大小自行确定）本例假定内圆半径为1m，外圆半径为2m，外受均布压力p=10000pa ，内受均布压力为q=20000pa 。
问题分析由题目可知，隧道的的长度尺寸远远大于截面尺寸，并且压力在长度方向上均匀分布，因此本问题可以看作为平面应变问题。
由于在一个截面内，压力沿截面四周均匀分布，且截面是对称的圆环，所以可以只取截面1/4进行有限元建模分析，这样不仅简化了建模分析过程，也能保证得到精确的结果。
由以上分析，可以选取单元类型plane42进行有限元分析，在option中选择K3 为plane strain。
三.有限元建模1.设置计算类型由问题分析可知本问题属于平面静应力问题，所以选择preferences 为structure 。
2.单元类型选定选取平面四节点常应变单元plane42,来计算分析隧道截面的位移和应力。
由于此问题为平面应变问题，在设置element type的K3时将其设置为plane strain。
3.材料参数隧道的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比(T =0.34.几何建模按照题目所给尺寸利用ansys的modeling依次建立keypoint :1(0,0),2(1,0),3(2,0),4(0,2),5(0,1) , create LINES 依次连接keypoint 2、3和4、5即可创建两条直线，使用create article 的By cent & radius 创建两条圆弧。
create AREAS依次选择四条线即建立了所需的1/4截面。
ansys工字悬臂梁受力分析
命令流：MPDATA,EX,1,,2.11e11
MPDAA,PRXY,1,,0.3
• 3) 在Define Material Model Behavior对话框中选择Material→Exit命令， 关闭对话框。
• 4) 选择MainMenu→Preprocessor→Sections→Beam→CmmonSectns 命令，出现BeamTool对话框，在Sub-Type下拉菜单中选择工字梁标记，在 W1、W2、W3、t1、t2、t3输入栏中分别输入32a型工字梁的特征参数，如 图所示。单击【Preview】按钮，ANSYS显示窗口将显示工字梁的相关信息
• 2) 在NPT Keypoint number输入栏中输入1，在X、Y、Z Location in active CS输入栏中分别 输入0，0，0，如图所示。 命令流：K,1,0,0,0,
• 3）单击【Apply】按钮，在NPT Keypoint number输入栏中输入2，在X，Y，Z Location in active CS输入栏中分别输入1，0，0，单击【OK】按钮关闭该对话框 命令流：K,2，1,0,0,
命令流：/TITLE,eometric model
• 8）选择Utility Menu→Plot→Lines命令，ANSYS显示窗口将显示如图所示的几何模型。
• 9）选择MainMenu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→ManulSize→Lines →PickedLines命令, 出现Element Size on Picked Lines 拾取菜单，如图所示，用鼠标在ANSYS 显示窗口选取编号为L1的线段，单击【OK】按钮，出现Element Size on Picked Lines对话框， 在NDIV No.of element divisions 输入栏中输入10，其余选项采用默认设置，如图所示，单击【 OK】按钮关闭该对话框。
悬臂梁MATLAB有限元算例注释
用有限元法对悬臂梁分析的算例算例：如下图所示的悬臂梁，受均布载荷q ＝1N ／mm 2作用。
E ＝2．1×105N ／mm 2, μ＝0.3厚度h ＝10mm 。
现用有限元法分析其位移及应力。
梁可视为平面应力状态，先按图示尺寸划分为均匀的三角形网格，共有8×10＝80个单元，5×ll ＝55个节点，坐标轴以及单元与节点的编号如图。
将均布载荷分配到各相应节点上，把有约束的节点5l 、52、53、54、55视作固定铰链，建立如图所示的离散化计算模型。
程序计算框图：（续左）（接右）开 始 输入材料参数 计算具有代表性的单元刚阵 K<=0 将各单元刚阵按整体编号集成到整体刚阵 处理根部约束，修改【K 】【Q 】 求解[K][δ]＝[Q] 整理[δ] 并画图计算单元应力，并输出结束程序中的函数功能介绍及源代码1. LinearTriangleElementStiffness(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym)――该函数用于计算平面应力情况下弹性模量为E、泊松比为NU、厚度为t、第一个节点坐标为(xi,yi)、第二个节点坐标为(xj,yj)、第三个节点坐标为(xm，ym)时的线性三角形元的单元刚度矩阵.该函数返回6×6的单位刚度矩阵k.2. LinearTriangleAssemble(K,k,i,j,m)――该函数将连接节点i,j,m的线性三角形元的单元刚度矩阵k集成到整体刚度矩阵K。
每集成一个单元，该函数都将返回2N×2N的整体刚度矩阵K.3. LinearTriangleElementStresses(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,u)-- 该函数计算在平面应力情况下弹性模量为E、泊松比为NU、厚度为t、第一个节点坐标为(xi,yi)第二个节点坐标为(xj,yj)、第三个节点坐标为(xm，ym)以及单元位移矢量为u时的单元应力。
悬臂梁有限元分析
问题描述：悬臂梁承载示意图如图所示，q=1N/mm2,厚度t=1mm,E=2.1E5N/mm2,u=0.3。
受均布载荷作用的悬臂梁有限元分析求解过程：1．定义工作文件名和工作标题1）选择Utility Menu︱File︱Change Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在［/FILNAM］Enter new jobname文本框中输入工作文件名plate，并将New log and error files 设置为Yes，单击OK 按钮关闭该对话框。
2）选择Utility Menu︱File︱Change Title命令，出现Change Title对话框，在[/TITLE]Enter new title文本框中输入plate，单击OK按钮关闭该对话框。
2．定义单元类型1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Element Type︱Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。
在Library of Element Types列表框中选择Solid，4node 42，在Element type reference number文本框中输入1，如图所示，单击OK按钮关闭该对话框。
定义板厚：单机Options...|select K3:Plane Strs w/thk|OK,如图所示。
3．定义材料性能参数1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Material Props︱Material Models命令，出现Define Material Model Behavior对话框。
2）在Material Models Available一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项（如图3.5所示），出现Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框，在EX文本框中输入2.1E5，在PRXY文本框中输入0.3，如图所示，单击OK按钮关闭该对话框。
基于ANSYS不同截面悬臂梁性能的有限元分析
SHEN Ha i - n ing1 , YANG Ya - p ing2 (11M echanical Engineering Departm ent of Q inghai University, Xining 810016, China;
摘要 :通过 ANSYS有限元软件 ,分析了等截面 、变截面各向同性悬臂梁的强度和刚度 ,通过应 力云图显示了悬臂梁不同截面位置的应力分布情况 ,且与理论值吻合 ,为工程中设计变截面梁 和解决强度等问题提供了参考 。 关键词 : ANSYS软件 ;悬臂梁 ;有限元分析 ;应力云图 ;强度 ;刚度 中图分类号 : O34 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 8996 (2009) 03 - 0006 - 05
工程中经常用到悬臂梁结构 ,在保证悬臂梁结构所需的强度 、刚度 、稳定性前提下 ,考虑选材和节省 材料是非常重要的 。本文就同种材料 、相同体积用料 ,不同截面的各向同性悬臂梁 ,从变形和应力及其 分布方面进行分析 ,并加以对比 ,以便在工程运用当中借鉴参考 。
1 初始条件
作悬臂梁有限元分析时 ,为能更清楚的说明问题 ,给出梁的实际数据进行分析 。第一种梁为等截面 矩形悬臂梁 , l = 1 270 mm ,厚度 t = 50 mm ,高度 h1 = 2h2 = 152 mm , (图 1,以下称梁 1) 。第二种梁为变 截面矩形悬臂梁 , l = 1 270 mm ,厚度 t = 50 mm ,截面高度从 h2 到 3h2 成线性变化 h2 = 76 mm , (图 2,以
由拉应力分布图 13、图 14,显示最大拉应力分别为 1171414 M Pa和 591013 M Pa,梁 1出现在固定端 截面的上边缘 ,梁 2出现在中部截面的上边缘 。梁 1、梁 2的最大拉应力和各自的最大水平应力位置基 本相同 。
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悬臂梁自由端受力的有限元计算
任柳杰10110290005
一、计算目的
1、掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。
2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。
3、利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。
4、梁的变形、挠曲线等情况的分析。
5、一维梁单元，二维壳单元，三维实体单元对计算结果的影响。
6、载荷施加在不同的节点上对结果的影响。
二、计算设备
PC，ANSYS软件（版本为11.0）
三、计算内容
悬臂梁受力模型
如上图所示，一段长100[mm]的梁，一端固定，另一段受到平行于梁截面的集中力F的作用，F=100[N]。
梁的截面为正方形，边长为10[mm]。
梁所用的材料：弹性模量E=2.0 105[MPa]，泊松比0.3。
四、计算步骤（以梁单元为例）
1、分析问题。
分析该物理模型可知，截面边长/梁长度=0.1是一个较小的值，我们可以用梁单元来分析这样的模型。
当然，建立合适的壳单元模型和实体单元模型也是可以的。
故拟采用这三种不同的
方式建立模型。
以下主要阐述采用梁单元的模型的计算步骤。
2、建立有限元模型。
a)创建工作文件夹并添加标题；
在个人的工作目录下创建一个文件夹，命名为beam，用于保存分析过程中生成的各种文件。
启动ANSYS后，使用菜单“File”——“Change Directory…”将工作目录指向beam 文件夹；使用/FILNAME,BEAM命令将文件名改为BEAM，这样分析过程中生成的文件均
以BEAM为前缀。
偏好设定为结构分析，操作如下：
GUI: Main Menu > Preferences > Structural
b)选择单元；
进入单元类型库，操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add…
对话框左侧选择Beam选项，在右侧列表中选择2D elastic 3选项，然后单击OK按钮。
本步骤也可以用以下命令行形式代替：
/PREP7 ! 进入前处理器
/ET,1,BEAM3 ! 定义BEAM3单元
c)定义实常数；
根据单元类型定义实常数，操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delet e > Add…
本例中主要定义梁的截面性质，在AREA对应的文本框中输入梁的截面积100。
在IZZ对应的文本框中数据截面惯性矩10000/12。
（注：截面惯性矩公式为I z=BH3/12其中
B为矩形截面的宽，H为高。
）在HEIGHT对应的文本框中输入截面的高度10。
d)定义材料属性；
定义材料属性（弹性模量和泊松比）的操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear > Elastic > Isotropic
在弹出的对话框中输入材料参数：杨氏模量(EX): 2.0e5
泊松比(PRXY): 0.3
该步骤也可以使用以下命令实现：
MP,EX,1,2.0E5
MP,PRXY,1,0.3
e)创建实体模型；
合理规划模型的坐标可以减少一定的工作量，在本例中，将坐标原点取在梁的固定端，将梁的方向置放为x方向。
1.创建点：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS
在NPT对应的文本框中输入点的编号为1，在X,Y,Z对应的文本框中分别输入点的坐标0,0,0。
同样方式输入编号为2的另一点，坐标为100,0,0。
以上步骤可以用命令实现：
K,1,0,0,0
K,2,100,0,0
2.连接线：
将上面的两个点连接成线，操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Straight Line
依次拾取上面的两个点，即形成两者之间的连线。
该步骤可以用命令实现：
L,1,2
f)划分网格；
首先进入Mesh Tools对话框，操作如下：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool
在出现的对话框中选择line标签旁边的Set按钮，拾取直线，在出现的对话框中NDIV 对应的文本框中填入20，设置在线上将网格划分为20份。
在Mesh标签对应的下拉菜单中选择Lines，点击Mesh按钮，拾取直线。
点击OK。
在标题菜单上对应路径“PlotCtrls”——“Style”——“Size and Shape”，在出现的对话框中将On前面的选框勾选。
这样可以展示梁的三维形体。
3、施加载荷并求解。
a)定义约束；
梁在左侧的端点具有约束，利用以下操作定义约束：
GUI: Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Keypoints
选择左边的端点，在出现的对话框右边的选框中选择ALL DOF约束所有自由度，点击OK 按钮确定。
b)施加载荷；
GUI: Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Keypoints
选择右边的端点，在出现的对话框Lab对应的下拉菜单中选择FY定义Y方向的集中力，在V alue对应的文本框中输入力的值为-100，负号代表Y的负方向。
c)求解
4、利用壳单元和实体单元建立类似模型并求解。
a)壳单元；
壳单元模型选择单元类型为SHELLl63，实常数为梁的“厚度”，值为10，材料特性保持不变；建立的实体为一个长为100，宽为10的矩形；对该面进行适当的网格划分；在左端的线上定义约束，右端的各点上施加载荷。
b)实体单元；
实体单元模型选择单元类型为SOLID65，无需定义实常数，材料特性保持不变；建立的实体为一个长为100，宽和高为10的长方形；对该体进行适当的网格划分；在左端的面上定义约束，右端的各点上施加载荷。
五、结果分析
1、网格划分效果图（依次为梁单元，壳单元，实体单元）
如图所示，梁单元只能在一个方向上划分网格，壳单元可以在一个平面上划分，而实体单元则可以在整个体的范围内划分网格。
2、梁的变形
首先考虑将集中力都加载在端点中心处的情况，以便比对。
下面是位移云图，顺序保持和以上一致。
单元类型与最大位移(取绝对值)对应表
3、 加载不同的节点上的情况。
a) 壳体模型
可以尝试将集中力加载到壳体模型非中心的节点上。
观察结果如下图所示：
其中在右上角的点施加了Z 方向的集中力，图中可以见到，该角的位移相比偏大。
这
符合物理规律。
b) 实体模型
将集中力加载在柱状实体的一个角上（图中为右上角），位移图像如下。
具有和壳体模型一样的规律。
4、实体模型的上拉下压情况。