03-ANSYS实验上机实例
有限元上机实验报告
有限元ANSYS实验报告
学校：华北水利水电大学
学院：机械学院
专业：机械设计制造及其自动化
姓名：
学号：2010
指导老师：纪占玲
（一）带孔板壳模型静力分析一、新建文件
二、预处理，选择材料模型类型等。
三、建模
四、划分单元
五、施加约束、载荷
六、求解
七、查看结果
（二）内六角扳手静力分析
问题：
一个截面宽度为10mm的内六角扳手，在手柄的顶部施加扭矩为100N，然后在相同的部位施加垂直向下的力20N，分析在两种荷载作用下扳手的应力分布。
尺寸如下：截面宽度10mm、形状为正六边形、手柄长20cm、杆长7.5cm，倒角半径1cm、弹性模量2.1×10¹¹Pa，泊松比0.3 。
一、新建文建，预处理和上面一样，把不同的模型类型选择如下：
二、建模
三、划分单元网格，并生成实体模型
四、施加约束、载荷
五、查看结果
（三）其它练习实例。
上机实例练习ANSYS.
《弹性力学有限元》上机作业一、一带孔条形板形状、尺寸如图所示，l=300mm，w=200mm，r=20mm，h=30mm，t=5mm，板两端受均布拉力作用，q=100MPa。
已知材料的弹性模量和泊松比分别为E=210GPa，μ=0.3，求板有孔截面上的理论应力集中系数k。
报告要求：1．简述建模过程；2．画出应力分布规律图；3．求出应力集中系数；4．思考：变形最大的地方是不是应力也最大？提示：1．平面应力问题，取1/4结构进行建模，采用N、mm、MPa单位制。
2．创建矩形：（0，0）（150，100），Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create-Areas-Rectangle-3．创建矩形：（0，0）（20，30）4．创建直角扇形：（0，30）（R=0-20，θ=0-90°）-Modeling-Create-Areas-Circle-Partial Annulus5．从大矩形减法小矩形和扇形：Main Menu-Preprocessor-Operate-Booleans-Subtract6. 创建单元类型：-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete-Solid-Plane42\82\182\183, Option-Plane Stress with thickness input7. 建立实常数：-Preprocessor-Real constant- Add/Edit/Delete-给单元厚度5mm8. 定义材料模型及其属性：-Preprocessor-Material- Material Models-左窗口Material Model Number 1, 右窗口Structural-Linear-Elastic-Isotropic给出弹性模量和泊松比及密度。
9. 网格剖分：Main Menu-Preprocessor-Meshing Tools-, 注意随时保存模型。
ANSYS上机报告
目录1 实验目的 (2)2 实验内容 (3)2.1机械构件的静力分析——带孔薄板两端承受均布载荷 (3)2.1.1问题描述 (3)2.1.2问题分析 (3)2.1.3求解步骤 (3)2.2机械构件的动力学分析——模型飞机机翼模态分析 (14)2.2.1问题描述 (14)2.2.2问题分析 (14)2.2.3求解步骤 (14)3 实验结论 (23)1 实验目的1.熟悉有限元分析的基本原理和方法；2.掌握有限元软件ANSYS的静力分析和动力学分析的基本操作；3.对有限元分析结果进行正确评价。
2 实验内容2.1 机械构件的静力分析——带孔薄板两端承受均布载荷2.1.1 问题描述图3.1所示为一中心带有圆孔的薄板承载示意图，薄板平均厚度为0.2mm，两端承受均布载荷pa,求薄板内部的应力场分布。
（薄板材料弹性模量为220GPa,泊松P1000比为0.3）图2.1薄板承载示意图2.1.2 问题分析对于涉及薄板的结构问题，若只承受薄板长度和宽度方向所构成的平面上的载荷时（厚度方向无载荷），一般沿薄板厚度方向上的应力变化可不予考虑，即该问题简化为平面应力问题。
根据平板结构的对称性，选择整体结构的1/4建立几何模型，进行分析求解。
2.1.3求解步骤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EXERCISE1，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 Jobname 命令，出现Change Title 对话框，在[/TITLE]Enter new title 文本框中输入ANALYSIS OF PLATE STRESS WITH SMALLCIRCLE, 单击OK按钮关闭该对话框。
FEA-03-ANSYS建模与分析
§3.3 ANSYS由上向下的建模步骤 使利用ANSYS 中的六种3-D体素
（2）定义线 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines
• 有许多方法定义线，如下所示： • 如果定义面或体, ANSYS 将自动生成未定义的线，线 的曲率由当前激活坐标系确定。 • 建立线的关键点必须可用。
Create > Lines > Create > Lines > Create > Lines > Lines Arcs Splines Operate > Extrude
打开面编 号的结果
打开编号显示:
Utility Menu: PlotCtrls > Numbering ...
选取需要的 项目，然后 选择OK. 控制是否编号 和颜色同时显 示 (缺省), 只 显示编号, 或 只显示颜色.
注意区分图元
编号显示在图元的“ 热点”上. • 对于面或体，热点为图 形中心.
2
§3.1 实体模型与有限元模型
现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模. 类似于 CAD，ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，用于在里 面填充节点和单元，还可以在几何模型边界上方便地施加载荷 . 但是， 几何实体模型并不参与有限元分析. 所有施加在几何 实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（节点 或单元上）进行求解.
用ANSYS有限元软件建立几何模型
用ANSYS有限元软件建立几何模型
实习类型：操作性
实习要求：必修
一、上机目的
通过上机实践，熟悉ANSYS软件建模的过程，巩固课堂教学效果，学会简单的绘制几何图形的操作过程，学会布尔运算的基本操作。
二、上机内容
本实例是关于一个角托架的简单加载，线性静态结构分析问题，托架的具体形状和尺寸如图1所示。
托架左上方的销孔被焊接固定，其右下角的销孔受到锥形的压力载苟，角托架的材料为A36优质钢。
因为角托架在Z方向的尺寸相对于其在X和Y方向的尺寸很小，并且压力载荷仅作用在x、y平面上，因此可以认为这个分析为平面应力状态。
角托架的材料参数为：弹性模量E=30e6，泊松比μ=0.27。
图1 托架图
三、上机要求
1．绘制图1所示的几何图形；
2．要求几何模型上要显示出点、线、面的编号。
四、上机绘制的图像
几何图形
几何模型上的编号。
ansys工程实例(4经典例子)
输气管道受力分析（ANSYS建模）任务和要求：按照输气管道的尺寸及载荷情况,要求在ANSYS中建模，完成整个静力学分析过程。
求出管壁的静力场分布。
要求完成问题分析、求解步骤、程序代码、结果描述和总结五部分。
所给的参数如下：材料参数：弹性模量E=200Gpa; 泊松比0.26；外径R₁=0.6m；内径R₂=0.4m；壁厚t=0.2m。
输气管体内表面的最大冲击载荷P为1Mpa。
四.问题求解（一）．问题分析由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。
（二）．求解步骤定义工作文件名选择Utility Menu→File→Chang Jobname 出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname 输入栏中输入工作名LEILIN10074723，并将New log and eror file 设置为YES，单击[OK]按钮关闭对话框定义单元类型1)选择Main Meun→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delte命令，出现Element Type 对话框，单击[Add]按钮，出现Library of Element types对话框。
2）在Library of Element types复选框选择Strctural、Solid、Quad 8node 82,在Element type reference number输入栏中出入1，单击[OK]按钮关闭该对话框。
3. 定义材料性能参数1）单击Main Meun→Preprocessor→Material Props→Material models出现Define Material Behavion 对话框。
选择依次选择Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1对话框。
ANSYS上机实例实体圆柱体计算
选择菜单Solution >Define Loads>A
pply>Structure>
Force/Moment O n Keypoints，载 荷分别如下：8 点承受Z方向集 中载荷Fz=5000 N和Y方向集中 载荷Fy=-5000N； 10点承受X方向 集中载荷Fx=50 00N；3点承受Z 方向集中载荷Fz =-5000N；6点 承受X方向集中 载荷Fx=-5000N。 施加载荷，如图 所示。
圆柱实体示意图
（1）选择单元类型 运行Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出Element Types
对话框，如图所示。
由于12.0版本后对单元类型进行了 合并，之前的很多单元类型在12.0 以后在添加页面不见了，但是可以 用命令流的形式调用。格式如下：
圆柱实体示意图
（7）求解 选择Solution>Solve>Current LS， 开始计算，计算结束会弹出计算完毕对话框，单击Close。 关闭对话框计算完毕。
（8）后处理 运行 General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu。 弹出如图所示对话框，运行DOF Solution>Displacement vector sum和 Stress>von Mises stress，分别显示圆柱体的位移和应力云图。
ET,1,45
单元类型对话框
然后单击Add，弹出Library of Element Types窗口，如图所 示，选择SOLID45单元，单击OK。
单元类型库对话框
（2）设置材料属性 运行Preprocessor>Material Props>Material Models，弹出如图所示对话框。
ansys上机报告
实验一：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1-1 带孔平板模型1．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)．创建实体模型（1）创建矩形通过定义原点、板宽和板高定义矩形，其操作如下：GUI：PreProcessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By 2Corners弹出Rectangle by 2 corners对话框（如图1-2所示），如图填写。
WPX 和WP Y表示左下角点坐标。
生成矩形如图1-3所示图1-2 生成矩形图1-3 矩形图1-5 生成圆面（2）生成圆面首先在矩形面上生成圆，然后挖去生成圆孔。
生成圆面得操作如下：GUI：PreProcessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid Circle弹出Solid Circular Area对话框（如图1-4所示），依图输入圆面几何参数。
得到圆面如上图1-5所示。
下面通过布尔“减”操作生成圆孔，其操作如下：GUI：PreProcessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Areas先选择矩形面为Base Area ，单击OK 按钮，然后选择圆，单击OK 按钮。
布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板。
如图1-6所示图1-6 实体模型3)．定义材料属性材料属性是与几何模型无关的本构关系，如弹性模量、密度等。
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施加载荷和约束
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例七（活塞受力分析）
计算结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
THE END
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
问题描述
上图所示为蒸气轮机连杆的几何模型，连杆的厚度为0.5m，在小头孔 的内侧90度范围内承受P＝1000Pa的面载荷作用，利用有限元分析该 连杆的受力状态，连杆的材料属性为弹性模量E=3×107Pa，泊松比为 0.3，密度为7800kg/m3。
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例五（连杆受力分析）
不同类型单元连接处单元转换结果 （20node95 to 10node92)
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例六（对称性及分割问题）
施加载荷和约束后结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例六（对称性及分割问题）
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例二（光盘分析）
设定单元类型
Exercise
单元类型plan42，定义Option K3设为plane strs w/thk，设 定实常数RealConstants中加入厚度常数1.2e-3m.
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例二（光盘分析）
计算结果
Exercise
总变形图
Von Mises等效应力图 径向应力分布图
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例三（齿轮建模问题）
Exercise
问题描述
上图所示为一个直齿轮的结构示意图，结构参数为模数m=6、齿数 z=28。建立有限元模型。
南京农业大学工学院机械工程系
2012-6-29
ANSYS实例二（光盘分析）
进入ANSYS 程序 →ANSYS 生成几何模型
Exercise
创建矩形
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle →Annulus 输入如下数值：X=0,Y=0,Rad1=0.12, Rad2=0.015→APPLY
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例四（平面应力对称性问题）
建立模型结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例四（平面应力对称性问题）
划分网格结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例四（平面应力对称性问题）
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例一（连接板建模）
将工作平面转换到极坐标下，创建圆孔
Exercise
Workplane →Display →WPSetting.选择POLAR为工作平面。 Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输 入圆心为（0，0），半径为1。 平移工作平面原点至右侧矩形底边的中点上，操作为： Workplane →Offset WP to Keypoints,选择右侧矩形底边上的 左右两点。 Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输 入圆心为（0，0），半径为1。
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例一（连接板建模）
进入ANSYS 程序 →ANSYS 生成几何模型
Exercise
创建矩形
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By Dimension 输入如下数值：X1=0,X2=6,Y1=-1,Y2=1 →APPLY 输入第二个矩形的坐标数值： X1=4,X2=6,Y1=-1,Y2=-3 →OK
建立模型步骤
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例五（连杆受力分析）
建立模型（续）、划分网格
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例五（连杆受力分析）
施加载荷和约束
Exercise
械工程系
约束和载荷施加结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例四（平面应力对称性问题）
计算变形结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例四（平面应力对称性问题）
计算变形结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
设定每段线段划分10份
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例二（光盘分析）
施加约束
切换坐标至总体柱坐标，把所有节点变换到总体柱坐标下 使用Select工具，选择Node →By Location →X →0.0075 →Aplly. 选择内孔所有节点。 （在柱坐标系下，X代表径向，Y代表周向）
南京农业大学工学院机械工程系
2012-6-29
ANSYS实例六（对称性及分割问题）
建立模型结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例六（对称性及分割问题）
划分网格结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例六（对称性及分割问题）
南京农业大学工学院机械工程系
2012-6-29
ANSYS实例七（活塞受力分析）
导入IGS模型
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例七（活塞受力分析）
划分网格
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例七（活塞受力分析）
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例一（连接板建模）
将面积布尔运算加为一体
Exercise
Preprocessor →Modeling →Operate →AddAreas，选择pick All. Preprocessor →Modeling →Create →Line Fillet. 选择标号为 L17和L18的线段，并设置半径为0.4。 创建过渡圆弧面积， Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitray →By Lines.选择小圆弧及与其相交的两直线。 Preprocessor →Modeling →Operate →AddAreas，选择pick All.
求解结果（1/16结构）
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例六（对称性及分割问题）
求解结果（结构扩展）
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例七（活塞受力分析）
Exercise
问题描述
上图所示为汽车活塞的几何模型，在Pro/E中已经建立模型。在活塞 顶部承受P＝1000N的面载荷作用，利用有限元分析该活塞的受力状 态，连杆的材料属性为弹性模量E=2.06×1011Pa，泊松比为0.3，密 度为7900kg/m3。
ANSYS实例五（连杆受力分析）
计算结果
Exercise
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例六（对称性及分割问题）
Exercise
问题描述
上图所示为轮子的2D平面图，其中列出了该轮的基本尺寸（单位为英 寸），中间筋板上的孔有8个，圆周均布。现要分析该轮仅承受Z轴旋 转角速度作用下，轮的受力及变形情况。已知角速度ω＝525rad/s， 材料属性为弹性模量E=30×10^6Psi，泊松比为0.3，密度为 0.00073lb/in^3。
创建补丁面积，并布尔相加
2012-6-29
南京农业大学工学院机械工程系
ANSYS实例一（连接板建模）
创建圆孔，两个小圆孔
Exercise
Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输入圆 心为（0，0），半径为0.4。 将工作平面原点移至总体总标系原点，Workplane →Offset WP to →Global Origin。 Preprocessor →Modeling →Create →Circle →SolidCircle，输入圆 心为（0，0），半径为0.4。 Preprocessor →Modeling →Operate →Subtract → Areas，先选取 矩形面，点击APPLY，再选取两个小圆，点击OK.