有限元实验指导书—ansys
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。
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤[1]
![第2章 ANSYS有限元分析典型步骤[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/a5a998a627d3240c8547efa5.png)
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
5
第二步：定义单元类型 ANSYS单元库提供多达200种不同的单元。 较为简单的单元分类如表所示。 下面是一个平面单元在ANSYS单元类中的
命名方式：
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
6
PLANE77
PLANE表示该单元属于平面单元类。由于 平面单元类中还包含其他许多单元，所以 还要用数字编号77来标识特定单元。
1)创建或者导入实体模型。
ANSYS提供强大的实体模型创建功能.可以 创建关键点、线、面、体,并支持布尔操作, 以生成更为复杂的模型。模型创建的菜单 项如图1所示。
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
12
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
13
2)网格划分前预备工作包括以下2个步骤：
i)为实体模型分配单元属性
2.2.2施加载荷
ANSYS对载荷的定义包括约束，支撑，边界条件，激 励等。并根据真实物理环境将载荷分为6大类。
自由度约束：即把某个固定自由度用给定的数值代替。 例如电磁场分析中的给有限元模型施加的磁势为零的 边界条件。
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
21
集中力载荷：施加在节点上的集中载荷。例如结构分 析中施加在有限元模型上的力和力矩。
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
2.1建立有限元模型 2.2加载和求解 2.3结果后处理
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
1
2.1建立有限元模型
ANSYS将模型分为实体模型和有限元模型 两大类。
实体模型由关键点、线、面和体组成，用 来直接描述所求问题的几何特性。
有限元模型是实际结构和物质的数学表示 方法。
第2章 ANSYS有限元分析典型步骤
ANSYS_热分析(两个实例)有限元热分析上机指导书
第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。
2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。
内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。
一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。
冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96 W/m ℃弹性模量：1.93×109 MPa热膨胀系数：1.62×10-5 /℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃（2）管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。
其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。
练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1.定义工作文件名及工作标题1)定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。
2)定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。
3)关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> Window Options ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。
有限元分析—ANSYS13 0从入门到实战
有限元分析—ANSYS13 0从入门到实战- 1 - 本书是针对现有的ANSYS图书实例单一工程背景不强重操作少原理的现状特以ANSYS13.0为平台撰写的一部从入门到精通的实用自学和提高教程。
全面介绍有限元分析的理论基础、有限元分析流程、实体建模、网格划分、施加载荷、求解、通用后处理、时间历程后处理、静力学分析、结构动力学分析、结构非线性分析、复合材料分析断裂力学分析热力学分析、边坡稳定性分析、界面开裂分析、衬垫连接分析、齿轮分析、转子动力学分析、焊接过程、优化设计、拓扑优化、疲劳分析、自适应网格分析和可靠性分析等内容。
围绕ANSYS软件的功能讲解书中给出了大量具有工程背景的实例详细讲解热门问题如冲压回弹分析J积分计算、螺栓衬垫法兰盘连接分析齿轮动态接触分析焊接残余热应力分析等实例。
本书具有以下特点语言通俗易懂逻辑严密深入浅出。
切实从读者学习和使用的实际出发安排章节顺序和内容。
图文并茂。
讲述过程中结合大量分析实例力求易于理解并方便学习和实践过程中的使用。
本书配套光盘提供了共22个实例的视频教程和ANSYS实例文件。
本书不仅适合高等学校理工类高年级本科生或研究生学习ANSYS 13.0有限元分析软件的教材还可供从事结构分析的工程技术人员参考使用同时书中提供的大量实例也可供高级用户参考。
第1章绪论 1.1有限单元法基本概念有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。
由于单元能按不同的联结方式进行组合且单元本身又可以有不同形状因此可以对复杂的模型进行求解。
有限单元法作为数值分析方法的另一个重要特点是利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。
单元内的近似函数通常由未知场函数或其导数在单元的各个节点的数值和其插值函数来表达。
这样一来一个问题的有限元分析中未知场函数或及其导数在各个节点上的数值就成为新的未知量从而使一个连续的无限自由度间题变成离散的有限自由度问题。
ANSYS有限元分析——课程PPT课件
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
12.ANSYS/DesignSpace：该模块是ANSYS的低端产品， 适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基 本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线 性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合 分析、拓扑优化。其他功能有：CAD模型读取器、自 动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动 生成ANSYS分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace ： （ 支 持 的 CAD 模 型 有 ： Pro/E 、 UG 、 SAT、Parasoild）
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8. ANSYS/ED：该模块是一个功能完整的设计模拟程序， 它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解题规模受 到了限制（目前节点数1000）。该软件可独立运行， 是理想的培训教学软件。
9. ANSYS/LS-DYNA：该程序是一个显示求解软件，可 解决高度非线性结构动力问题。该程序可模拟板料成 形、碰撞分析、涉及大变形的冲击、非线性材料性能 以及多物体接触分析，它可以加入第一类软件包中运 行，也可以单独运行。
有限元分析的基本步骤如下： • 建立求解域并将其离散化有限单元，即将连续问题分
解成节点和单元等个体问题； • 假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解
的近似连续函数； • 建立单元方程； • 构造单元整体刚度矩阵； • 施加边界条件、初始条件和载荷； • 求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果；
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
6. 声学分析 ●定常分析 ●模态分析 ●动力响应分析
轴的ANSYS有限元分析
实验3 轴静态分析建模方式：自底向上的建模方式图3-1 轴平面图根据轴的对称性，在这里将利用面体素中的矩形先生成一个平面，而后用这个平面绕其中心线进行旋转而生成轴体如图3-1。
其具体的操作步骤如下。
1定义工作文件名和工作标题1)定义工作文件名：Utility Menu>File>Change Jobname，在出现的对话框中输入“SHAFT1”，并将“New log and error files”复选框选为“yes”，单击“OK”。
如图3-2。
图3-2 定义工作名对话框2)定义工作标题：Utility Menu>File>Change Title在出现的对话框中输入“The ShaftModle”，单击“OK”。
如图3-3图3-3 定义工作标题对话框3)重新显示：Utility Menu>Plot>Replot。
2显示工作平面1)显示工作平面：Utility Menu>Workplane>Display Working Plane。
2)关闭三角坐标符号：Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Windoe options,弹出一个如图3-4所示的对话框，在“Location of triad”后面的下拉选框中，选择“Not Shown”单击“OK”。
图3-4 输出窗口对话框图3-5 工作平面移动对话框3)显示工作平面移动、旋转工具条：Utility Menu>Workplane>Offset WP by increments,在屏幕输出窗口上出现一个如下图所示的“Offset WP”工具条，即工作平面移动、旋转工具条。
如图3-53利用矩形面素生成面1)生成矩形面：Main Menu>Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions，弹出一个如图3-6所示的对话框，在对话框的“X-coordinates”和“Y-coordinates”后面输入栏中分别输入下列数据：X1=0，X2=260，Y1=0，Y2=70，单击“Aplay”；图3-6生成矩形对话框X1=260，X2=380，Y1=0，Y2=75，单击“Aplay”；XI=380，X2=420，Y1=0，Y2=100，单击“Aplay”；X1=420，X2=660，Y1=0，Y2=80，单击“Aplay”；X1=660，X2=800，Y1=0，Y2=75，单击“ok”；生成的结果如图3-7所示。
(完整word版)ansys实验报告
有限元上机实验报告姓名柏小娜学号0901510401实验一一 已知条件简支梁如图所示，截面为矩形，高度h=200mm ，长度L=1000mm ，厚度t=10mm 。
上边承受均布载荷，集度q=1N/mm 2，材料的E=206GPa ，μ=0.29。
平面应力模型。
X 方向正应力的弹性力学理论解如下：)534()4(622223-+-=h y h y q y x L h q x σ二 实验目的和要求（1）在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ，y σ的分布规律。
（2）计算下边中点正应力x σ的最大值；对单元网格逐步加密，把x σ的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。
（3）针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。
三 实验过程概述（1） 定义文件名（2） 根据要求建立模型：建立长度为1m ，外径为0.2m ，平行四边行区域 （3） 设置单元类型、属性及厚度，选择材料属性： （4） 离散几何模型，进行网格划分 （5） 施加位移约束 （6） 施加载荷（7） 提交计算求解及后处理 （8） 分析结果四 实验内容分析（1）根据计算得到应力云图，分析本简支梁模型应力分布情况和规律。
主要考察x σ和y σ，并分析有限元解与理论解的差异。
由图1看出沿X 方向的应力呈带状分布，大小由中间向上下底面递增，上下底面应力方向相反。
由图2看出应力大小是由两侧向中间递增的，得到X 方向上最大应力就在下部中点，为0.1868 MPa 。
根据理论公式求的的最大应力值为0.1895MPa 。
由结果可知，有限元解与理论值非常接近。
由图3看出Y 的方向应力基本相等，应力主要分布在两侧节点处。
图 1 以矩形单元为有限元模型时计算得出的X 方向应力云图图 2 以矩形单元为有限元模型时计算得出的底线上各点x 方向应力图（2）对照理论解，对最大应力点的x σ应力收敛过程进行分析。
列出各次计算应力及其误差的表格，绘制误差－计算次数曲线，并进行分析说明。
Ansys有限元分析温度场模拟指导书
实验名称：温度场有限元分析一、实验目的1. 掌握Ansys分析温度场方法2. 掌握温度场几何模型二、问题描述井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。
井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。
表1 井式炉炉壁材料的各项参数三、分析过程1. 启动ANSYS，定义标题。
单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine”2.定义单位制。
在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键3. 定义二维热单元。
单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE554.定义材料参数。
单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。
6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。
7.建立模型。
单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。
在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。
8.重复第7步，输入RAD1=0.86-0.065，RAD2=0.86-0.245，单击APPL Y；输入RAD1=0.86-0.245，RAD2=0.86-0.36，单击OK。
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有限元法基础及应用上机指导书南京理工大学2008年4月1 引言上机实验是“有限元法基础及应用”课程的一个教学实践环节。
通过上机，同学们可以对理论课所学有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解，同时通过对本实验所用软件平台Ansys的初步涉及，为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE软件进行工程分析奠定初步基础。
2 Ansys软件及其应用简介Ansys是一个集成化的机械工程软件工具包，它包含所谓的CAD/CAE/ CAM功能。
该软件能实现对机械工程产品设计和分析的并行工程（Concurrent Engineering）方法，它允许协同工作的不同设计小组共享设计模型并在不同应用模块之间自由交换信息。
Ansys是一个主要基于有限元法的工程分析应用软件系统，其功能几乎涉及工程分析的所有方面。
用Ansys软件对一个结构或机械零件进行有限元分析的过程由三个大步骤组成：前处理、求解、后处理。
前处理是指建立有限元模型的几何、输入模型的物理和材料特性、边界条件和载荷的描述、模型检查的整个过程。
求解阶段对前处理建立的有限元模型选择相应的求解器进行求解运算。
后处理涉及对计算结果进行考察和评估的各种操作，比如绘制应力、变形图，将结果与失效准则进行比较等。
后处理阶段必须回答两个问题：模型是否准确？结构或零件是否满意？模型中有许多可能产生误差的因素，比如有限元网格的疏密、所使用单元的类型、材料特性、边界条件等。
因此后处理需要对这些环节可能产生的错误进行检查，而这些问题往往在前处理和求解阶段难以发现。
在根据计算结果对所分析的结构或零件进行评估之前，应确保模型中没有错误。
3 上机实验3.1 习题13.1.1 已知条件简支梁如图3.1.1所示，截面为矩形，高度h=200mm，长度L=1000mm，厚度t=10mm。
上边承受均布载荷，集度q=1N/mm2，材料的E=206GPa，μ=0.29。
平面应力模型。
X 方向正应力的弹性力学理论解如下：)534()4(622223-+-=h y h y q y x L h q x σ图3.1.13.1.2 目的和要求（1）在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ，y σ的分布规律。
（2）计算下边中点正应力x σ的最大值；对单元网格逐步加密，把x σ的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。
（3）针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。
3.1.3 操作步骤1 定义文件名，GUI: File/Change Jobname定义文件名为：xiti1，见图3.1.2。
图3.1.22 建模，GUI: Preprocessor/Modeling/Create/Areas/Rectangle/By Dimensions 建立长度为1m ，外径为0.2m ，平面四边形区域，见图3.1.3。
图3.1.33 选用单元类型GUI: Preprocessor/Element Type/(Add/Edit/Delet)，见图3.1.4。
图3.1.4采用solid42平面单元，对solid42单元的属性进行设置，定义它的K3关键字是Plane strs w/thk，即可以定义它的厚度，见图3.1.5。
图3.1.54 设定单元的厚度GUI: Preprocessor/Real Constants/(Add/Edit/Delet)设置Thickness选项为0.01，见图3.1.6。
图3.1.65 设定材料属性GUI: Preprocessor/Material Props/Material Models/Structural/Linear/Elastic/Isotropic图3.1.7μ=，见图3.1.7。
设定材料参数是206=，0.29E GPa6 离散几何模型GUI: Preprocessor/Meshing/Size Cntrls/ManualSize/Global/Size图3.1.8设置Size：Element edge length为0.05，见图3.1.8。
GUI: Preprocessor/Meshing/MeshTool图3.1.9选择其中的Quad和Mapped，点击Mesh划分单元，见图3.1.9，划分好单元后的有限元模型见图3.1.10。
图3.1.107 施加位移约束GUI: Solution/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Nodes选择左侧的中点，单击OK，弹出如下对话框，选择All DOF,即约束这个点X，Y 两个方向上的自由度，见图3.1.11。
图3.1.11以此为例，选择右侧的中点，约束它Y方向上的自由度。
8 施加压强GUI: Solution/Define Loads/Apply/Structural/Pressure/On Lines选择外面的那条圆弧，单击OK，弹出如下对话框，设定压强的大小是4N m，10/见图3.1.12。
图3.1.129 查看最后的有限元模型GUI: Plot/Multi-Plots图3.1.13模型如上图所示，可以看到约束和压强的施加，见图3.1.13。
10 提交计算GUI: Solution/Solve/Current LS出现如下对话框，点击OK进行计算，见图3.1.14。
图3.1.14当出现solution is done时表示计算已经结束11 查看位移GUI: General Postproc/Post Results/Contour Plot/Nodal Solu出现如下对话框，选择DOF solution/Translation USUM，图图3.1.15图3.1.15位移云图如图3.1.16所示。
图3.1.1612 查看模型X方向应力GUI: General Postproc/Post Results/Contour Plot/Nodal Solu 选择Stress/X－direction，模型的应力如图3.1.17所示。
图3.1.1713 查看X方向上的应力关于X轴的位移图GUI: General Postproc/Path Operations/Define Path/By Notes如图3.1.18所示，定义路径名称为X1。
图3.1.18GUI: General Postproc/Path Operations/Map onto Path如图3.1.19所示，定义变量显示的是X方向上的应力，定义标签是X1图3.1.19GUI: General Postproc/Path Operations/Plot Path Item/On Graph 如图3.1.20所示，选择X1图3.1.20最后得到底线上各点X向应力如图3.1.21所示。
图3.1.21注意上图可以看到模型X方向上最大的应力就在梁的下部中点，是0.19MPa。
13 以三角单元划分计算如果需要划分为三角单元以分析用三角形单元和用四边形划分的区别，则在网格划分部分要采用如下的步骤：进入Meshing，点击MeshTool，弹出相应的对话框，在shape中选择Tri，单击Mesh，在弹出对话框后，选择已经存在的梁平面，点击OK就可以完成网格划分。
图3.1.22是三角形单元的有限元模型，图3.1.23是以三角形单元为有限元模型时计算得出的X方向的应力云图。
图3.1.22图3.1.2314 保存文件退出Ansys3.1.4 上机报告要求（1）实验目的和要求描述（2）本实验项目上机实验过程概述 （3）实验内容分析1．根据计算得到应力云图，分析本简支梁模型应力分布情况和规律。
主要考察x σ和y σ，并分析有限元解与理论解的差异。
2．对照理论解，对最大应力点的x σ应力收敛过程进行分析。
列出各次计算应力及其误差的表格，绘制误差－计算次数曲线，并进行分析说明。
3．对三角形平面单元和四边形平面单元的精度进行对比分析。
（4）实验小结和体会3.2 习题2 3.2.1 已知条件一个正方形板，边长L = 1000mm ，中心有一小孔，半径R = 100mm ，左右边受均布拉伸载荷，面力集度q = 25MPa ，如图3.2.1所示。
材料是206E GPa =，0.3μ=，为平面应力模型。
当边长L 为无限大时，x = 0截面上理论解为：)32(2|44220rR r R q x x ++==σ其中R 为圆孔半径，r 为截面上一点距圆心的距离。
x = 0截面上孔边（R r =）应力q x 3=σ。
所以理论应力集中系数为3.0。
图3.2.13.2.2 目的和要求用四边形单元分析x = 0截面上x σ应力的分布规律和最大值，计算孔边应力集中系数，并与理论解对比。
利用对称性条件，取板的四分之一进行有限元建模。
3.2.3 操作步骤1 定义文件名，GUI: File/Change Jobname 定义文件名为：xiti2。
2 建模，很明显这是一个关于X 方向和Y 方向对称的模型，所以只需要其右上部进行分析计算即可。
GUI: Preprocessor/Modeling/Create/Areas/Rectangle/By Dimensionsq如图3.2.2所示，建立边长为0.5m的正方形。
图3.2.2GUI: Preprocessor/Modeling/Create/Areas/Circle/By Dimensions建立半径为0.1m的圆，如图3.2.3所示。
图3.2.3GUI: Preprocessor/Modeling/Operate/Booleans/Subtract/Areas先选中方形面积，点击OK，再选中扇形部分，点击OK，出现图3.2.4所示模型。
图3.2.43 选用单元类型GUI: Preprocessor/Element Type/(Add/Edit/Delet)采用solid42平面单元，4 设定材料属性GUI: Preprocessor/Material Props/Material Models/Structural/Linear/Elastic/Isotropicμ=设定材料参数是206E GPa=，0.35 离散几何模型GUI: Preprocessor/Meshing/Size Cntrls/ManualSize/Global/Size设置Size：Element edge length为0.02，GUI: Preprocessor/Meshing/MeshTool选择其中的Quad和Free，点击Mesh划分单元，有限模型如图3.2.5所示。
图3.2.56 施加位移约束GUI: Solution/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On LinesX轴上的线施加Y方向上的位移约束，对于Y轴上的线施加X方向上的位移约束7 施加压强GUI: Solution/Define Loads/Apply/Structural/Pressure/On Lines选择正方形右边的直线，设定压强的大小是25MPa8 查看最后的有限元模型GUI: Plot/Multi-Plots图3.2.6模型如图3.2.6所示，可以看到约束和压强的施加9 提交计算GUI: Solution/Solve/Current LS10 查看位移GUI: General Postproc/Post Results/Contour Plot/Nodal Solu图3.2.7位移云图见图3.2.7。