基于ANSYS的有限元分析
基于ANSYS的车架有限元分析报告

汽车经过130多年的发展,安全与节能已成为汽车设计的重要容。
在汽车结构中,车架作为整车的基体和主要承载部件,具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用,其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象,运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立,利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义,网格划分,作用力施加,自由度约束,并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析,并分析位移与应力图,为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析,得出车架的固有频率与振型,提高整车设计水平,对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字:车架,有限元,ANSYS, 静态分析,模态分析The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (2)1.5 本文的主要研究容 (3)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (4)2.1 有限元法简介 (4)2.2 CATIA软件简介 (6)2.3 车架几何模型建立 (7)2.3.1车架几何模型简化 (7)2.3.2 车架几何模型建立 (7)2.4 车架有限元模型建立 (10)2.4.1 网格划分前处理 (10)2.4.2 车架有限元网格的划分 (10)3 车架有限元静态分析 (13)3.1 汽车车架刚度理论 (13)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (13)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (13)3.2 车架载荷分类与处理 (13)3.2.1 静载荷 (13)3.2.2 动载荷 (14)3.3 车架工况的有限元分析 (14)3.3.1 满载弯曲工况 (14)3.3.2 满载扭转工况 (16)3.3.3 紧急制动工况 (18)3.3.4 紧急转弯工况 (19)4 车架有限元模态分析 (21)4.1 模态分析简介 (21)4.2 模态分析基本理论 (21)4.3 车架的模态分析 (22)4.4 车架模态分析结果评价 (27)结论 (29)致 (31)参考文献 (32)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展,通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
基于Ansys Workbench的齿轮副有限元分析

针齿中心圆半径r p根据经验公式:式中,前面系数取则,取。
④齿宽=150mm,前面系数取0.11偏心距,短幅系数,针齿半径rp=6.97mm,取r rp=7mm因,则最小曲率半径:计算得到,则,顶切。
⑧针径系数,计算得到K针齿销跨度L=3.5b c,计算得到齿面接触强度校核最大载荷,计算得到齿面接触强度计算。
根据赫兹公式,齿面接触应力按下式计算:1)当量弹性模量E e:摆线轮的弹性模量E1和针齿的弹性模量的弹性模量,故。
2)当量曲率半径ρei,得:令,,则:,且,故:3)任意瞬间针齿与摆线轮接触点的法向压力综上可得:令,Y1随K1、K2、z c以及接触的位置θbi不同而变化,当K1、K2、z c一定时,必有某个=θk使Y1达到最大值Y1max:则:根据插值法取Y1max=1.95。
代入数图3箱体图4装配体内部结构图1行星轮图2摆线轮4齿轮副有限元分析针对风电变桨减速器结构,对代表性的齿轮副进行了有限元模型的建立和分析,其中包括一对外啮合齿轮副、摆线轮与针齿接触副。
4.1外啮合齿轮副建立外啮合齿轮副的实体模型,并导入ANSYS中,应用Swept Meshing(扫掠法)进行网格划分,网格模型共计25140个单元,29010个节点,外啮合齿轮副有限元模型如图5所示。
图5外啮合齿轮副网格图外啮合齿轮副计算模型边界条件为:主动轮z1施加扭矩载荷,径向和轴向施加零位移约束,可绕中心线转动;动轮z2的切向、径向和轴向均施加零位移约束,边界条件如图6所示。
图6外啮合齿轮副边界条件4.2摆线轮与针齿接触副将建立的实体模型导入ANSYS Workbench中,建立摆线轮与针齿接触副有限元模型,应用Hex Dominat行网格划分,共计116254个单元,455334个节点,网格模型如图7所示。
图7摆线针齿网格图摆线轮与针齿接触副有限元模型分析边界条件为:齿外圈切向、径向和轴向均施加零位移约束;分布的轴承孔面径向和轴向施加零位移约束,所示。
基于AnsysWorkbench筒体吊装工具有限元分析

基于AnsysWorkbench筒体吊装工具有限元分析摘要:采用AnsysWorkbench软件对筒体吊装工具进行有限元分析,通过建模仿真的方式了解筒体吊装工具的强度及变形情况,依托计算结果提出筒体吊装工具优化设计的方案。
关键词:筒体吊装工具;AnsysWorkbench;有限元分析随着现代科技的不断发展,工业制造和建筑施工等领域对于设备和材料的提出了更高的要求。
在筒体、压力容器等重型设备的制造和运输过程中,吊装工具是一种必不可少的装备。
利用吊装工具可以将筒体等重量物品从一个位置转移到另一个位置,并保证吊装过程的安全和稳定。
因此,对于吊装工具的设计和分析是非常重要的。
AnsysWorkbench作为一款常见的有限元分析软件,在应用于筒体吊装工具的分析中有着广泛的应用价值。
本研究对基于Ansys Workbench筒体吊装工具有限元分析的相关问题进行深入研究,为方案设计及失效分析提供理论支持。
1AnsysWorkbench的主要功能及应用流程1.1 AnsysWorkbench的主要功能Ansys Workbench是一款广泛应用于工业制造、建筑施工、航空航天等领域的有限元分析软件,其主要功能包括:(1)CAD建模。
Ansys Workbench具有强大的CAD建模功能,可以创建2D和3D的几何对象和组件,并快速导入各种文件格式的CAD数据文件。
(2)丰富的材料库。
针对各种不同的实际应用场合,AnsysWorkbench内置了广泛的材料数据库,包括金属、塑料、陶瓷、涂层、复合材料等多种材料,用户还可以在其基础上拓展和编辑自己的材料数据。
(3)划分单元.通过AnsysWorkbench中的划分单元工具可以给几何模型划分单元,包括四面体、六面体、棱柱体等单元类型,满足复杂结构的有限元分析需求。
(4)自由设定边界条件。
使用者可以在AnsysWorkbench中设定各种边界条件(BC),如固定、载荷或约束边界等,从而得到完整的有限元边界值问题。
基于ANSYS的可重构夹具有限元分析

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图 5夹 具在 状 态 一 下 的变形
F g5 Fxu e i h tt b u h d fr to i. itr n te sae a o tte eomain
如图 6所示 , 由图 6可看出夹具在状态二的情况下 , 整体夹
具 的最 大 变 形 量 为 0 15 mm,较 夹具 在 状 态 一 的时 候 有 所 增 . 78 0
坐标系为基准是正确的。在状态二的隋况下, 既要对夹具施加重力 加推力作用 , 模拟夹具在气缸推动作用下的情况[如 图4所示。 5 1 ,
支撑板的有限元模型 , 如图 7 所示 。 其中, 区域 1 为支撑板与 六个连接孔约束全部 自由度。区域 2 通过四个孔安装调整模块 ,
区域 3通过三个连接孔安装检测模块, 区域 4通过六个连接孔安
F g6 F x u e i he s ae o e o mai n u d r t e S c n i . i t r n t t t f d f r to n e h e o d
基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析

基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。
装配体的仿真所面临的问题包括:(1)模型的简化。
这一步包含的问题最多。
实际的装配体少的有十几个零件,多的有上百个零件。
这些零件有的很大,如车门板;有的体积很小,如圆柱销;有的很细长,如密封条;有的很薄且形状极不规则,如车身;有的上面钻满了孔,如连接板;有的上面有很多小突起,如玩具的外壳。
在对一个装配体进行分析时,所有的零件都应该包含进来吗?或者我们只分析某几个零件?对于每个零件,我们可以简化吗?如果可以简化,该如何简化?可以删除一些小倒角吗?如果删除了,是否会出现应力集中?是否可以删除小孔,如果删除,是否会刚好使得应力最大的地方被忽略?我们可以用中面来表达板件吗?如果可以,那么,各个中面之间如何连接?在一个杆件板件混合的装配体中,我们可以对杆件进行抽象吗?或者只是用实体模型?如果我们做了简化,那么这种简化对于结果造成了多大的影响,我们可以得到一个大致的误差范围吗?所有这些问题,都需要我们仔细考虑。
(2)零件之间的联接。
装配体的一个主要特征,就是零件多,而在零件之间发生了关系。
我们知道,如果零件之间不能发生相对运动,则直接可以使用绑定的方式来设置接触。
如果零件之间可以发生相对运动,则至少可以有两种选择,或者我们用运动副来建模,或者,使用接触来建模。
如果使用了运动副,那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响?在运动副的附近,我们所计算的应力其精确度大概有多少?什么时候需要使用接触呢?又应该使用哪一种接触形式呢?(3)材料属性的考虑。
在一个复杂的装配体中所有的零件,其材料属性多种多样。
我们在初次分析的时候,可以只考虑其线弹性属性。
但是对于高温,重载,高速情况下,材料的属性不再局限于线弹性属性。
此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料,它是超弹性的吗?是哪一种超弹性的?它发生了塑性变形吗?该使用哪一种塑性模型?它是粘性的吗?它是脆性的吗?它的属性随着温度而改变吗?它发生了蠕变吗?是否存在应力钢化问题?如此众多的零件,对于每一个零件,我们都需要考察其各种各样的力学属性,这真是一个丰富多彩的问题。
基于ANSYS有限元技术的结构分析

基于ANSYS有限元技术的结构分析基于ANSYS有限元技术的结构分析结构分析是工程设计中重要的一环,它通过对结构的力学行为进行研究和预测,为设计师提供改进和优化设计的依据。
随着计算机技术的发展,有限元方法成为了结构分析的重要工具。
ANSYS有限元分析软件是目前业界最常用的有限元分析软件之一,它具有丰富的功能和广泛的应用领域,在结构分析中发挥着重要作用。
有限元方法是一种通过局部逼近的代数方程组来描述连续介质力学行为的数值方法。
它将结构划分为一系列的有限元单元,通过对每个单元的行为进行数学描述,然后将所有单元的行为组合在一起,得到整个结构的力学行为。
ANSYS有限元分析软件提供了完善的有限元分析工具,可以对各种结构进行快速准确的分析。
在进行结构分析前,首先需要建立结构模型。
ANSYS提供了丰富的几何建模工具,例如通过实体建模、曲面建模或者直接导入CAD模型等方式,可以快速方便地构建结构模型。
然后,需要定义材料的力学性质和加载条件。
在ANSYS中,可以通过直接输入材料力学性质参数或者选择预定义的材料模型来进行建模。
对于加载条件,可以设置结构所受的外部力或者约束条件,如支座、固支等。
这些参数的设定对于分析结果的准确性和可靠性至关重要。
在建立好结构模型并设定好参数后,接下来就可以进行结构分析了。
ANSYS有限元分析软件采用了数值解方法,通过对结构物的力学方程离散化,将结构物划分为许多小单元,并在每个单元上进行力学方程的求解,然后将结果组装起来,得到整个结构物的力学响应。
采用有限元分析的好处是可以更准确地预测结构的变形、应力分布和应力集中等情况,从而为结构设计提供可靠的依据。
有限元分析除了可以进行线性静力学分析之外,还可以进行非线性分析、动力学分析、热传导分析、疲劳分析等。
例如,在进行非线性分析时,可以考虑结构的材料非线性、几何非线性、接触非线性等因素,以更真实地反应结构的力学行为。
在进行动力学分析时,可以考虑结构的振动频率、模态形态等,为结构抗震设计提供依据。
基于ANSYS有限元软件的边坡稳定性分析

基于ANSYS有限元软件的边坡稳定性分析摘要:随着计算力学、计算数学、工程管理学与计算机科学的快速发展,数值模拟的技术随之变得越来越成熟。
本文使用ANSYS有限元软件来模拟边坡,运用强度折减法,分析凝聚力和内摩擦角对边坡安全系数的影响,获得相应的位移云图。
把安全系数作为判断边坡稳定性的一个重要的指标,从而及时地发现和避免可能发生的滑坡、崩塌等自然灾害,尽可能地降低人民生命和财产的损失。
关键词:边坡;稳定性;有限元软件;数值模拟;强度折减法引言边坡是指地壳表面具有侧向临空面的地质体,由坡面、坡顶与其下方一定深度的岩土体构成。
边坡存在于大量的工程中,包括但不限于铁路、公路和水利工程等。
近年来,滑坡,泥石流,山体崩塌等灾害时有发生,严重危害了人民的生命及财产安全,给人们的生活造成了重大的威胁,边坡稳定成为社会各界广泛关注的一个问题。
不仅如此,边坡是否稳定会严重影响工程的施工安全、运营安全和建设成本,因此,边坡的稳定性有分析研究的充分必要。
运用数值模拟的方法研究边坡稳定性最早使用的就是有限元法,也是现在最常用的数值模拟方法。
有限元法充分考虑了介质的变形特征,能够正确地反应边坡的受力状态。
既能考虑到边坡沿软弱结构面破坏,还能分析边坡的整体稳定破坏。
1ANSYS有限元软件简介FEA(Finite Element Analysis)是一种高效的,常用的计算方法,它是将连续的对象离散化成若干个有限大小的单元体的集合,从而求解连续体的力学问题。
ANSYS有限元软件包含多中有限元分析类型,从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析都能够进行计算求解。
2参数选取及计算模型建立2.1 选取背景参数本次数值模拟以国内某矿边坡为对象,采用有限元软件ANSYS分析该边坡结构在不同力学参数条件下的应力应变情况,并判断其稳定性。
边坡的材料属性如表1所示。
2.2 建立计算模型对于边坡这种纵向比较长的实体,计算模型可简化成平面应变问题,即认为边坡所受的外力不随Z轴变化,其在外力作用下所发生的位移和应变都只在自身平面内。
基于ANSYS的叉车外门架结构有限元分析

基于ANSYS的叉车外门架结构有限元分析文章建立了某型号2.5T叉车门架的三维模型,分析外门架的工作状态以及受力情况,并导入Ansys-workbench有限元分析软件,经过分析得出最不利工况下门架的应力、位移等详细数据,为叉车外门架的设计提供了科学有力的依据。
标签:叉车;外门架;有限元分析叉车是现在人们常用的搬运设备之一,是成件托盘货物过程中进行装卸、堆垛和短距离运输以及重物搬运作业的常用搬运车辆。
它广泛应用于港口、车站、机场、货场、工厂车间、仓库、流通中心以及配送中心等,并可进入船舱、车厢和集装箱内进行托盘货物的装卸、搬运作业,是托盘运输、集装箱运输中必不可少的设备。
叉车的门架属于工作装置的一部分,主要包括外门架、内门架、货叉和叉架等。
文章利用有限元分析软件Ansys-workbench对2.5T叉车的外门架进行分析,为叉车外门架结构的合理设计提供依据,同时达到缩短设计周期,提高供货质量的目的。
1 门架系统的结构分析叉车的门架系统由门架、链条、叉架、货叉、门架滚轮、液压缸等部件组成。
叉车门架为伸缩式的框架结构,通过外门架尾部铰接在车轴或车架上,依靠倾斜液压缸实现前后倾斜,以便于装卸货物以及带货运行。
内外门架是垂直起升系统的立柱,主要承受弯曲载荷;货叉架又被称为滑架,用于悬挂货叉或者其他的叉车属具;货叉即是直接承载货物的部分,一般装有两个,其间距可以在货叉架上调整。
起升液压缸带动链条传动使货叉架沿内门架升降,从而带动货叉的完成升降运动,达到升降载荷的目的。
内门架滑轮贴附在外门架内,以外门架内槽为导轨完成上下运动,把货物举升到较高的位置,完成货物的堆放。
由此看来外门架是叉车的主要受力部件,外门架的设计对叉车的性能产生很大的影响。
2 叉车外门架有限元模型的建立2.1 外门架的三维造型一般来说,建立有限元模型的原则是既能体现被分析结构的力学性能,又要尽量地使模型简化。
文章采用三维建模软件SolidWorks进行实体建模,如图1所示。
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基于ANSYS的有限元分析
有限元大作业
基于ansys的有限元分析
班级:
学号:
姓名:
指导老师:
完成日期:
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件,是世界范围内增长最快的计算机辅助工程(CAE)软件,能与多数计算机辅助设计(CAD,computer Aided design)软件接口,实现数据的共享和交换,如Creo,NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD等。
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。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机
械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大,操作简单方便,现在已成为国际最流行的有限元分析软件,在历年的FEA评比中都名列第一。
目前,中国100多所理工院校采用ANSYS 软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
2D Bracket
问题描述:
We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element.
1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm
2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa.
3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge.
4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. The
load is 2625 N/m.
5.Objective: a.Plot deformed shape
b.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these)
c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see how
d.principal stress and von Mises stress chang
e.
一,建立模型
1设置工作平面
在ansys主菜单里找到workplane>wp settings,输入如下参数。
2建立关键点如图
3连接各点组成下图所示的线段
4上述6条线段组成封闭的面
5作出如图所示的倒角,半径为0.025m。
6画出两圆位置如图,将各组成面进行布尔和组成一个面。
7修改工作平面尺寸,画出图示两小圆,与大平面进行布尔差
二,设置材料属性
材料性质为线弹性,杨氏模量为200GPa,泊松比为0.3。
三,设置网格单元属性并划分网格
1选择单元类型为8节点应力单元
2设置平面应力单元厚度为0.3125m。
3设置单元大小
在平板外围轮廓线上设置为长度0.0125m,在两空孔内部曲线上设置为长度0.001m。
4划分网格
四,载荷与边界条件
1将平板左边完全固定
2在平板上部施加压力载荷,大小为2625N/m。
五,计算与后处理
1新建分析文件,设置为静态。
2后处理
位移云图
Mises应力云图
第一主应力云图
第二主应力云图第三主应力云图
1由mises应力云图可以看出在圆角处和上表面最左端应力最大。
2由主应力云图可以看出结构上最大压应力大于拉应力,倒角区域的压应力是破坏结构的主要因素。
3由变形云图可知平板最右端位移最大。
六,修改倒角半径
R=0.012m时应力云图和变形云图
变形云图
Mises应力云图
主应力云图
R=0.006m时应力云图和变形云图
变形云图
Mises应力云图
主应力云图
对比分析可以发现,圆角半径越小,圆角处的应力越大,应力集中越明显,结构所能承受的载荷越小。
3D Solid 问题描述:
Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa.
Boundary conditions: The object is fixed around the inner surface of the hole.
Loading: The object is loaded uniformly (1000 N/cm2) along the top surface of the extended beam.
Objective:
To plot deformed shape.
To determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these. Do not print the stress list)
What is the maximum load the object can take. Clearly mention the yield
stress that you have assumed for steel. Also assume factor of safety of 1.25.
一,建立模型
1设置工作平面
在ansys主菜单里找到workplane>wp settings,
输入如下参数。
2建立一个长5cm宽1cm高8cm的长方体
3在长方体上开两个小孔,孔径5mm。
4以平板一面为基准依次建立的长方体
二,设置材料属性
材料性质为线弹性,杨氏模量为200GPa,泊松比为0.3。
三,设置网格单元属性并划分网格
1选择单元类型为10节点应力单元
2划分网格
四,载荷与边界条件
将基准平板两孔内表面完全约束,在悬臂上施加大小为10兆Pa压强。
五,计算与后处理
1新建分析文件,设置为静态。
2后处理
变形云图
Mises应力云图
主应力云图
从应力云图图可以看出在两孔处应力较大,在伸
出端和平板连接的上下两处应力较大,在伸出端上靠近平板处应力增大。
左右方向的伸出端无应力集中,应力也不大。
3计算最大载荷
这里假设使用的是常见的Q235号钢,屈服极限为235Mp。
根据题设给出的安全系数s=1.25可以算出材料许用应力为188MPa,结构危险截面应力不允许达到188MPa。
根据上述分析可知在10MPa压力下结构最大应力为1290MPa,对于线弹性问题,载荷与应力成正比,可以反求出当应力在188MPa时结构承受载荷为1.5MPa压力。
六,Abaqus对比分析
1软件介绍:ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的有限元软件,可以分析复杂的固体力学结构力学系统,特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。
ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析,同时还可以做系统级的分析和研究。
ABAQUS 的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。
由于ABAQUS 优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS 被各国
的工业和研究中所广泛的采用。
ABAQUS 产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。
2同样的,在abaqus中建立上述模型,并计算的到如下结果。
mises应力云图
主应力云图
对比ANSYS和Abaqus的分析结果,显然计算结果大致相同,足以验证上述分析的正确性。
3验证最大载荷
在abaqus中,将载荷修改成1.5MPa计算得到的最大mise应力为180MPa,符合上述分析得到的结论。
七,总结
ANSYS大作业在历时一个星期的坎坷中完成了,心中的喜悦难以言喻。
第一次听到ANSYS这个软件还从老师课上的说教,真正接触到这个软件,深深的觉得它难学,难用,跟我之前学过的catia以及abaqus有着很大的区别。
在学习它的过程中,逐渐的体会用数学的思维解决工程实际问题这一思想。
使用ANSYA完成大作业是我的一次大胆尝试,在完成大作业的过程中我遇到了各种各样的困难,由于初学ANSYS,对软件的不熟悉,造成了我分析的困难,这也促进了我去图书管看辅导书,在网上看教程,一次一次尝试。
在ANSYS上建模是一件非常痛苦的事情,起初我想用catia画,导入到ANSYS中分析,尝试多次还是失败了。
用ANSYS和catia进行联合仿真是我今后往下学习的方向,并坚信最终可以完成。
说到CAE这门课,它深奥难懂,内容繁多,学习起来困难,幸在老师讲课深入浅出,绘声绘色,让我们接受起来不那么晦涩。
最后,感谢大作业给我带来的锻炼和提高,
我深知今后要学习的东西还有很多,我也会继续将ANSYS学习下去,完成将来所遇到的问题。