《有限元教程》20例ANSYS经典实例
ansys有限元分析案例
ansys有限元分析案例ANSYS有限元分析案例。
在工程设计和分析领域，有限元分析是一种常用的数值模拟方法，它可以有效地预测结构在受力作用下的变形和应力分布。
而ANSYS作为目前应用最为广泛的有限元分析软件之一，具有强大的建模和仿真功能，被广泛用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
本文将通过一个实际案例，介绍如何使用ANSYS进行有限元分析。
案例背景：某工程结构在实际使用过程中出现了裂纹现象，为了找出裂纹的成因并进行有效的修复措施，我们决定利用ANSYS进行有限元分析。
首先，我们需要建立结构的有限元模型，然后施加相应的载荷和边界条件，最终得出结构的应力分布和变形情况，从而找出裂纹的位置和原因。
建立有限元模型：首先，我们需要将结构进行几何建模，并进行网格划分，将结构划分为有限元单元。
在建立模型的过程中，需要考虑到结构的几何形状、材料属性以及实际工况下的载荷和边界条件。
在ANSYS中，可以通过几何建模模块进行结构建模，然后选择合适的单元类型和网格划分方法，对结构进行离散化处理。
施加载荷和边界条件：在建立完有限元模型之后，我们需要定义结构的加载情况，包括静载荷、动载荷、温度载荷等。
同时，还需要定义结构的边界条件，如约束条件、支撑条件等。
这些载荷和边界条件的设置需要符合实际工况，并且需要考虑到结构的非线性、材料的非均质性等因素。
进行仿真分析：一切准备就绪后，我们可以进行仿真分析，通过ANSYS求解器对结构进行有限元分析。
在仿真分析过程中，ANSYS会根据定义的载荷和边界条件，对结构进行求解，并得出结构的应力分布、位移和变形情况。
通过对仿真结果的分析，可以找出结构中的弱点和故障部位，为后续的修复工作提供参考依据。
结果分析与修复措施：最后，我们需要对仿真结果进行深入分析，找出裂纹的具体位置和成因。
根据分析结果，可以制定针对性的修复措施，如增加加强筋、更换材料、改变结构设计等。
通过对仿真结果的分析，可以有效地指导后续的结构修复工作，并提高结构的安全性和可靠性。
《有限元基础教程》_【ANSYS算例】6.2(2) 受均匀载荷方形板的有限元分析(GUI)及命令流
【ANSYS 算例】6.2(2) 受均匀载荷方形板的有限元分析针对【MA TLAB 算例】6.2(1)的问题，即如图6-3(a)所示的正方形薄板四周受均匀荷载的作用，该结构在边界上受正向分布压力1k N/m p =，同时在沿对角线y 轴上受一对集中压力，荷载为2k N 。
若取板厚1m t =，弹性模量6110pa E =⨯，泊松比0μ=，基于ANSYS 平台进行建模和分析。
(a) 受均匀载荷的正方形薄板 (b) 1/4模型的单元划分图6-3 受均匀荷载作用的正方形薄板及有限元分析模型解答 基于ANSYS 平台进行计算，给出的操作过程及命令流如下。
1. 基于图形界面的交互式操作(step by step)(1) 进入ANSYS （设定工作目录和工作文件）程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): Planar →Run → OK(2) 设置计算类型ANSYS Main Menu : Preferences… → Structural → OK(3) 选择单元类型ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →Solid ：Quad 4node 42 →OK (返回到Element Types 窗口) → Opt ions… →K3: Plane Strs w/thk(带厚度的平面应力问题) →OK →Close(4) 定义材料参数ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic → Isotropic: EX:1e6 (弹性模量)，PRXY: 0 (泊松比) → OK → 鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1→ OK →Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), THK: 1 (平面问题的厚度) →OK →Close(6) 生成几何模型生成节点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create →Nodes→In Active CS →Node number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，2，0→Apply →同样依次输入其余5个节点坐标（坐标分别为（0，1，0）、（1，1，0）、（0，0，0）、（1，0，0）、（2，0，0））→OK生成单元ANSYS Main Menu:Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes →TYPE,1 PLANE42，MAT,1，REAL,1 →OKANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Auto Numbered →Thru Nodes →点击1，2，3号节点→Apply→点击2，4，5号节点→Apply→点击2，3，5号节点→Apply→点击3，5，6号节点→OK(7) 模型施加约束和外载底边加Y方向的约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Displacement→On Nodes→用鼠标选择1/4模型底边上的所有节点(可用选择菜单中的box拉出一个矩形框来框住底边线上的节点，也可用single来一个一个地点选)→OK →Lab2 DOFs: UY(默认值为零) →OK 左边加X方向的约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Displacement→On Nodes→用鼠标选择1/4模型左边上的所有节点(可用选择菜单中的box拉出一个矩形框来框住左边线上的节点，也可用single来一个一个地点选)→OK →Lab2 DOFs: UX(默认值为零) →OK斜边加垂直于斜边方向的均布载荷ANSYS Utility Menu：Select →Entities…→OK→点击1，3，6节点→OKANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure→On Nodes →Pick All →V ALUE：1000 →OK节点1施加载荷ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Force/Moment →On Nodes →点击1号节点→OK →Lab：FY, Value: -1000 →OK(8) 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Analysis Type →New Analysis →Static →OKANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK→Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口(9) 结果显示ANSYS Main Menu：General Postproc →List Results →Element Solution →Element solution →Stress →X-Component of Stress →OK (返回到List Results)→Nodal Solution →Nodal solution →DOF Solution →Displacement vector sum →OKANSYS Main Menu：General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Nodal Solu →Nodal solution →DOF Solution →Displacement vector sum →OK (还可以继续观察其他结果)(10) 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit…→Save Everything→OK2 完整的命令流!%%%%%%%%%% [ANSYS算例]6.2(2) %%% begin %%%%%%/prep7 !进入前处理ANTYPE,STATIC !设定为静态分析et,1,plane42 !设置单元类型为PLANE42keyopt,1,3,3 !设置为带厚度的平面问题r,1,1 !设置实常数，厚度为1mp,ex,1,1e6 !设置1号材料弹性模量为1e6N/m2 mp,prxy,1,0 !设置1号材料泊松比n,1,,2 !生成节点1，坐标(0,2)n,2,,1 !生成节点2n,3,1,1 !生成节点3n,4, !生成节点4n,5,1 !生成节点5n,6,2 !生成节点6mat,1 !设定为材料No.1type,1 !设定单元No.1real,1 !设定实常数No.1e,1,2,3 !生成单元1e,2,4,5 !生成单元2e,2,3,5 !生成单元3e,3,5,6 !生成单元4d,1,ux !1号节点施加x方向约束d,2,ux !2号节点施加x方向约束d,4,all !4号节点施加全约束d,5,uy !5号节点施加y方向约束d,6,uy !6号节点施加y方向约束nsel,s,,,1,3,2 !选择1号3号节点nsel,a,,,6 !添加选择6号节点sf,all,pres,1000 !施加1000N/m压力nsel,all !选择全部节点f,1,fy,-1000 !在1号节点施加FY方向的力(-1000N) /solu !进入求解模块Solve !求解FINISH !结束求解状态!=====进入一般的后处理模块/POST1 !进入后处理PLDISP,1 !显示变形状况FINISH !结束后处理!%%%%%%%%%% [ANSYS算例]6.2(2) %%% end %%%%%%。
ansys工程实例(经典例子)
管道支架结构分析一问题描述该结构用于支撑管道，如图所示。
该结构需要有很好的长时间的支撑性，且在支撑时，变形不能过大，否则会由于支撑力不够，造成管道变形，严重的话会造成管道的泄露。
另外，所用的材料也要满足屈服条件，设计时不能造成结构的破坏。
如何设计该支撑的结构和所用的材料成了其中的关键。
材料参数为7E+008，泊松比为0.33，边界条件为最下端为固定端，载荷为管道所在弧面上，方向为垂直且指向弧面的均布面力。
二求解步骤定义工作文件名Utility Menu-->File-->Change Jobname 该工作名为yangxin10054554定义单元类型Main Menu --> Preprocessor--> Element Type --> Add/Edit/Delete…创建mesh200和brick 20node 95单元。
（mesh200还需设置options选择面单元，否则分网时会提示出问题）材料参数设定main menu-->preferences-->…选中结构类选项。
Main menu-->preprocessor-->material props-->material models-->在material models available 分组框中依次选取structural/linear/elastic/isotropic选项，设置弹性模量EX=0.7e9,泊松比=0.33。
4.生成几何模型、划分网格Main menu-->preprocessor-->modeling-->create-->keypoints-->in active cs 选项，输入关键点号和相应的坐标，如下：2）连线Main menu-->preprocessor-->modeling-->create-->lines-->lines-->straightline-->…3) 倒角Main menu-->preprocessor-->modeling-->create-->lines-->line fillet-->...4）对称Main menu-->preprocessor-->modeling-->reflect-->lines-->…之后将所有面add在一起。
梁模型有限元计算_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共7页]
![梁模型有限元计算_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共7页]](https://img.taocdn.com/s3/m/ba2491b227d3240c8547ef2c.png)
4.2 梁单元静力学分析当结构长度对横截面的比率超过10:1，沿长度方向的应力为主要分析对象，且横截面始终保持不变时，即应用梁单元。
梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构，如建筑桁架、桥梁、螺栓等。
在WB中默认为铁摩辛柯（Timoshenko）梁单元，即Beam188和Beam189，可计算弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。
其中Beam188采用线性多项式作为形函数，Beam189采用二次多项式作为形函数，当WB的Mesh设置中Mesh-Element Midside Nodes为Dropped 时，即为Beam188；Mesh-Element Midside Nodes为Kept时，即为Beam189。
有限元对单元特性的描述包括单元形状、节点数目、自由度和形函数。
表4-2-1为Beam 单元的对比。
在WB中默认设置为二次单元。
一般来说，线性单元需要更多的网格数才能达到二次单元的精度。
选用二次单元可提高计算精度，这是因为二次单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且二次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。
但高阶单元的节点数较多，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，计算内存消耗也多，因此，在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
表4-2-1 Beam单元对比4.2.1 梁模型有限元计算用ProE建立一桁架模型，导入WB进行分析计算。
（1）ProE建模。
在草绘界面绘制一边长为30mm、40mm、50mm的三角形，然后选择投影命令将草绘图形投影到基准面上，另存为x_t文件（其他3D软件操作方法类似）。
（2）导入模型。
如图4-2-1所示，在Import设置中，Operation设为Add Frozen，Line Bodies 设为Yes。
– 65 –– 66 – 图4-2-1 Import ProE模型文件设置（3）梁截面赋值，并定义截面方向，最后用Form New Part将三根梁合并为一个部件，如图4-2-2所示。
4有限元软件之ansys入门实例
实验三 变截面高速轴的最优化设计一、 问题描述在图41所示的变截面轴上，安装有一个质量为Q 的轮子。
轴的长度为3l ,各段长度已知，要求解决的问题是确定在满足动力稳定性条件下，轴的质量最小时的直径1d 和2d 。
该问题的分析过程如下：1． 选择设计变量。
此最优化问题有两个设计变量，即要求确定的轴直径1d 和2d 。
2． 建立目标函数。
以轴的质量g M 作为目标函数，选用材料的密度为ρ，则目标函数如下：()()()221212,24g M f x f d d l d d πρ⎛⎫===+ ⎪⎝⎭3.确定约束条件。
当轴的旋转速度ω达到其临界转速时的角速度c ω或横向振动（弯曲振动）的固有频率nω时，轴便处于共振状态。
在大多数情况下，需要进行这种动力稳定性图41 轴的简图设计的轴，其质量g M 总小于轮子的质量Q ，为了简化计算，在确定n ω时时常忽略g M ，而简化为单自由度的振动问题。
因此，轴的横向振动的固有频率为：n g uω= 式中g 为重力加速度；u 为轴的中间截面处的静挠度。
按照图41给出的条件，根据材料力学可求得：344121 2.3810.67Q u l E d d π⎛⎫=+ ⎪⎝⎭式中E 为材料的弹性模量。
为保证轴在工作时的动力稳定性，应使c n n K ωωωωω<== 或式中K 为大于1的安全系数。
将u 的表达式及n g uω=代入上式，经过整理后得到动力稳定性所要求的等式约束条件为：32244121 2.38010.67EgQl K d d πω⎛⎫-+= ⎪⎝⎭ 另外，根据结构尺寸要求的条件为：1min 11max 2min 22max ,d d d d d d ≤≤≤≤因此，装有一个重轮的变截面高速旋转直轴，当以轴的质量为目标函数时，其最优化设计的数学模型为：()()221212min ,24f d d l d d πρ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭32244121 2.38010.67EgQl K d d πω⎛⎫-+= ⎪⎝⎭1min 11max d d d ≤≤2min 22max d d d ≤≤图43 LINGO程序主界面二、实训目的理解“最优化设计”的概念和方法；了解“最优化设计”的建模方法；了解“最优化设计”问题的解决过程；了解LINGO的编程、方法和求解过程。
有限元软件ansys培训教程：第六讲实例
有限元软件ansys培训教程：第六讲实例有限元软件 ANSYS 培训教程：第六讲实例在有限元软件 ANSYS 的学习过程中，实例操作是巩固理论知识、提升应用能力的关键环节。
本讲将通过一个具体的实例，带您深入了解 ANSYS 在工程问题中的实际应用。
我们要分析的是一个简单的悬臂梁结构。
假设该悬臂梁长度为5 米，横截面为矩形，宽 02 米，高 03 米，材料为钢材，弹性模量为 210GPa，泊松比为 03，在梁的自由端施加一个垂直向下的集中力 1000N。
首先，打开 ANSYS 软件，进入前处理模块（Preprocessor）。
在前处理中，我们需要定义单元类型、材料属性和几何模型。
选择合适的单元类型对于准确模拟结构的力学行为至关重要。
对于这个悬臂梁问题，我们可以选择 BEAM188 单元，它适用于分析梁结构。
接下来定义材料属性。
在材料属性设置中，输入钢材的弹性模量210×10^9 Pa 和泊松比 03。
然后创建几何模型。
我们可以通过直接输入关键点的坐标来构建悬臂梁的形状。
首先定义梁的两个端点，一个固定端（坐标为 0,0,0），一个自由端（坐标为 5,0,0），然后连接这两个点形成直线，从而创建出悬臂梁的几何模型。
完成几何模型创建后，需要对其进行网格划分。
合理的网格划分能够提高计算精度和效率。
对于这个简单的悬臂梁，可以采用均匀的网格划分方式。
进入求解模块（Solution），施加边界条件和载荷。
在固定端，约束所有自由度，即限制其在 X、Y、Z 方向的平移和绕 X、Y、Z 轴的转动。
在自由端施加垂直向下的集中力 1000N。
设置好求解选项后，点击求解按钮，ANSYS 软件将开始计算。
计算完成后，进入后处理模块（Postprocessor）查看结果。
我们可以查看梁的变形、应力分布等情况。
通过查看变形结果，可以直观地了解悬臂梁在载荷作用下的挠曲程度。
应力分布结果则能帮助我们判断结构是否会发生破坏。
ANSYS有限元分析实用教程-叶轮,涡轮
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
3.
进入前处理器,分别定义单元类型1为SOLID95, 单元类型2为MESH200.对MESH200单元 设置KEYOPY(1) = 5 :
– Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete … [Add ...] – 选择 "Structural Solid" 和 "Brick 20node 95",然后按 [Apply] – 选择 "Not Solved" and "Mesh Facet 200",然后按[OK] 选择[Options ...] Set K1 = "TRIA 6-NODE",然后按[OK] [Close] 或使用命令: /PREP7 ET,1,SOLID95 ET,2,MESH200 KEYOPT,2,1,5
– – Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > -Structural- Displacement > On Nodes + 或使用命令: D,ALL,UZ
January 30, 2001 Inventory #001444 W2-9
2A. 耦合
– – Main Menu > Preprocessor > MeshTool … 或使用命令: VMESH,1
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
有限元分析与ANSYS实践第3章
2019/2/19
a)
b)
c)
图3-1 杆件结构实例 2019/2/19
在有限元分析中，当杆件的长度尺寸远大于截面尺寸时， 可认为杆件单元只发生轴线方向的拉伸与压缩变形，不产生 弯曲、扭转等变形。如图3-2所示，作用于杆件两端方向相 反的两个外力，其作用线与杆件轴线重合，使杆件发生拉伸 （虚框）。
单元首结点 编号 1 2 1
单元尾结点 编号 2 3 3
单元长度 /cm 70.71 70.71 100
（2）单元分析 在各单元上，沿杆的轴向建立笛卡尔（直角）坐标系，称为 单元（或局部）坐标系。 1） 对水平杆单元3，假设其受力与位移情况如图3-5所示。在 单元坐标系x轴向右的外力fix和fjx的共同作用下，结点i位移了 uix，结点j位移了ujx。
图3-24a) 活动绞支座
（2）施加载荷
（3）计算求解
图3-28 求解窗口
4. 后处理 （1）定义单元表
（2）输出单元表
图3-31 输出单元表
3.2自重作用下均匀截面直杆的有限元法分析
由于结构体自身存在质量，所以在实际工程中，除考虑外 力作用的同时，应首先了解结构体自身重量所产生力学问 题。本节介绍自重作用下均匀截面直杆的有限元法分析一 般原理和ANSYS分析方法。
例 3-1 设平面三角结构 的桁架 123 如图 3-4 所示。 已知：各杆的弹性模量 E=2.0×105MPa，各杆截面 均为 A=0.5cm 2 ，杆 13 长为 100cm，载荷P=2KN，试求 平面桁架的内力和位移。
图3-4 平面桁架123
解：1.传统分析方法 设杆12、杆23和杆13的内力分别为N1、N2和N3。 在总体坐标系x-y（或U-V）中，由力的平衡方程可 以得到结点的内力值。
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《有限元教程》20例ANSYS经典实例有限元方法在工程领域中有着广泛的应用，能够对各种结构进行高效精确的分析和设计。
其中，ANSYS作为一种强大的有限元分析软件，被广泛应用于各个工程领域。
下面将介绍《有限元教程》中的20个ANSYS经典实例。
1.悬臂梁的静力分析：通过加载和边界条件，研究悬臂梁的变形和应力分布。
2.弯曲梁的非线性分析：通过加载和边界条件，研究受弯曲梁的非线性变形和破坏。
3.柱体的压缩分析：研究柱体在压缩载荷作用下的变形和应力分布。
4.钢筋混凝土梁的受弯分析：通过添加混凝土和钢筋材料属性，研究梁的受弯变形和应力分布。
5.圆盘的热传导分析：根据热传导方程，研究圆盘内部的温度分布。
6.输电线杆的静力分析：研究输电线杆在风载荷和重力作用下的变形和应力分布。
7.轮胎的动力学分析：通过加载和边界条件，研究轮胎在不同路面条件下的变形和应力分布。
8.支架的模态分析：通过模态分析，研究支架的固有频率和振型。
9.汽车车身的碰撞分析：通过加载和边界条件，研究汽车车身在碰撞中的变形和应力分布。
10.飞机翼的气动分析：根据飞机翼的气动特性，研究翼面上的气压分布和升力。
11.汽车车身的优化设计：通过参数化建模和优化算法，寻找最佳的车身结构设计。
12.轮毂的疲劳分析：根据材料疲劳寿命曲线，研究轮毂在不同载荷下的寿命。
13.薄膜材料的热应力分析：根据热应力理论，研究薄膜材料在不同温度下的应变和应力。
14.壳体结构的模态分析：通过模态分析，研究壳体结构的固有频率和振型。
15.地基基础的承载力分析：通过加载和边界条件，研究地基基础的变形和应力分布。
16.水坝的稳定性分析：根据水力和结构力学，研究水坝的稳定性和安全性。
17.风机叶片的动态分析：通过加载和边界条件，研究风机叶片在不同风速下的变形和应力分布。
18.圆筒容器的蠕变分析：根据蠕变理论，研究圆筒容器在持续加载下的变形和应力。
19.桥梁结构的振动分析：通过模态分析，研究桥梁结构的固有频率和振型。
20.管道系统的流体分析：根据流体力学和传热学，研究管道系统中的流速和温度分布。