ANSYS经典应用实例(入门和提高好帮手)

第5章ANSYS静力分析实例
中南大学5.1 结构静力学分析中用到的单元ANSYS软件中结构静力分析用来分析由于稳态外载荷引起的系统或部件的位移、应变、应力和力。稳态外载荷包括稳
定的惯性力如重力、旋转件所受的离心力和能够等效为静
载荷的随时间变化的载荷。这种分析类型有很广泛的应用如
确定确定结构应力集中程度预测结构最大应力等。类别
形状和特性 单元类型
1. 杆 普通LINK1,LINK8双线性LINK102. 梁
普通BEAM3,BEAM4
截面渐变BEAM54,BEAM44
塑性BEAM23,BEAM24
考虑剪切变形BEAM188,BEAM189第5章ANSYS静力分析实例
中南大学类别 形状和特性 单元类型
3. 管
普通
PIPE16PIPE17PIPE18
浸入
PIPE59塑性
PIPE20PIPE604. 二维实体
三角形
PLANE2
四边形
PLANE42PLANE82PLANE182
超弹性单元
HYPER84HYPER56HYPER74
粘弹性
VISCO88
大应变
VISO106VISO108
谐单元
PLANE83PLANE25P单元
PLANE145PLANE146第5章ANSYS静力分析实例
中南大学类别 形状和特性 单元类型
5. 三维实体
块
SOLID45SOLID95SOLID73
SOLID185
四面体
SOLID92SOLID72
层
SOLID46
各向异性
SOLID64SOLID65
超弹性单元
HYPER86HYPER58HYPER158
粘弹性
VISO89
大应变
VISO107P单元
SOLID147SOLID1486. 壳
四边形
SHELL93SHELL63SHELL41
SHELL43SHELL181
轴对称
SHELL51SHELL61层
SHELL91SHELL99
剪切板
SHELL28P单元
SHELL150第5章ANSYS静力分析实例
中南大学类别 形状和特性
单元类型7. 接触单元面面
TARGET169TARGET170SURF171SURF172
SURF173点面SURF174点点CONTAC48CONTAC49
刚性表面CONTAC12CONTAC52CONTAC26
8. 专业单元
弹簧COMBIN14COMBIN39COMBIN40
质量MASS21
控制单元COMBIN37
表面效应单元SURF19SURF22SURF153SURF154
铰COMBIN7
线性激发器LINK11
矩阵MATRIX27MATRIX50第5章ANSYS静力分析实例
中南大学类别 形状和特性 单元类型
9. 耦合场声学
TARGET169TARGET170SURF171SURF172SURF173
压电
热应力
SURF174磁结构
CONTAC48CONTAC49流体结构
CONTAC12CONTAC52
CONTAC26第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2 结构静力学分析的类型静
力分析线性静力分析
非线性静力分析
非线性静力分析允许有大变形、蠕变、应力刚化、接触单元、
超弹性单元等。线性静力分析根据结构特征和所受外载荷的形
式通常归结为如下几个问题平面问题、轴对称问题、周期对称问题、
三维问题等。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学5.2.1 平面问题平
面问题平面应变
平面应力特点物体沿某坐标轴如Z轴的尺寸远大于其它
两个坐标

轴的尺寸垂直于Z轴各截面的形状和尺寸
均相同所有外力与Z轴垂直且不随Z坐标变化物体
的约束条件不随Z坐标而变化。在这种情况下可以认为物体沿Z轴方向各截面没有z向位移而沿x和y向的位移对各截面均相同与z坐标无关各截面内
将产生平面应变。任何机械零部件一般说来都是空间结构。但是在某些条件下它们可以简化为平面问题来处理。平面问题包括平面应变问
题和平面应力问题两类。特点物体沿某坐标轴如Z轴的尺寸远小于其它两个坐标轴的尺寸外力沿周边作用且与XY平面平行且体积力也垂直于z轴由于物体在z方向厚度很小
故外载的表面力和体积力都可看成是沿z向不变化的。
约束条件在XY平面内。在这种情况下可以认为物体沿Z轴方向无应力所有应力都发生在XY平面内。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2.2 轴对称结构问题与周期对称结构问题轴对称结构问题
周期对称结构问题特点1结构为回转体截面绕它的回转中心
轴旋转而形成2载荷关于轴心线对
称。ANSYS软件中提供了专门的分析方法对这类问题进行求解与普通方法相比可以节
约大量的人力和计算机资源大大提高求解
问题的效率。
特点
如果结构绕其轴旋转一个角度结构包
括材料常数与旋转前完全相同则将这种结构称为周期对称结构循环对称结构。符合这一条件的最小旋转角第5章ANSYS静力分析实例
中南大学5.3 杆系结构分析实例第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
问题描述图5-1所示为一平面桁架长度L=0.1m各杆横截面面积均为A=110-4m2力P=2000N计算各杆
的轴向力Fa、轴向应力σa。图5-1 平面桁架[实例1] 平面桁架分析第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
杆 轴向力Fa/N
轴向应力
σa/MPa①
1000 100②1000 100③-1414.2 -141.4④0 0⑤
-1414.2 -141.4思考:根据静力平衡条件很容易计算出轴向力Fa、轴向应力σa如表5-1所示。表5-1 各杆的轴向力和轴向应力第5章ANSYS静力分析实例
中南大学求解步骤⑴ 创建单元类型选择Structusral Beam类的2D elastic 3。
⑵ 定义实常数
定义AREA=1E-4。
⑶ 定义材料特性输入Ex=2e11PRXY=0.3。⑷ 创建节点
GUI Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Nodes→In Active cs第5章ANSYS静力分析实例
中南大学在NODE文本框中依次输入节点1、2、3、4的X、Y、Z坐标节点1000 节点20.100
节点30.200 节点40.10.10⑸显示节点号、单元号GUI Utility Menu→PlotCtrls→Numbering。
在弹出的“Plot Numbering Controls”对话框将节点号和单
元
号打开。

⑹创建单元GUI Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→EleMents→Auto Numbered→Thru Nodes。
弹出拾取窗口拾取节点1和2单击拾取窗口的“Apply”按
钮于是在节点1和2之间创建了一个单元。重复以上过程在节点2和3、1和4、3和4间分别创建单元建模图形如左图5-2所示。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学图5-2 桁架建模图第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑺施加约束
GUI Main Menu→ Solution→Define Loades→Apply→
Structural→Displacement→On Node。
弹出拾取窗口拾取节点1单击ok按钮在弹出的对话框
列表中选择“UX、UY”单击Apply按钮。再次弹出拾取窗口拾取节点3单击ok按钮在弹出的对话框列表中选择“UY”单击ok按钮完成对模型的约束施加。
⑻施加载荷GUI Main Menu→ Solution→Define Loades→Apply→Structural→Force/Moment→On Nodes。
弹出拾取窗口拾取节点4单击ok按钮在对话框中选择
Lab为“FY”在VALUE文本框中输入-2000单击ok按钮。
⑼求解
GUI Main Menu→ Solution→Solv→Current LS。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学单击“Solution Current Load Step”对话框ok按钮。出现“solution is done”提示时求解结束即可查看求解结
果。结果显示⑴定义单元列表GUI Main Menu→General Postroc→Element Table→Define Table。弹出“Element Table Data”对话框单击Add按钮在Lab文本框中输入FA在“Item,Comp”两个列表中分别选择
“By sequn-ence num”、“SMISC”,在右侧列表下方文本框输入SMISC1单击Apply按钮于是定义了单元表FA该单元列表保存了各单元的轴向力在Lab文本框中输入SA
在“Item,Comp”两个列表中分别选择“By sequnence num”、
“Ls”,在右侧列表下方文本框输入LS1单击ok按钮于
是定义了单元表SA 该单元列表保存了各单元的轴向应力。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑵列表单元表数据GUI Main Menu→General Postroc→Element Table→List
Elem Table。
在弹出的对话框的列表中选择FA、SA单击ok按钮即显示
出求解结果。与表5-1对照二者完全一致。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
[实例1]简支梁载荷工况组合实例图5-3 简支梁问题描述及解析解图5-3a所示为一圆截面简支梁跨度L=1m圆截面直径
D=30mm作用在梁上的集中力为P=1000N,作用点距支座A
距a=0.2m已知弹性模量E=2e11.第5章ANSYS静力分析实例
中南大学4
8
4410
976.3
64
03.0
64
m
D
I

maL
EIL
Pa
f332
811
322
max10
517.1)2.01(
10976.310239
21000
)(
39



由材料力学知识可

得梁截面的惯性距为最大挠度第5章ANSYS静力分析实例
中南大学思路分析:当进行线性分析时简支梁的应力、应变和变形等于如图5-3
b、c所示两个简支梁的结果叠加。如图5-3b)所示的简支梁结构和载荷均对称于梁的中点O故应力、应变和变形也对称于梁的中点O进行有限元分析时可简化为如图5-4(a)所示的模型。如
图5-3(c所示的简支梁结构、载荷反对称故应力、应变和变形也
反对称于梁的中点O因此可简化为如图5-3b所示的模型。对如图5-4b、c所示的模型进行有限元分析将结果分别进行相加和相减即可分别得到如图所示的简支梁中点左、右
两半部分的结果。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学图5-3 简支梁
图5-4 简支梁的简化模型第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑴ 创建单元类型
选择Structusral Beam类的2D elastic 3 单元。
⑵ 定义实常数
定义AREA=7.069e-4、IZZ=3.976e-8、HEIGHT=0.03。
⑶ 定义材料特性输入Ex=2e11弹性模量PRXY=0.3泊松比。⑷创建关键点
GUI
MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Keypoints→In Active cs。在弹出对话框的NPT文本框中输入1在“X、Y、Z”文本框
中分
别输入000.单击Apply按钮在NPT文本框中输入2
“X、
Y、Z”文本框中分别输入0.500.单击ok按钮.
求解步骤第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑸显示关键点号
GUIUtility Menu→PlotCtrls→Numbering。在弹出的对话框中将关键点号打开单击ok按钮。⑹创建直线GUI
MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→
Lines→Straight Line
弹出拾取窗口拾取关键点1和2单击ok按钮。
⑺创建硬点GUI:MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→Hard PT On line→ Hard PT by ratio。
弹出拾取窗口拾取直线单击ok按钮在文本框中输入
0.4单击ok按钮。为了施加集中载荷作用点处创建了一个硬点该硬点属于直线第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑻划分单元
GUI Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool。弹出MeshTool对话框单击“Size Controls”区域中的“Line”后的set按钮弹出拾取窗口拾取直线单击ok按
钮在NDIV文本框中输入50单击Mesh按钮弹出拾取窗口
拾取直线单击ok按钮。
⑼显示点、线、单元
GUIUtility→Plot→Multi-Plots。
⑽施加载荷⒈施加第一个载荷步①施加第一个载荷步的位移载荷
GUI:MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural
→Displacement→On Keypoint。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学对关键点1加载UX、UY方向的载荷关键点2加载UX、ROTZ方向的载荷。注意约束关键点2的转动自由度相当于

在
该处时加一个弯矩
②施加第一个载荷步的力载荷
GUI:MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply
→Structural→Force/Moment→On Keyopints。
弹出拾取窗口拾取关键点3单击ok按钮选择Lab为FY,在VALUE文本框中输入-500单击ok按钮。③写第一个载荷步文件
GUI MainMenu→General Postproc→Load Case→Read
Load Case。在LCNO文本框中输入1单击ok按钮。④删除位移载荷GUI MainMenu→Solution→Define Loads→Delete→
Structural→Displacement→On Keypoint。
弹出拾取窗口拾取关键点2单击ok按钮弹出一个对话框然后单击ok按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⒉施加第二个载荷步①施加第二个载荷步的位移载荷
GUI:MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply
→Structural→Displacement→On Keypoint。
对关键点2加载UX、UY方向的载荷。
②写第二个载荷步文件
GUI MainMenu→Solution→Load Step Opts→Write LS File. 在LSNUM文本框中输入2单击ok按钮。⑾求解
GUI Main Menu→ Solution→Solve→From LS Files。在LSMIN文本框中输入1,在LSMAX文本框中输入2,在LSINC文本框中输入1单击ok按钮出现“solution is done”提示时时求解结束即可查看求解结果。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学结果显示⑴创建载荷工况GUI MainMenu→General Postproc→Load Case→Create Load Case。
单击ok按钮在LCNO文本框中输入1在LSTEP文本框中输
入1单击Apply按钮再次单击ok按钮再在LCNO文本框中输入2在LSTEP文本框中输入2单击ok按钮。于是创建了两个载荷工况。其中载荷工况1对应着载荷步1载荷
工况2对应着载荷步2。
⑵将载荷工况1读入内存
GUI MainMenu→General Postproc→Load Case→Read
Load Case。
在LCNO文本框中输入1单击ok按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑶对载荷工况进行加运算GUI MainMenu→General Postproc→Load Case→Add。在LCASE1文本框中输入2单击ok按钮。
⑷查看结果显示变形
GUI MainMenu→General Postproc→Plot Results→Deformed Shape。在弹出的对话框中选中Def Shape only单击ok按钮。即
得到简支梁左半部分的结果。⑸写载荷工况组合到结果文件
GUI MainMenu→General Postproc→Write Results。在弹出的对话框的LSTEP文本框中输入9999单击ok按钮。⑹查看简支梁有半部分的结果
重复以上⑵-⑷的过程在步骤⑶中拾取菜单MainMenu→General Postproc→Load Case→Subtract对载荷工况进行减运算可得到简支梁右半部分的结果。注意与简支
梁的实际情况呈对称关系。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学5.5 平面问题分析实例第5章ANSYS静力分析实例
中南大学问题描述
图5-2所示为一厚壁圆筒其内径r1=50mm

,外径r2=100mm,作用
在内孔上的压力p=10MPa,无轴向压 力轴向长度视为无穷。要求计算后壁圆筒的径向应力σr和切向应力σt沿半径r方向的分布。图5-2厚壁圆筒问题[实例1]厚壁圆筒问题第5章ANSYS静力分析实例
中南大学思路:根据材料力学的知识σr 、σt沿r方向的分布的解析解为:



























2
2
2
2
1
2
2
2
1
2
2
2
2
1
2
2
2
11
1
r
r
rr
pr
r
r
rr
prt
r

根据对称性可取圆筒的四分之一并施加垂直于对称面的约
束进行分析。
(5-1)第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
求解步骤⑴创建单元类型
选择Structusral Solid类的8node 183 单元。单击options按钮
选
择K3为Plane strain(平面应变。⑵定义材料特性输入Ex=2e11弹性模量PRXY=0.3泊松比。
⑶创建实体模型GUI Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas
→Circle →By Dimensions。
在RAD1、RAD2、THETA2文本框中分别输入0.1、0.05和90
单击ok按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑷划分单元
GUI Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool。
弹出MeshTool对话框单击“Size Controls”区域中的“Line”
后的set按钮弹出拾取窗口拾取面的任意直线边单击ok按
钮在NDIV文本框中输入6单击Apply按钮再次弹出拾取窗口拾取面的任意圆弧边单击ok按钮在NDIV文本框中输入8单击OK按钮。在Mesh区域选择单元形状Quad四边形
选择划分单元的方法为Mapped映射。单击Mesh按钮弹
出拾取窗口单击ok按钮。
⑸施加约束
GUI Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→
Structural →Displacement→On Lines。
弹出拾取窗口拾取水平直线边单击ok按钮在列表中选择
UY单击Apply按钮再次弹出拾取窗口拾取面的垂直直线边
单击ok按钮在列表中选择UX单击ok按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑹施加载荷GUI MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→On Lines。
弹出拾取窗口拾取面的内侧圆弧边较短的一条圆弧单
击ok按钮在VALUE文本框中输入10e6单击ok按钮。
⑺求解
GUI Main Menu→ Solution→Solve→Current LS。
单击“Solution Current Load Step”对话框ok按钮。出现“solution is done”提示时求解结束即可查看求解结果。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
结果显示⑴显示节点
GUI Utility Menu→Plot→Nodes。⑵定义路径GUI MainMenu→GeneralPostproc→PathOperations→Define Path→By Nodes。
弹出拾取窗口由内向外依次拾取

与X轴平行的水平直线边上
的所有节点单击ok按钮在Name文本框中输入p1单击ok
按钮。⑶将数据映射到路径上GUI Main Menu→General Postproc→Path Operations→
Map onto Path。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学在Lab文本框中输入SR在“Item,Comp”两个列表中分别选择“Stress”、“X-direction SX”, 单击Apply按钮在Lab文本框中输入ST在“Item,Comp”两个列表中分别选择“Stress”、
“X-direction SX”, 单击ok按钮。注该路径上各节点X、Y
放上的应力即径向应力σr和切向应力σt 
⑷作路径图
GUI Main Menu→General Postproc→Path Operations→
Plot Path Item→On Graph。在弹出的对话框中的列表中选择SR、ST单击ok按钮。即可显示径向应力σr和切向应力σt 随半径的分布情况。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
[实例1]各种坐标系下的扭转问题设等直圆轴的圆截面直径D=50mm长度L=120mm作用
在圆轴两端上的转矩Mn=1.5103N·M ,求圆柱的最大剪切应
力和转角。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学4
7
4410
136.6
32
05.0
32
m
D
Ip



35
310
454.2
16
05.0
163m
D
Wn




MPa
W
Mn
n61
10454.2
105.15
max3


rad
GI
LMp
n
3
79
310
75.2
10136.61080
09.0105.1




问题描述及解析解由材料力学知识可得圆截面对圆心的极惯性矩为
圆截面的抗扭截面模量为
圆截面上任意一点的剪应力与该点半径成正比在圆截面的边
缘上有最大值
等直圆轴距离为0.09m的两截面间的相对转角第5章ANSYS静力分析实例
中南大学求解步骤⑴创建单元类型
选择Structusral Solid类的Quad 4node 42和Brick 8node 45
单元。
⑵定义材料特性
输入Ex=2e11弹性模量PRXY=0.3(泊松比。
⑶创建矩形面GUIMainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→
By Dimensions。
在X1、X2文本框中输入00.025在Y1、Y2文本框中输入00.12.第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑷划分单元GUI Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool
弹出MeshTool对话框单击“Size Controls”区域中的“Line”
后的set按钮弹出拾取窗口拾取矩形面的任一短边单击
ok按钮在NDIV文本框中输入4单击Apply按钮再次弹出
拾取窗口拾取矩形面的任一长边再次弹出单元尺寸对话
框在NDIV文本框中输入8单击ok按钮。在Mesh区域选择单元形状Quad四边形选择划分单元的方法为Mapped单击Mesh按钮弹出拾取窗口拾取面单击ok
按钮。
⑸设定挤出选项GUIMainMenu→Preprocessor→Modeling→

Operate→Extrude
→Elem Ext opts。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学在VAL1文本框中输入3挤出段数选定ACLEAR为Yes
清除矩形面上的单元单击ok按钮。⑹由面旋转挤出体GUI
MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude
→Areas→About Axis
弹出拾取窗口拾取矩形面单击ok按钮再次弹出拾取窗
口拾取矩形面在Y轴上两个关键点单击ok按钮在随后出
现的对话框中的ARC文本框中输入360单击ok按钮。⑺显示单元GUIUtility Menu→Plot→Elements。
⑻改变视点
GUIUtility Menu→PlotCtrls→Pan zoom Roate。在弹出的对话框中依次单击ISO、Fit按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑼旋转工作平面GUIUtility Menu→WorkPlane→Offset WP By Increment。
在XY、YZ、ZX Angles文本框中输入090单击ok按钮。
⑽创建局部坐标系
GUIUtility Menu→Local Coordinate System→Create
LocalCS→At WP Origin。
在KCN文本框中输入11选择KCS为Cylindrical 1单击ok按钮。即创建了一个代号为11、类型为圆柱坐标系的局部坐标系并激活其成为当前坐标系。
⑾选中圆柱面上的所有节点
GUIUtility Menu→Slect→Entity。在弹出的对话框的下拉列表框、文本框、单选按钮中依次选择或输入Nodes、By Location、X Coordinates、0.025、
From Full单击Apply按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑿旋转节点坐标系到当前坐标系GUI
MainMenu→Preprocessor→Modeling→Move/Modify→Roate
Node CS→To Active CS。弹出拾取窗口单击Pick All按钮。
⒀施加约束
GUI 
MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→On Nodes。弹出拾取窗口选择Pick All按钮。在弹出的对话框中的Lab2
列表框中选择UX单ok按钮。
⒁选中圆柱面上最上端的所有节点GUIUtility Menu→Slect→Entity。在弹出的对话框的下拉列表框、文本框、单选按钮中依次选择
或输入Nodes、By Location、Z Coordinates、-0.12、
Reselect单击Apply按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⒂施加载荷GUI MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→On Nodes。
弹出拾取窗口单击Pick All按钮。在弹出的对话框中的Lab
下拉列表框中选择FY在VALUE文本框中输入5000单击ok按钮。这样在结构上一共施加了12个大小为5000N的集中力它们对圆心的力矩和为1500N.m
⒃选择所有
GUIUtility Menu→Slect→Everything。⒄显示体GUIUtility Menu→Plot→Volumes。
⒅施加约束GUI MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Di
splacement→On Areas。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学弹出拾取窗口拾取圆柱体下侧底面由四部分组成单击ok按钮。在弹出的对话框中的Lab2列表

框中选择All DOF单ok按钮。
⒆求解
GUI Main Menu→ Solution→Solve→Current LS。单击“Solution Current Load Step”对话框ok按钮。出现“solution is done”提示时求解结束即可查看求解结
果。结果显示⑴显示变形GUI Main Menu→General Postproc→Plot Results→Deformed Shape。在弹出的对话框中选中Def+undeformed变形+未变形的单元边界单击ok按钮。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学⑵改变结果坐标系为局部坐标系GUI Main Menu→General Postproc→Options for Outp。
在RSYS下拉列表框中选择Local system在Local system
Reference no文本框中输入11单击ok按钮。
⑶选择z=-0.09m的所有节点
GUIUtility Menu→Slect→Entity。
在弹出的对话框的下拉列表框、文本框、单选按钮中依次选择或输入Nodes、By Location、Z Coordinates、-0.09、From Full单击Apply按钮。再在下拉列表框、文本框、单
选按钮中依次选择或输入Nodes、By Location、Y
Coordinates、0、Reselect单击Apply按钮。⑷列表显示节点位移GUI Main Menu→General Postproc→List Results→
Nodal Solution。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学在左侧列表中选择DOF Solution在右侧列表中选择UY单
击ok按钮。
⑸选择单元
GUIUtility Menu→Slect→Entity。
在弹出的对话框的下拉列表框、文本框、单选按钮中依次选择或输入Nodes、By Location、Z Coordinates、-0.10、From Full单击Apply按钮。再在下拉列表框、文本框、单选按钮中
依次选择或输入Elements、Attachedto、Nodes all、
Reselect单击Apply按钮。这样做的目的是在下一步显示应力时不包含集中力作用点附近的单元以得到更好的计算结果。
⑹查看结果用等高线显示剪应力
GUI Main Menu→General Postproc→Plot Results→
Contour Plot→Elements Solu。
在Item,Comp两个列表中分别选择Stress、“YZ-shear SYZ”,
即可查看结果。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
如图所示轴承座结
构尺寸单位为mm。已知沉孔径向内柱面承受外推压力0.0069MPa
轴承孔柱面下部分承受
向下压力0.0345MPa
计算轴承的最大应力及
其位置。实例2:轴承座分析第5章ANSYS静力分析实例
中南大学分析约束方式
四个通孔为轴承座安装固定孔必须给予对称约束除此之外还必须限制轴承座垂直方向的移动避免该方向的刚体位移。
1.几何建模1建立底座Volumes>Block>By Dimension第5章ANSYS静力分析实例
中南大学轮子二维结构如图所示尺寸单位为英寸现要分析该
轮仅承受绕其中心轴旋转角速度的作用下轮的受力及其变形
情况。已知角速度w=525rad/s,材料属性
弹性模量E30×106psi
泊松比为0.3
密度

为0.000731bf-2/in4[实例3]轮子分析第5章ANSYS静力分析实例
中南大学
思路分析这是一个空间问题的静力学分析由于结构的复杂性不能采用由2D网格拖拉生成3D网格的方式
宜采用自由网格和映射网格相结合的网格生成方式根据该轮的对称性在分析式只要分析其中的一部分即可。1先建立三维几何模型2根据三维模型的特点对三维模型进行分割使其中一部
分模型能够采用映射网格方式划分其余部分则可以用自由网格划分。因此必须选用20节点六面体单元Solid95)它可以进行映射网格划分同时也可以变成20节点的四面体网格
进行自由网格划分。因此能够实现不同网格形状的连接。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学3对划分网格的连接处进行网格转换。即将20节点的四面体自由网格转换为10节点四面体网格以减
六面体单元Solid95)它可以进行映射网格划分同时也可
以变成20节点的四面体网格进行自由网格划分。因此能够实现
不同网格形状的连接。
4对划分网格的连接处进行网格转换。即将20节点的四面体自由网格转换为10节点四面体网格以减少解题规模。5施加对称约束和角加速度。6求解分析。7显示结果。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学GUI操作方式1定义工作名”Wheel_Anal“和工作标题”The Stress calculating of
Wheel by angular velocity”
2定义单元类型和材料属性
选择Structural Solid类型的Brick 20node 95两种单元
材料属性在EX框输入30e6PRXY框输入0.3DENS框输入0.000733建立2D模型如下页所示[Main Menu]Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By
Dimension
生成左边矩形面X11.0,X21.5Y10,Y2=5.0
生成右边矩形面X13.25,X23.75Y10.5,Y2=3.75
生成中间矩形面X11.0,X23.75Y11.75,Y2=2.5
面叠分布尔操作OverlapPick All第5章ANSYS静力分析实例
中南大学线倒角生成由倒角线围成的面生成弧线的中心关键点共两
个
X=3.5,Y=0.475
X=3.5,Y=3.505
生成圆弧线(如图所示
Arc>By End Kps&Rad
R=0.35
生成由圆弧线围成的面共两处
面相加Pick All
线相加以减少线的数量可不
作L17L12L13L22L10
L20第5章ANSYS静力分析实例
中南大学压缩编号操作并重新显示线保存结果数据存为Wheel_Anal_2D
4通过拖拉生成3D模型生成轴线的关键点(0,0)---(0,5)2D拖拉成3D
Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>About Axis在Arc length in degree框中输入22.5度
输入NSEG1即生成的实体由一块体
积组成关闭线号显示改变视图方向ISO
结果如下页所示。

第5章ANSYS静力分析实例
中南大学5生成一个圆柱孔
激活工作平面
旋转工作平面Workplane>Offset by
increments在”XYYZZX Angles”下面的
输入栏中输入”090“,工作平面的”WZ”将指向上方生成一个圆柱体Create>Cylinder>Solid
Cylinder出现一个对话框输入WP X=2.375
WP Y=0Radius0.45Depth2.6(注>2.5)
体相减
得到的3D几何模型如图所示
另存盘为Save as “Wheel_Anal_3D”第5章ANSYS静力分析实例
中南大学6生成网格平移工作平面到关键点9上。用工作平面切分体Operate>Divide>Volu by WrkPlane拾取“Pick All”。显示体
平移工作平面到关键点14上。用工作平面切分体Operate>Divide>Volu by WrkPlane拾取下部分体编号为V4。关闭工作平面结果如上图所示第5章ANSYS静力分析实例
中南大学设置单元尺寸用Mesh Tool工具单击Gloabal上的
Set输入Size0.25采用映射网格生成单元在MeshTool工具条下的“Shape”下选择”Hex”六面体网格类型和“Mapped”映
射生成方式单击Mesh拾取V1V2V3V5。生成
的网格单元如下图所示。采用自由网格划分单元在MeshTool工具条上选择Shape下的“Tet”四面体网格类型和“Free”自由网格生
成方式单击Mesh拾取V6则完成自由网格划分。
注20节点六面体网格到10节点四面体网格之间的连接必须在会合面上
通过五面体20节点的退化形式过渡即20节点六面体>20节点五面
体>20节点四面体退化是通过节点重合实现的。
转变的单元类型Meshing>Modify Mesh>Change Tets
出现一个对话框在“Change from”后面的框中选择”95 to 92”。即20
节点95退化四面体单元转换成10节点四面体单元。以降低求解规模。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学显示单元的过渡区域通过建立选择集
来局部观察Utility>Select>Entities
弹出对话框选择Elements和By Element
name输入Soli95再显示单元
Utility>plot>Element得到如图左上所示
图形再选择全部实体Utility>Select>Everything, Utility>Select>Entities
弹出对话框选择Elements和By Element
name输入Soli92再显示单元Utility>plot>Element得到如图左下所示图形
可以清楚看到六面体单元到四面体单元
通过连接边界面附近的五面体单元过渡而成。保存单元网格数据
save as”Wheel_Anal_Mesh”第5章ANSYS静力分析实例
中南大学7施加载荷并求解
1在面上施加对称约束由于图中截面
A1+A39+A7+A20+A40+A27及其反面
A15A41A3A34A41均不能沿面的
法向移动面也不能沿两个方向摆动因此应对
这两个面施加对称约束

。…..Displacement>Symmetry B.C.>On Areas在弹出的对话框中输入1,39,7,20,40,27单击
Apply再输入152133441,单击OK注这两个截面上的约束实际上是斜约束即与总体坐
标系成角度因此无法用诸如UXUY..等来表示只能
通过对称约束实现2在关键点1上施加UY0的约束原因是防止计算误差导致轴向合力近似
0而这一较小的轴向力将造成Y向刚体位移。因此只要约束一个角点就足
够了。第5章ANSYS静力分析实例
中南大学3施加旋转角速度
Apply>Structural>Intertia>Angular Veloc
>Global在弹出的对话框OMEGY框中输
入525
4保存Save As “Wheel_Anal_Load”
5)开始求解运算
Solution>Solve>Current LS第5章ANSYS静力分析实例
中南大学(8)浏览分析结果浏览Von Mises应力General postProc>Plot
Results>Contour Plot>Nodal Solu弹出对话框
在Item to be contoured后面左栏选择Stress右栏选择Von Mises SEQV单击OK。结果如图所示。周向扩展浏览
1将工作平面平移到全局直角坐标系的原点并
在此工作平面的原点上定义局部柱坐标系
2绕局部坐标柱系的Z轴轴向扩展结果
Utility>PlotCtrls>Style>Symmetry
Expansion>User Specified Expansion在对话框中分别输入和选择NREPEAT16TYPELocal Polar
PATTERNAlternate SymmDY22.5