北京信息科枝大学 有限元分析基础裸程 上机指导书 机械设计与C纪实验室
1 北 京 信 息 科 技 大 学 有限元分析基础课程 上机指导书 机械设计与 CAD 实验室
有限元分析基础课程 上机指导书 米洁 实验一ANSYS基本操作及实例验证 一、实验目的 通过对悬臂梁或简支梁等构件，进行简单有限元分析，熟悉ASYS环境，以及该软 件的基本解题步骤。 二、实验内容 1.ANSYS功能 *结构静力分析：稳态外载引起的位移、应变、应力。如确定结构中应力集中现象 进行塑性、蠕变及接触应力分析等。 *结构动力学分析：求解随时间变化载荷对结构的影响。如模态分析、随机振动响应 分析。 *结构非线性分析：大变形、大应变的几何非线性，材料非线性等。 热分析：传导、对流、辐射 *电磁场分析：电磁场分布等 *流体分析：瞬态或稳态的流场分布、流率等 *耦合场分析-多物理场 2.ANSYS软件界面 d打开0任文档 ANSTS 8.0 文档鱼) 杀击 帮助和支芬 运行 注米洁血 凯械设计 关闭算机0 可有限元
有限元分析基础课程 上机指导书 米 洁 实验一 ANSYS 基本操作及实例验证 一、实验目的 通过对悬臂梁或简支梁等构件，进行简单有限元分析，熟悉 ANSYS 环境，以及该软 件的基本解题步骤。 二、实验内容 1.ANSYS 功能 *结构静力分析：稳态外载引起的位移、应变、应力。如确定结构中应力集中现象、 进行塑性、蠕变及接触应力分析等。 *结构动力学分析：求解随时间变化载荷对结构的影响。如模态分析、随机振动响应 分析。 *结构非线性分析：大变形、大应变的几何非线性，材料非线性等。 *热分析：传导、对流、辐射 *电磁场分析：电磁场分布等 *流体分析：瞬态或稳态的流场分布、流率等 *耦合场分析-多物理场 2. ANSYS 软件界面 2
[d-t (1)Uti1ity(实用菜单)：包括文件操作、选择、图形控制以及参数设置等 File:与文件和数据库操作相关的命令。 Selecta:可以选择ANSYS支持的所有几何类型（点、线、面、单元等） List:列出当前数据库中所包含的所有类型的数据 PIot:能够显示关键点、线、面、体、结点、单元等 PlotCtr1s:控制视图、样式，以及图形显示特性 WorkPlane:控制工作平面、坐标系 (2)ANSYS主菜单(Main Menu) Preference(过滤参数设置)：选定分析类型 Preprocessor(前处理器)：建模、网格划分、施加载荷 Solution(求解)：选择分析类型、加载、定义载荷步、结果求解 General Postproc(通用后处理器)：图形、列表显示结果 TimeHist Postpro(时间历程后处理)：用于检查模型中指定点的分析结果与时间 频率的关系 Design OPT(优化设计) Radiation OPT(辐射优化) Run-Time Stats(运行时间估计) Finish(停止) 3.ANSYS分析过程 (1)准备工作 *设置工作目录 ASYS软件将产生的所有文件存放在此目录下。建议对不同的分析用不同的工作目
（1）Utility（实用菜单）：包括文件操作、选择、图形控制以及参数设置等。 File：与文件和数据库操作相关的命令。 Select：可以选择 ANSYS 支持的所有几何类型（点、线、面、单元等） List：列出当前数据库中所包含的所有类型的数据 Plot：能够显示关键点、线、面、体、结点、单元等 PlotCtrls：控制视图、样式，以及图形显示特性 WorkPlane：控制工作平面、坐标系 （2）ANSYS 主菜单（Main Menu） Preference（过滤参数设置）：选定分析类型 Preprocessor（前处理器）：建模、网格划分、施加载荷 Solution（求解）：选择分析类型、加载、定义载荷步、结果求解 General Postproc（通用后处理器）：图形、列表显示结果 TimeHist Postpro（时间历程后处理）：用于检查模型中指定点的分析结果与时间、 频率的关系 Design OPT（优化设计） Radiation OPT（辐射优化） Run-Time Stats（运行时间估计） Finish（停止） 3. ANSYS 分析过程 （1）准备工作 *设置工作目录 ANSYS 软件将产生的所有文件存放在此目录下。建议对不同的分析用不同的工作目 3
录。 *指定作业名 每次分析定义作业名后，作业名成为分析过程所产生文件名的第一部分。 *定义分析标题 定义分析标题后，ANSYS将在所有的图形显示、求解输出中包含该标题。 *ANSYS的单位制 ANSYS没有指定系统单位可以使用任何一套自封闭的单位制。 (2)创建有限元模型（前处理） *儿何建模（布尔运算） 网格划分 单元类型：决定单元的自由度数、单元位于二维或三维空间 实常数：指某一单元的补充几何特征。如壳单元的厚度、梁单元横截面积等。 材料属性：根据分析问题的不同而区别。如在结构分析中需输入材料的弹性模量 泊松比，在热分析中输入导热系数，在分析中要考虑重力、惯性力时输入材料的密度。 划分：使用自由网格 (3)施加载荷及约束并进行求解（求解） (4)显示结果（后处理） 列表信息、图形信息 ANSYS输出文件类型： ANSYS运行结束后，将产生一些文件，用于记录计算和分析过程的结果。 文件后辍类型 文件说明 DB 二进制 数据库文件 一进 单元定义文件 EMAT 二进制 单元矩阵文件 ERR 文本错误及警告信息文件 FULL 二进制 整体刚度矩阵文件 T 二进制结构分析的结果文件 SAV二进制单元数据存储文件 4.梁分析步骤 简支梁如图，P=1.8X106N,L=18m,H=3m, a=1m,E(弹性模量)=2.1X1011NM2 求在力P作用下梁的受力与变形
录。 *指定作业名 每次分析定义作业名后，作业名成为分析过程所产生文件名的第一部分。 *定义分析标题 定义分析标题后，ANSYS 将在所有的图形显示、求解输出中包含该标题。 *ANSYS 的单位制 ANSYS 没有指定系统单位可以使用任何一套自封闭的单位制。 （2） 创建有限元模型（前处理） *几何建模（布尔运算） *网格划分 单元类型：决定单元的自由度数、单元位于二维或三维空间 实常数：指某一单元的补充几何特征。如壳单元的厚度、梁单元横截面积等。 材料属性：根据分析问题的不同而区别。如在结构分析中需输入材料的弹性模量、 泊松比，在热分析中输入导热系数，在分析中要考虑重力、惯性力时输入材料的密度。 划分：使用自由网格 （3） 施加载荷及约束并进行求解（求解） （4）显示结果（后处理） 列表信息、图形信息 ANSYS 输出文件类型： ANSYS 运行结束后，将产生一些文件，用于记录计算和分析过程的结果。 4 文件后缀类型文件说明 DB二进制 数据库文件 ELEM二进制 单元定义文件 EMAT二进制 单元矩阵文件 ERR文本错误及警告信息文件 FULL二进制 整体刚度矩阵文件 RST二进制 结构分析的结果文件 ESAV二进制 单元数据存储文件 4．梁分析步骤 简支梁如图，P=1.8X106 N，L=18m， H=3m， a=1m，E（弹性模量）=2.1X1011 N/M2 求在力 P 作用下梁的受力与变形
(1)创建几何模型 生成梁模型： Main Menu-→Preprocessor-→Create-→area→Rectangles-→By Dimension,在弹出的对话 框中输入“X -coordinates'”变化值为0到9，“Y ordinates”变化值为0到3 Main Menu-→Preprocessor--→Create-→area→Rectangles-→By Dimension,,在弹出的对话 框中输入“X-coordinates”变化值为9到18，“Y-coordinates”变化值为0到3。 进行面相加 Main Menu-→Preprocessor--→Operate--→Booleans-→Add→Area,出现拾取框，用鼠标拾 取两矩形面，点击OK 划分网格 定义单元类型 Main Menu-→Preprocessor-→Element Type.→Add/Edit/Delete,在弹出的对话框中选 “Add",选择“Structural Solid”和“Quad8node82”. 定义材料属性 Main Menu →Preprocessor-→Material Props-→Material Models,.在对话框的右侧双击 “Structural--→Linear--→Elastic-→Isotropic ,在弹出的对话框中，“EX”后输入“2E11” “PRXY”后输入 "0.31 设置网格尺寸 Main Menu-→Preprocessor-→neshing-→meshtool,在对话框中选择小些单元。 采用自由网格划分 g)n设荷并来解-→mig→mc动o→nc动 施加约束条件 Main Menu--→Solution--→Define Load--→Apply--→Structural Displacement--→On Nodes,拾 取左下点，约束UX、 UY,右下点约束UY 施加载荷 Main Menu--→Solution--→Define Load--→ApplyForce/Moment--→on keypoint,.在中间关键 点上加载-1.8E6。 求解 Main Menu--→Solution--→Solve--→Current LS 显示结果 显示变形 Main Menu-→General Postproc-→Plot Results-→Deformed shape 显示结点的Von Mises应力值 Main Menu-→General Postproc--→Plot Results--→contour plot Nodal Solu,选择stress的 Von Mises SEOV 5.带孔平面应力集中问题 如图一个承受双向拉伸的板，在中心有一个圆孔，板厚lmm。弹性模量 E=2X1011Pa,泊松比v=0.3,拉伸载荷q=1000Pa。 5
5 （1） 创建几何模型 生成梁模型： Main Menu→Preprocessor→Create→area→Rectangles→By Dimension，在弹出的对话 框中输入“X－coordinates”变化值为 0 到 9，“Y－coordinates”变化值为 0 到 3。 Main Menu→Preprocessor→Create→area→Rectangles→By Dimension，在弹出的对话 框中输入“X－coordinates”变化值为 9 到 18，“Y－coordinates”变化值为 0 到 3。 进行面相加 Main Menu→Preprocessor→Operate→Booleans→Add→Area，出现拾取框，用鼠标拾 取两矩形面，点击 OK。 （2） 划分网格 定义单元类型 Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，在弹出的对话框中选 “Add”，选择“Structural Solid”和“Quad 8node 82”。 定义材料属性 Main Menu→Preprocessor→Material Props→ Material Models，在对话框的右侧双击 “Structural→Linear→Elastic→ Isotropic” ，在弹出的对话框中，“EX”后输入“2E11”， “PRXY”后输入“0.3” 设置网格尺寸 Main Menu→Preprocessor→meshing→meshtool ，在对话框中选择小些单元。 采用自由网格划分 Main Menu→Preprocessor→meshing→meshtool→mesh （3）施加载荷并求解 施加约束条件 Main Menu→Solution→Define Load→Apply→Structural Displacement→On Nodes，拾 取左下点，约束 UX、UY，右下点约束 UY。 施加载荷 Main Menu→Solution→Define Load→ApplyForce/Moment→on keypoint，在中间关键 点上加载－1.8E6。 求解 Main Menu→Solution→Solve→Current LS （4） 显示结果 显示变形 Main Menu→General Postproc→Plot Results→Deformed shape 显示结点的 Von Mises 应力值 Main Menu→General Postproc→Plot Results→contour plot Nodal Solu，选择 stress 的 Von Mises SEQV。 5．带孔平面应力集中问题 如图一个承受双向拉伸的板，在中心有一个圆孔，板厚 t=1mm。弹性模量 E=2X1011Pa，泊松比 v=0.3，拉伸载荷 q=1000Pa