ansys實(shí)體建模有限元分析-課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)</p><p>　　指導(dǎo)者： </p><p>　　(姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))</p><p>　　評(píng)閱者： </p><p>　　(姓 名)

2、 (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))</p><p>　　20 年 月 日</p><p><b>　　練習(xí)題一</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　照?qǐng)D利用ANSYS軟件建立實(shí)體模型和有限元離散模型，說(shuō)明所用單元種類(lèi)、單元總數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)。</p>

3、<p><b>　　操作步驟：</b></p><p>　　擬采用自底向上建模方式建模。</p><p>　　1.定義工作文件名和工作標(biāo)題</p><p>　　1)選擇Utility Menu>File>Change Jobname命令，出現(xiàn)Change Jobname對(duì)話框，在[/FILNAM ] Enter new j

4、obname文本框中輸入工作文件名learning1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　2)選擇Utility Menu>File>Change Title命令，出現(xiàn)Change Title對(duì)話框，在[/TITLE] Enter new title文本框中輸入0911370108dp,單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p><b>　　2.定義單元類(lèi)

5、型</b></p><p>　　1)選擇Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Types對(duì)話框，單擊Add按鈕,出現(xiàn) Library of Element Types 對(duì)話框。在Library of Element Types 列表框中選擇 Structural Solid, Tet 10nod

6、e 92，在Element type reference number文本框中輸入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　2)單擊Element Types對(duì)話框上的Close按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p><b>　　3.創(chuàng)建幾何模型</b></p><p>　　1)選擇Utility Menu>P1otCtrls&g

7、t;Style>Colors>Reverse Video命令，設(shè)置顯示顏色。</p><p>　　2)選擇Utility Menu>P1otCtrls>View Settings>Viewing Direction命令，出現(xiàn)Viewing Direction對(duì)話框，在XV,YV,ZV Coords of view point文本框中分別輸入1, 1, 1，其余選項(xiàng)采用默認(rèn)設(shè)置，單擊

8、OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p><b>　　3)建立支座底塊</b></p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor> Modeling>Create>volumes>Block>By Demensios命令，出現(xiàn)Create Block by Demensios對(duì)話框，在X1,X2 X-coor di

9、nates文本框中輸入0、400，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中輸入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中輸入0、40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p><b>　　4)建立支座孔柱</b></p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>

10、;Volumes>Cylinder>Solid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入40，在WP Y文本框中輸入40，在Rad-1文本框中輸入20，在Depth文本框中輸入40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p><b>　　5)復(fù)制支座孔圓柱</b></p><p>　　選擇Main Menu>

11、;Preprocessor>Copy>Volume命令，出現(xiàn)Copy Volume對(duì)話框，在圖形上拾取圓柱實(shí)體，單擊[Apply]按鈕，在移動(dòng)方向（x方向）欄中輸入移動(dòng)距離320</p><p>　　6）布爾運(yùn)算減去底座圓柱孔圓柱</p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans&g

12、t;Subtract>Volumes命令，出現(xiàn)Subtract Volumes拾取菜單，拾取底塊，點(diǎn)擊OK鍵，又出現(xiàn)一個(gè)拾取菜單，拾取兩個(gè)圓柱，點(diǎn)擊OK鍵完成運(yùn)算。</p><p><b>　　7）底座圓角繪制</b></p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes&g

13、t;Cylinder>Solid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入40，在WP Y文本框中輸入40，在Rad-1文本框中輸入40，在Depth文本框中輸入40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Copy>Volume命令，出現(xiàn)Copy Volume對(duì)話框，在圖形上拾取圓柱實(shí)體

14、，單擊[Apply]按鈕，在移動(dòng)方向（x方向）欄中輸入移動(dòng)距離320。</p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Volumes by Area命令，出現(xiàn)Divide Vol by Area拾取菜單，拾取底塊，點(diǎn)擊OK鍵，又出現(xiàn)一個(gè)拾取菜單，拾取兩個(gè)大圓柱面，點(diǎn)擊OK鍵完成運(yùn)算。<

15、;/p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Delete>Volumes and Below命令，出現(xiàn)Delete Volumes and Below拾取菜單拾取大圓柱，邊角塊，點(diǎn)擊OK鍵完成運(yùn)算。</p><p><b>　　8)底塊凹槽繪制</b></p><p>　　選擇Ma

16、in Menu>Preprocessor> Modeling>Create>volumes>Block>By Demensios命令，出現(xiàn)Create Block by Demensios對(duì)話框，在X1,X2 X-coor dinates文本框中輸入85、315，在Y1,Y2 Y-coor dinates文本框中輸入0、150，在Z1,Z2 Z-coor dinates文本框中輸入0、10，單擊OK按

17、鈕關(guān)閉該對(duì)話框。后經(jīng)布爾運(yùn)算Subtract減去凹?jí)K得效果圖如下</p><p><b>　　9）變換工作坐標(biāo)</b></p><p>　　選擇Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At Specified Loc +命令，彈出Create CS at l

18、ocation對(duì)話框，在文本框中輸入新坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)200,172,40，單擊OK按鈕，再輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　選擇Utility Menu>WorkPlane>Align WS with>Specified coord Sys...</p><p>　　彈出Align WS with Specified CS對(duì)話框輸入11，單擊OK關(guān)閉該

19、對(duì)話框。</p><p><b>　　10）支座頂部圓柱</b></p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入0，在WP Y文本框中輸入40，在R

20、ad文本框中輸入40，在Depth文本框中輸入40，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p><b>　　11)支座背板繪制</b></p><p>　　變換工作坐標(biāo)，選擇Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At Specified Loc +命令，彈

21、出Create CS at location對(duì)話框，在文本框中輸入新坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)200,150,40，單擊OK按鈕，再輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　選擇Utility Menu>WorkPlane>Align WS with>Specified coord Sys...</p><p>　　彈出Align WS with Specified CS

22、對(duì)話框輸入11，單擊OK關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入-75，在WP Y文本框中輸入100，在Rad文本框中輸入125，在Depth文本框中輸入30，單擊OK按鈕

23、關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder命令，出現(xiàn)Solid Cylinder對(duì)話框，在WP X文本框中輸入75，在WP Y文本框中輸入100，在Rad文本框中輸入125，在Depth文本框中輸入30，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p

24、><p>　　用過(guò)布爾運(yùn)算方式切除多余邊角，合并相應(yīng)體面。</p><p>　　12)頂孔以及勒板繪制</p><p>　　變換坐標(biāo)系（同步驟9）繪制頂孔圓，布爾運(yùn)算挖孔，變換坐標(biāo)繪制勒板得到如圖</p><p><b>　　4.劃分網(wǎng)格</b></p><p>　　1)選擇Utility Menu&

25、gt;PIotCtrls>Numbering命令，出現(xiàn)Plot Numbering Controls對(duì)話框，選擇VOLU Volume number選項(xiàng)，使其狀態(tài)從On變?yōu)镺ff，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　2)選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size>Cntrls>ManualSize>Global}>Size

26、命令，出現(xiàn)Global Element Sizes對(duì)話框，在SIZE Element edge length文本框中輸入15，如圖所示，單擊OK按鈕關(guān)閉該對(duì)話框。</p><p>　　3)選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free命令，出現(xiàn)Mesh Volumes拾取菜單，用鼠標(biāo)在ANSYS顯示窗口選擇支座，單擊OK按鈕關(guān)閉該

27、菜單。</p><p>　　單元種類(lèi)SOLID92，單元數(shù)12614個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)21015個(gè)。</p><p><b>　　練習(xí)題二</b></p><p>　　四邊固定的圓盤(pán)形鋁板，在中央處放置一正方體鋼錠。鋼錠的邊為5CM，上表面施加了100MPa的外壓；圓盤(pán)形鋁板半徑10cm，厚2.5cm。已知靜摩擦系數(shù)f=0.2；剛的材料參數(shù)E=200

28、GPa，，；鋁的材料系數(shù)E=70GPa，，.研究鋁板的變形和應(yīng)力情況。</p><p><b>　　建立相關(guān)模型</b></p><p><b>　　模型效果圖如下：</b></p><p>　　定義兩種單元為sold95；再分別定義鋁和鐵的材料參數(shù)，序號(hào)分別為1和2。又由于模型是對(duì)稱(chēng)模型，故采用1/4模型分析運(yùn)算。<

29、;/p><p><b>　　網(wǎng)格劃分</b></p><p><b>　　鋁板網(wǎng)格劃分：</b></p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Meshing命令，</p><p>　　單擊Mesh Tool，彈出Mesh Toal對(duì)話框。在Element Attri

30、butes下單擊Set按鈕，彈出Meshing Attributes對(duì)話框.在Element Type number, Material number文本框中分別選擇工1SOLID95,1，單擊OK按鈕，以上完成管道單元及材料分配)。</p><p>　　其中通過(guò)變換Material number號(hào)來(lái)區(qū)別實(shí)體材料性質(zhì)的不同</p><p><b>　　三．建立接觸對(duì)</b&

31、gt;</p><p>　　選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Contact Pair彈出Contact Manager對(duì)話框，安左上按鈕，接著由相關(guān)操作有</p><p><b>　　載荷施加并求解</b></p><p><b>　　定義邊界條件和載荷<

32、/b></p><p>　　選擇Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas，選擇圓盤(pán)側(cè)面，定義Z方向的位移為零；</p><p>　　選擇Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Area

33、s，選擇鋼錠頂面，定義外壓大小為100MPa</p><p><b>　　擴(kuò)展模型</b></p><p>　　執(zhí)行Utility Menu>Plot Ctrls>Style>Symmetry Expansion>Priodic/Cclinc Smmerty命令，彈出[Priodic/Cclinc Symmetry Expansion]對(duì)話框，

34、選擇“1/4 Dihedral Sym”單擊OK完成。</p><p>　　X方向應(yīng)力圖 Y方向應(yīng)力圖 Z方向應(yīng)力圖</p><p><b>　　建立相關(guān)模型</b></p><p>　　首先繪制齒輪外齒圈每個(gè)單元齒的剖面輪廓，得到效果圖如下</p><p>　　轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系為柱坐

35、標(biāo)系，Copy 28份環(huán)形陣列，得效果圖如下</p><p>　　布爾運(yùn)算面相加 (Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>add>Areas>Pick all</p><p><b>　　得到下圖</b></p><p>　　選中面，沿軸向拉伸

36、（Modeling>Extrude>Operate>Areas>Along Normal）</p><p><b>　　繪制支撐板</b></p><p><b>　　繪制軸套</b></p><p>　　支撐板上挖孔,繪制圓孔柱，Copy 5份環(huán)形陣列，布爾減運(yùn)算，得效果圖如下</p>

37、<p>　　軸套上挖槽，布爾運(yùn)算合并實(shí)體并離散化</p><p>　　單元種類(lèi)： SOLID185</p><p><b>　　單元數(shù)：38548</b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn)總數(shù)：9600</b></p><p>　　材料特性彈性模量、泊松比加載</p>&

38、lt;p><b>　　材料特性密度加載</b></p><p><b>　　加載角速度：</b></p><p><b>　　運(yùn)算結(jié)果應(yīng)力圖，</b></p><p><b>　　變形圖：</b></p><p><b>　　練習(xí)題四<

39、;/b></p><p>　　圖示中心具有圓孔的正方形薄板，兩側(cè)收到垂直板邊沿隨時(shí)間變化的均布載荷P=P(t)作用。設(shè)板邊長(zhǎng)l=1m，圓孔直徑d=2a=0.1m，材料E=20GPa，=0.167， 密度=2500kg/厚度t=0.1m，試計(jì)算x=0上截面正應(yīng)力隨時(shí)間變化情況</p><p><b>　　解答</b></p>

40、<p>　　由于該分析模型是對(duì)稱(chēng)模型，故為減少計(jì)算量，提高運(yùn)算速度計(jì)，選取1/4份模型建模求解，</p><p>　　其建模，材料屬性加載，模型離散化過(guò)程與以上三題方法類(lèi)似，在此就不多做贅述了。</p><p>　　通過(guò)對(duì)題目的分析，該題是一個(gè)帶孔平板結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題。</p><p>　　一．定義分析類(lèi)型和設(shè)置選項(xiàng)</p>&l

41、t;p>　　1)定義分析類(lèi)型。執(zhí)行Main Menu>Snlutian>Analysis Type>New Analysis命令，彈出[New Analysis]對(duì)話框。選擇“Transient”按鈕，單擊OK按鈕,彈出Transient Analysis對(duì)話框，選擇“Full”單擊OK按鈕。</p><p>　　2)打開(kāi)預(yù)測(cè)器。執(zhí)行Main Menu>Solution>Ana

42、lysis Type>Sol'n Controls命令，彈出[Salutivn Controls]對(duì)話框，選擇[Nonlinear]選項(xiàng)卡，在[DOF solution</p><p>　　predictor]下拉列表框中選擇“On for all substep”選項(xiàng)，單擊OK按鈕。</p><p>　　3)設(shè)置求解選項(xiàng)控制。執(zhí)行Main Menu>Solution&

43、gt;Analysis Type>Sol'n Controls命令，彈出[Solution Controls]對(duì)話框。在[Analysis Options]和[Frequency]下拉列表框中分別選擇“Small Displacement Static”及“Write every substep”選項(xiàng)，在[Time at end of loadstep]文本框中輸人“5"，在[Number of substeps

44、]文本框中輸入“1"，單擊OK按鈕。</p><p>　　4）施加對(duì)稱(chēng)約束（操作與題二類(lèi)似，不多做說(shuō)明）</p><p>　　二．載荷步選項(xiàng)控制及求解運(yùn)算</p><p>　　1)寫(xiě)入第1個(gè)載荷步。執(zhí)行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File命令，彈出[Write Load Step

45、File]對(duì)話框。在[Load step file number n]文本框中輸入“1"，單擊OK按鈕。</p><p>　　2)設(shè)置求解選項(xiàng)控制。</p><p>　　執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis>Type>Sol'n Controls命令，彈出[Solution Controls]對(duì)話框。在[Analysis Dp

46、tions], [Automatic time stepping option ]和[Frequency]下拉列表框中分別選擇“Large Displacement Static" ,"On”及“Write every substep”選項(xiàng)，在[Time at end of load step]和[Number of substeps]文本框中分別輸入“1”及“l(fā)0”，單擊OK按鈕。</p><

47、p><b>　　3）施加集中載荷。</b></p><p>　　執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，彈出拾取框,拾取x=0上一點(diǎn)，單擊OK按鈕，彈出[Apply FIM on Nodes]對(duì)話框。在[Direction of force

48、lmam]下拉列表框中選擇“FX”選項(xiàng)，在[Load TEMP value]文本框中輸入“0”，單擊OK按鈕。</p><p>　　第一載荷步施加完成，第二第三直至第五載荷步操作與第一步類(lèi)似，</p><p>　　注意：寫(xiě)入第1個(gè)載荷步。執(zhí)行Main Menu>Solution>Load Step Opts>Write LS File命令，彈出[Write Load St

49、ep File]對(duì)話框。在[Load step file number n]文本框中輸入字符編號(hào)的變換(1-5）。</p><p>　　執(zhí)行Main Menu>Solution>Analysis>Type>Sol'n Controls命令，彈出[Solution Controls]對(duì)話框。，在[Time at end of load step] 文本框中輸入字符編號(hào)的變換(1-5)

50、。</p><p>　　執(zhí)行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，彈出拾取框,拾取x=0上一點(diǎn)，單擊OK按鈕，彈出[Apply FIM on Nodes]對(duì)話框。在[Load TEMP value]文本框中輸入外載荷突變折點(diǎn)數(shù)據(jù)與載荷步編號(hào)的對(duì)應(yīng)。</p>

51、<p>　　三．求解問(wèn)題 執(zhí)行Main Menu>Solution>Solve>From LS File命令，彈出[Solve Load Step File]對(duì)話框，在[LSMIN][LSMAX]分別輸入“1”、“5”點(diǎn)擊OK鍵求解。</p><p>　　整體運(yùn)算后應(yīng)力變化效果如附帶視頻所示。</p><p>　　通過(guò)下一步驟得出本題所需結(jié)果，顯示情況如