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ANSYS17.0有限元分析的问题求解与分析

时间：2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】：启动Mechanical APDL Product Launcher 17.0，弹出17.0：ANSYS Mechanical APDL Product Launcher窗口。在该对话框中，设置1号单元类型为Mesh Facet200，单击Apply按钮，设置2号单元类型为SOLID185，单击OK按钮。在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Line Fillet命令，拾取工作区中的7号线与8号线，单击OK按钮，弹出图8-12所示的LineFillet对话框。图8-15 分割图8-16 Element Sizes on Picked Lines对话框重复上述定义线划分份数的操作，将3

ANSYS17.0有限元分析的问题求解与分析

（1）启动Mechanical APDL Product Launcher 17.0，弹出17.0：ANSYS Mechanical APDL Product Launcher窗口。

（2）在该窗口中设置Simulation Environment为ANSYS，Lisence为ANSYS Multiphysics，在Working Directory框中输入工作目录名称，在JobName框中输入项目名称8-2。

（3）单击Run按钮，进入ANSYS17.0GUI界面。在GUI界面中选择Main menu＞Pref-erences命令，弹出图8-2所示的Preferences for GUI Filtering对话框。在该对话框中，选择分析类型为Structural，单击OK按钮，完成分析环境设置。

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图8-1 六角扳手模型

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图8-2 Preferences for GUI Filtering对话框

（4）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，在弹出的对话框中单击Add按钮，弹出图8-3所示的LibraryofElement Types对话框。在该对话框中，设置1号单元类型为Mesh Facet200，单击Apply按钮，设置2号单元类型为SOLID185，单击OK按钮。

回到Element Types对话框，选择1号单元，单击Options按钮，弹出如图8-4所示的MESH200 element type options对话框。在该对话框中，设置Element shape and # of nodes K1为QUAD8-NODE。

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图8-3 Library of Element Types对话框

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图8-4 MESH200 element type options对话框

（5）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Models命令，在弹出的图8-5所示Define Material Model Behavior对话框。选择结构、线性、弹性、各向同性材料，弹出图8-6所示的Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，从中输入弹性模量与泊松比，单击OK按钮。

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图8-5 Define Material Model Behavior对话框

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图8-6 Linear Isotropic Propercies for Material Number1对话框

（6）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Polygon＞Hexagon，弹出图8-7所示的Hexagonal Area对话框，设置Radius为0.01，单击OK按钮，生成一个六边形，如图8-8所示。

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图8-7 Hexagonal Area对话框

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图8-8 生成六边形

（7）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Ac-tive CS命令，弹出图8-9所示的Create Keypointsin Active Coordinate System对话框。

在NPTkeypoint number框中输入关键点编号7，其余留空，单击Apply按钮；以同样方法定义8号关键点，设置Z=0.05，其余留空，单击APP以按钮；继续定义，9号关键点，设置Y=0.1、Z=0.05，单击OK按钮。

完成定义的关键点如图8-10所示。

（8）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Straight Line命令，拾取工作区中的7、8号关键点，单击Apply按钮；继续拾取8、9号关键点，单击OK按钮，完成连线后如图8-11所示。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Line Fillet命令，拾取工作区中的7号线与8号线，单击OK按钮，弹出图8-12所示的LineFillet对话框。

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图8-9 Create Keypointsin Active Coordinate System

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图8-10 关键点

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图8-11 连线

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图8-12 Line Fillet对话框

在该对话框中设置RAD Fillet radius（即圆角半径）为0.015，单击OK按钮，生成7、8号线圆角，如图8-13所示。

（9）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Lines＞Straight Line命令，拾取工作区中的1、4号关键点，单击OK按钮，将1、4号点连接起来，如图8-14所示。

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图8-13 生成圆角

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图8-14 连接1、4号点

（10）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Di-vide＞Areaby Line命令或MainMenu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Divide＞With Options＞Areaby Line命令，拾取六边形面，再拾取1、4号点的连线，单击OK按钮，将面分割为两份，如图8-15所示。

（11）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞Manual Size＞Lines＞Picked Lines命令，拾取2号线，单击OK按钮，在弹出的图8-16所示Element Sizes on Picked Lines对话框中设置单元划分份数为3，单击OK按钮。

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图8-15 分割

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图8-16 Element Sizes on Picked Lines对话框

重复上述定义线划分份数的操作，将3、4号线均定义为划分为3份，被划分的线如图8-17所示。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞Manual Size＞Lines＞Picked Lines命令，拾取7号线，单击OK按钮，在弹出的Element Sizes on Picked Lines对话框中定义单元边长为0.01，单击OK按钮。

在GUI界面中选择Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering命令，在弹出的对话框中选中Line Numbers复选框，单击OK按钮，在工作区中显示线号。划分完成的结果如图8-18所示。

注意：完成线尺寸定义的线，被分为相应份数的虚线。

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图8-17 划分线

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图8-18 定义引导线划分

（12）在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Areas＞Mapped＞3or 4 Sided命令，拾取六边形面，单击OK按钮，完成面单元划分，如图8-19所示。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞Along Lines命令，先拾取六边形面，单击OK按钮，再拾取3段引导线（即7、8、9号线），单击OK按钮，完成拉伸网格，如图8-20所示。

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图8-19 划分面单元

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图8-20 拉伸网格

在GUI中界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Clear＞Areas命令，在弹出的对话框中单击PickAll按钮，将面单元全部清除。

（13）在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞DefineLoads＞Apply＞Structural＞Dis-placement＞On Areas命令，拾取工作区中的2号面，单击OK按钮，弹出图8-21所示的ApplyU，ROT on Areas对话框，选择要约束的自由度为AllDOF，单击OK按钮，完成约束，如图8-22所示。

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图8-21 Apply U，ROT on Areas对话框

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图8-22 约束底面

继续在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displace-ment＞On Areas命令，单击OK按钮，在弹出的ApplyU，ROT on Areas对话框中选择要约束的自由度为AllDOF，单击OK按钮。此时，完成了底面的固定约束，如图8-23所示。

（14）在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，弹出图8-24所示的Se-lect Entities对话框，单击OK按钮。在拾取框中输入24，29，1，单击OK按钮，选出图8-25所示的点。

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图8-23 完成底面约束

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图8-24 Select Entities对话框

在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Keypoints命令，在弹出的对话框中单击PickAll按钮，在弹出的图8-26所示Apply F/M on KPs对话框中输入荷载值为100（见图8-27），方向为FX，单击OK按钮。

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图8-25 选出加载点

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图8-26 Apply F/M on KPs对话框

重复上述操作，仍在这6个点上定义FZ方向荷载20N，如图8-27所示。完成加载的模型如图8-28所示。

（15）完成荷载施加后，即可开始求解。

在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Solve＞CurrentLS命令，弹出图8-29所示的/STATUS Command窗口，其中显示了项目的求解信息及输出选项。

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图8-27 施加荷载

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图8-28 计算模型

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图8-29 /STATUSCommand窗口

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图8-30 Solve Current Load Step对话框

同时弹出的还有图8-30所示的Solve Current Load Step对话框，询问用户是否开始进行求解。

单击OK按钮开始求解，当弹出如图8-31所示的Solution is done！提示时，表明求解完成。

本例也可以使用APDL语言进行操作。

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图8-31 Solution is done！提示

fini ！

/cle ！清理工作区(www.daowen.com)

/PREP7 ！进入前处理器

ET，1，182 ！定义1号单元为PLANE182

ET，2，185 ！定义2号单元

MP，EX，1，2E11 ！定义弹性模量

MP，PRXY，1，0.3 ！泊松比

RPR4，6，0，0，0.01 ！生成六边形

K，7，0，0，0 ！定义关键点

K，8，0，0，0.05 ！

K，9，0，0.1，0.05 ！

LSTR，7，8 ！连线

LSTR，8，9 ！

LFILLT，7，8，0.015 ！生成圆角

LSTR，1，4 ！连线

ASBL，1，10 ！用线切割面

LESIZE，2，，，3 ！定义线单元尺寸

LESIZE，3，，，3 ！

LESIZE，4，，，3 ！

LESIZE，7，0.01 ！

LESIZE，8，0.01 ！

LESIZE，9，0.01 ！

MSHAPE，0 ！使用四面形单元

MSHKEY，1 ！使用映射网格

AMESH，ALL ！划分面单元

VDRAG，ALL，，，，，，7，9，8 ！拉伸

ACLEAR，2，3，1 ！清除面单元

FINISH ！

/SOLU ！进入求解器

DA，2，ALL ！约束面

DA，3，ALL ！

KSEL，S，，，24，29，1 ！选择关键点

FK，ALL，FX，100 ！在选中的关键点上施加力

FK，ALL，FZ，20 ！

KSEL，ALL ！

SOLVE ！求解

SAVE ！保存

FINISH ！

（16）完成求解后，即可以进入后处理器查看求解的结果。

在GUI界面中选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Deformed Shape命令，弹出图8-32所示的PlotDeformedShape对话框。

在该对话框中选中Def+undefedge单选按钮，单击OK按钮，即可在工作区中显示图8-33所示的变形图。

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图8-32 Plot Deformed Shape对话框

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图8-33 变形图

在GUI界面中选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，弹出图8-34所示的Contour Nodal Solution Data对话框。

选择DOF Solution列表中的Displacement vector sum，单击OK按钮，即可在工作区中看到位移云图，如图8-35所示。

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图8-34 Contour Nodal Solution Data对话框

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图8-35 显示位移云图

以同样的方法显示正应力的节点解，如图8-36和图8-37所示。

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图8-36 Y方向应力云图

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图8-37 Z方向应力云图

节点剪应力云图与第1主应力云图如图8-38和图8-39所示。

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图8-38 XY剪应力云图

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图8-39 第1主应力云图

在GUI界面中选择Main Menu＞GeneralPostproc＞PlotResults＞ContourPlot＞ElementSolu，在弹出的对话框中选择单元解的项目，单击OK按钮，显示单元解结果如图8-40～图8-43所示。

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图8-40 Y方向单元应力

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图8-41 Z方向单元应力

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图8-42 XY单元剪应力

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图8-43 单元第1主应力

在GUI界面中选择Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Vector Plot＞Predefined命令，弹出图8-44所示的Vector Plot of Predefined Vectors对话框。

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图8-44 Vector Plot of Predefined Vectors对话框

选择显示的矢量为Translation U，单击OK按钮，显示图8-45所示的平动矢量；选择显示的矢量为Rotation ROT，单击OK按钮，则显示图8-46所示的主应力矢量。

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图8-45 平动矢量

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图8-46 主应力矢量

在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot Ctrls＞Symbols命令，弹出图8-47所示的Symbols对话框。

在该对话框中选中All Reactions单选按钮，单击OK按钮。在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot＞Elements命令，在工作区中即可显示图8-48所示的约束节点反力。

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图8-47 Symbols对话框

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图8-48 显示应力矢量与约束节点反力

参考上文的介绍，在工作区中显示第1主应力节点解的云图。

在GUI界面中选择Menu＞General Postproc＞Query Results＞Subgrid Solu命令，弹出图8-49所示的Query Subgrid Solution Data对话框。

在该对话框中选择Stress＞1st principal S1，单击OK按钮，弹出图8-50所示的Query Subgrid Results对话框。

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图8-49 Query Subgrid Solution Data对话框

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图8-50 Query Subgrid Results对话框

单击Max按钮，Query Subgrid Results对话框中即会显示应力最大点的坐标信息，同时该点的应力值也在工作区中被标出，如图8-51所示。

（17）单击工具栏中的Quit按钮，弹出图8-52所示的Exit对话框。

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图8-51 工作区中显示的应力最大点

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图8-52 Exit对话框

选中Save Everything（保存所有项目）单选按钮，单击OK按钮，退出ANSYS。

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