ANSYS上机报告.docx
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ANSYS上机报告.docx
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ANSYS上机报告
目录
1实验目的1
2实验内容2
2.1机械构件的静力分析——带孔薄板两端承受均布载荷2
2.1.1问题描述2
2.1.2问题分析3
2.1.3求解步骤3
2.2机械构件的动力学分析——模型飞机机翼模态分析13
2.2.1问题描述13
2.2.2问题分析14
2.2.3求解步骤14
3实验结论23
1实验目的
1.熟悉有限元分析的基本原理和方法;
2.掌握有限元软件ANSYS的静力分析和动力学分析的基本操作;
3.对有限元分析结果进行正确评价。
2实验内容
2.1机械构件的静力分析——带孔薄板两端承受均布载荷
2.1.1问题描述
图3.1所示为一中心带有圆孔的薄板承载示意图,薄板平均厚度为0.2mm,两端承受均布载荷
求薄板内部的应力场分布。
(薄板材料弹性模量为220GPa,泊松比为0.3)
图2.1薄板承载示意图
2.1.2问题分析
对于涉及薄板的结构问题,若只承受薄板长度和宽度方向所构成的平面上的载荷时(厚度方向无载荷),一般沿薄板厚度方向上的应力变化可不予考虑,即该问题简化为平面应力问题。
根据平板结构的对称性,选择整体结构的1/4建立几何模型,进行分析求解。
2.1.3求解步骤
1.定义工作文件名和工作标题
1)选择UtilityMenu|File|ChangeJobname命令,出现ChangeJobname对话框,在[/FILNAM]Enternewjobname文本框中输入工作文件名EXERCISE1,并将Newloganderrorfiles设置为Yes,单击OK按钮关闭该对话框。
2)选择UtilityMenu|File|ChangeJobname命令,出现ChangeTitle对话框,在[/TITLE]Enternewtitle文本框中输入ANALYSISOFPLATESTRESSWITHSMALLCIRCLE,单击OK按钮关闭该对话框。
2.定义单元类型
1)选择MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete命令,出现ElementType对话框,单击Add按钮,出现LibraryofElementTypes对话框。
在LibraryofElementTypes列表框中选择Solid,8node82,在Elementtypereferencenumber文本框中输入1,单击OK按钮关闭该对话框。
2)单击ElementTypes对话框上的Close按钮,关闭该对话框。
3.定义材料性能参数
1)选择MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels命令,出现DefineMaterialModelBehavior对话框。
2)在MaterialModelsAvailable一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项,出现LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框,在EX文本框中输入2.2E11,在PRXY文本框中输入0.3,单击OK按钮关闭该对话框。
3)在DefineMaterialModelBehavior对话框上选择Material|Exit命令,关闭该对话框。
4.创建几何模型、划分网格
1)选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Rectangle|ByDimensions命令,出现CreateRectanglebyDimensions对话框,在X1,X2X-coordinates文本框中输入0,0.025,在Y1,Y2Y-coordinates文本框中输入0,0.015,单击OK按钮关闭该对话框。
2)选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Circle|ByDimensions命令,出现CircularAreabyDimensions对话框,在RAD1Outerradius文本框中输入0.005,在RAD2Optionalinnerradius文本框中输入0,在THETA1Startingangle(cegress)文本框中输入0,在THETA2Endingangle(degrees)文本框中输入90,单击OK关闭该对话框。
3)选择UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering命令,出现PlotNumberingControls对话框,选中AREAAreanumbers选项,使其状态从Off变为On,其余选项均采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。
4)选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Subtract|Areas命令,出现SubtractAreas拾取菜单。
在文本框中输入1,单击OK按钮,在文本框中输入2,单击OK按钮关闭该拾取菜单。
5)选择MainMenu|Preprocessor|NumberingCtrls|CompressNumbering命令,出现CompressNumbers对话框,在LabelItemtobecompressed下拉列表框中选择All,单击OK按钮关闭该对话框。
6)选择UtilityMenu|PlotCtrls|Style|Colors|ReverseVideo命令,设置ANSYS窗口显示颜色,由黑色变为白色。
7)选择UtilityMenu|File|ChangeTitle命令,出现ChangeTitle对话框,在文本框中输入GEOMETRICMODEL,单击OK按钮关闭该对话框。
8)选择UtilityMenu|Plot|Areas命令,ANSYS显示窗口将显示所生成的几何模型,如图2.2所示。
图2.2生成的几何模型结果显示
9)选择UtilityMenu|PlotCtrols|Numbering命令,出现PlotNumberingControls对话框,选中KPKeypointnumbers选项,使其从状态Off变为On,其余选项均采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。
10)选择UtilityMenu|Plot|Lines命令,显示所有线段。
11)选择MainMenu|Preprocessor|Meshing|Sizecntrls|ManualSize|Global|Size命令,出现GlobalElementSizes对话框,在SIZEElementedgelength文本框中输入0.002,单击OK按钮关闭该对话框。
12)选择MainMenu|Preprocessor|Meshing|Mesh|Areas|Mapped|Bycorners命令,出现MapMeshAreaby拾取菜单,在文本框中输入1,单击OK按钮,在文本框中输入1,4,5,3,单击OK按钮关闭该拾取菜单。
13)选择UtilityMenu|File|ChangeTitle命令,出现ChangeTitle对话框,在文本框中输入GEOMETRICMODEL,单击OK按钮关闭该对话框。
14)选择UtilityMenu|Plot|Elements命令,ANSYS显示窗口将显示网格划分后的结果,如图2.3所示。
图2.3映射网格划分结果显示
15)选择MainMenu|File|Saveas命令,出现SaveDatabase对话框,在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE11.db,保存上述操作过程,单击OK按钮关闭该对话框。
5.加载求解
1)选择MainMenu|Solution|AnalysisType|NewAnalysis命令,出现NewAnalysis对话框。
选择分析类型为Static,单击OK按钮关闭该对话框。
2)选择UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering命令,出现PlotNumberingControls对话框,选中LINEnumbers选项,使其状态从Off变为On,其余选项均采用默认设置,单击OK按钮关闭该对话框。
3)选择UtilityMenu|Plot|Lines命令,显示所有线段。
4)选择UtilityMenu|Select|Entities命令,出现SelectEntities对话框,在第1个下拉列表中选择Lines,在第2个下拉列表中选择ByNum/pick,在第3栏中选择FromFull单选项,单击OK按钮,出现Selectlines拾取菜单,在文本框中输入4,单击OK按钮关闭该拾取菜单。
5)选择UtilityMenu|Select|Entities命令,出现SelectEntities对话框。
在第1个下拉列表中选择Nodes,在第2个下拉列表中选择Attachedto,在第3栏中选择Lines,all单选项,单击OK按钮关闭该对话框。
6)选择MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnNodes命令,出现ApplyU,ROTonN拾取菜单,单击Pickall按钮,出现ApplyU,ROTonNodes对话框。
在Lab2DOFstobeconstrained列表框中选择UY,在VALUEDisplacementvalue文本框中输入0,单击OK按钮关闭该对话框。
7)选择UtilityMenu|Select|Entities命令,出现SelectEntities对话框。
在第1个下拉列表中选择Lines,在第2个下拉列表框中选择ByNum/pick,在第3栏中选择FromFull单选项,单击OK按钮,出现Selectlines对话框,在文本框中输入5,单击OK按钮关闭该对话框。
8)选择UtilityMenu|Select|Entities命令,出现SelectEntities对话框。
在第1个下拉列表框中选择Nodes,在第2个下拉列表框中选择Attachedto,在第3栏中选择Lines,all单选项,单击OK按钮关闭该对话框。
9)选择MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnNodes命令,出现ApplyU,ROTonN拾取菜单,单击Pickall按钮,出现ApplyU,ROTonNodes对话框。
在Lab2DOFstobeconstrained列表框中选择UX,在VALUEDisplacementvalue文本框中输入0,单击OK按钮关闭该对话框。
10)选择UtilityMenu|Select|Entities命令,出现SelectEntities对话框。
在第1个下拉列表中选择Lines,在第2个下拉列表中选择ByNum/pick,在第3栏中选择FromFull单选项,单击OK按钮,出现Selectlines对话框,在文本框中输入1,单击OK按钮关闭该对话框。
11)选择UtilityMenu|Select|Entities命令,出现SelectEntities对话框。
在第1个下拉列表中选择Nodes,在第2个下拉列表中选择Attachedto,在第3栏中选择Lineall单选项,单击OK按钮关闭该对话框。
12)选择MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Pressure|OnNodes命令,出现ApplyPRESonNodes拾取菜单,单击Pickall按钮,出现ApplyPRESonnodes对话框。
在VALUELoadPRESvalue文本框中输入-1000,单击OK按钮关闭该对话框。
13)选择UtilityMenu|Select|Everything命令。
14)选择UtilityMenu|Plot|Element命令,加载后的结果如图2.4所示。
15)选择UtilityMenu|Solution|LoadStepOpts|OutputCtrls|SoluPrintout命令,出现SolutionPrintoutControls对话框,在ItemItemforprintoutcontrol下拉列表中选择Basicquantities,在FREQPrintfrequency选项中选择Everysubstep单选项,单击OK按钮关闭该对话框。
16)选择UtilityMenu|File|Saveas命令,出现SaveDatabase对话框,在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE12.db,保存上述操作过程,单击OK按钮关闭该对话框。
17)选择MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS命令,出现SolveCurrentLoadStep对话框,单击OK按钮,ANSYS开始求解计算。
图2.4加载后的结果显示
18)求解结束时,出现Note对话框,单击Close按钮关闭该对话框。
19)选择UtilityMenu|File|Saveas命令,出现SaveDatabase对话框,在SaveDatabaseto文本框中输入EXERCISE13.db,保存上述操作过程,单击OK按钮关闭该对话框。
6.查看求解结果
1)选择MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|DeformedShape命令,出现PlotDeformedShape对话框,在KUNDItemtobeplotted选项中选择Def+undefedge选项,单击OK按钮,ANSYS显示窗口显示变形后的几何形状和为变形的轮廓,如图2.5所示。
2)选择MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu命令,出现ContourNodalSolutionData对话框,在Itemtobecontoured列表框中选择NodalSolution|DOFSolution|Displacementvectorsum,其余均采用默认设置,单击OK按钮,ANSYS窗口将显示如图2.6所示的位移场分布等值线图。
3)选择MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu命令,出现ContourNodalSolutionData对话框,在Itemtobecontoured列表框中选择NodalSolution|Stress|vonMisesstress,其余均采用默认设置,单击OK按钮,ANSYS窗口将显示如图2.7所示的等效应力场分布等值线图。
图2.5变形后的几何形状和未变形轮廓显示
图2.6位移场分布等值线图
4)选择UtilityMenu|PlotCtrls|Style|SymmetryExpansion|Periodic/CyclicSymmetry命令,出现Periodic/CyclicSymmetryExpansion对话框,在Selecttypeofcyclicsymmetry选项中选择1/4DihedralSym,单击OK按钮,ANSYS显示窗口将显示扩展后的结果,如图2.8所示。
图2.7等效应力场分布等值线图
图2.8扩展后的结果显示-等效应力场分布等值线图
5)选择MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu|DOFSolution|X-Componentofdisplacement|Apply命令,ANSYS窗口将显示如图2.9所示的X方向的位移云图。
图2.9X方向位移的云图
6)重复步骤4),ANSYS显示窗口将显示如图2.10所示的扩展后的X方向的位移云图。
图2.10扩展后X方向位移的云图
7)选择MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu|Stress|X-Componentofstress|Apply命令,ANSYS窗口将显示如图2.11所示的X方向的正应力云图。
图2.11X方向正应力云图
8)重复步骤4),ANSYS窗口将显示如图2.12所示的扩展后的X方向的正应力云图。
图2.12扩展后X方向正应力云图
9)选择Utility|File|Exit命令,出现ExitfromANSYS对话框,选择Quit-NoSave!
选项,单击OK按钮,关闭ANSYS。
2.2机械构件的动力学分析——模型飞机机翼模态分析
2.2.1问题描述
图2.13所示为一模型飞机机翼,其长度方向横截面形状一致,机翼的一端固定在机体上,另一端为悬空自由端,试对机翼进行模态分析并显示机翼的模态自由度。
机翼材料参数:
弹性模量
;泊松比
;密度
。
机翼几何参数:
;
;
;
;
。
图2.13模型飞机机翼结构示意图
2.2.2问题分析
该问题属于动力学中的模态分析问题。
在分析过程中用直线段和样条曲线描述机翼的横截面形状,选择PLANE82和SOLID45单元进行求解。
2.2.3求解步骤
1.定义工作文件名和工作标题
1)选择UtilityMenu|File|ChangeJobname命令,出现ChangeJobname对话框,在[/FILNAM]Enternewjobname文本框中输入工作文件名EXERCISE2,单击OK按钮关闭该对话框。
2)选择UtilityMenu|File|ChangeJobname命令,出现ChangeTitle对话框,在[/TITLE]Enternewtitle文本框中输入MODALANALYSISOFAMODELAIRPLANEWING,单击OK按钮关闭该对话框。
2.定义单元类型
1)选择MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete命令,出现ElementType对话框,单击Add按钮,出现LibraryofElementTypes对话框。
在LibraryofElementTypes列表框中选择Quad8node82,在Elementtypereferencenumber文本框中输入1,单击Apply按钮,在LibraryofElementType列表框中选择StructuralSolid,Brick8node45,在Elementtypereferencenumber文本框中输入2,单击OK按钮关闭该对话框。
2)单击ElementTypes对话框上的Close按钮,关闭该对话框。
3.定义材料性能参数
1)选择MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels命令,出现DefineMaterialModelBehavior对话框。
在MaterialModelsAvailable一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项,出现LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框,在EX文本框中输入3E10,在PRXY文本框中输入0.26,单击OK按钮关闭该对话框。
2)在MaterialModelsAvailable一栏中依次单击Structural、Density选项,出现DensityforMaterialNumber1对话框,在DENS输入栏中输入1.58E3,单击OK按钮关闭该对话框。
3)在DefineMaterialModelBehavior对话框上选择Material|Exit命令,关闭该对话框。
4.创建几何模型、划分网格
1)选择UtilityMenu|ViewSettings|ViewingDirection命令,出现ViewDirection对话框,在XV,YV,ZVCoordsofviewpoint输入栏中分别输入1、1、1,单击OK按钮关闭该对话框。
2)选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|InActiveCS命令,出现CreateKeypointsInActiveCoordinateSystem对话框,在NPTKeypointnumber输入栏中输入1,在X,Y,ZLocationinactiveCS输入栏中分别输入0,0,0,单击OK按钮关闭该对话框。
3)参照上一步操作,创建以下关键点编号及坐标:
2(2,0,0);3(2.5,0.2,0);4(1.8,0.45,0);5(1.1,0.3,0)
4)选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|StraightLine命令,出现CreateStraight拾取菜单,在输入栏中输入1,2,单击OK按钮关闭该对话框。
5)选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Splines|SplinethruKPs命令,出现B-Spline菜单,在输入栏中输入2,3,4,5,1,单击OK按钮关闭该对话框。
6)选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Arbitrar
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