有限元上机练习
ANSYS10.0-Ed
上 机 指 南
陈章华编
北京科技大学数理学院
2012年9月
序言：有限元是一种数值方法，广泛应用于分析工程中出现的各种复杂的受力分析。本次测验内容要求学生对有限元方法的实施步骤有一个初步了解，用ANSYS 软件解决一些简单的杆件弯曲、扭转失稳问题，并将计算结果与材料公式的结果比较。为进一步采用有限元方法解决复杂的工程问题打下基础。
基本部分(共8题)
问题 1 分布载荷作用下的悬臂梁应力计算 分析模型为悬臂梁, 梁的横截面为矩形，长度1m，宽×高=1m ×0.2m。材料的弹性模量200GPa, 泊松比0.3。习题文件名: Cantilever-beam。
注意：用平面4节点实体单元离散，长度单位：m,力单位：N，应力单位：Pa，按照平面应变处理。单位厚度上的线性分布载荷取值如图1-1所示。 1.1 进入ANSYS
程序 →ANSYSED 10.0 → input Initial Cantilever-beam→OK
1.2设置计算类型
Main Menu: Preferences →select Structural → OK 1.3选择单元类型
Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182 →OK (back to Element Types window) → Options →select K1: Reduced integration → K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic→Isotropic →input EX:200e9，PRXY:0.3→ OK 1.5生成几何模型 生成特征点
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Key points →In Active CS →依次输入四个点的坐标(每次输入后按Apply,最后按OK)：input:1(0,0,0), 2(1,0,0), 3(1,0.2,0), 4(0,0.2,0) →OK 生成面
Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Arbitrary → Through KPS →依次连接四个特征点，1 → 2 → 3 → 4 → OK 注意：上面两步也可简化为：
Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create →Areas → Rectangle → By two corners → WP X, WP Y 均输入0， Width 输入10, Height 输入2 → OK 1.6 网格划分
Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set → 拾取长边: OK→input NDIV: 50→Apply→ 拾取短边: →input NDIV: 10 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas,
Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)
1.7 模型施加约束
给左边施加固定约束 Main Menu:
Solution
→Define Loads →Apply
→Structural
→Displacement → On lines → 选左边线 →OK →select 第一行: ALL DOF → 第四行 VALUE 选 0: → OK
给梁上边施加线性分布载荷:
ANSYS 命令菜单栏:
Parameters → Functions →Define/Edit →
1) 在下方的下拉列表框（第三框）内选择X作为设置的变量；
2) 在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数（力的单位：N）：1000-1000*{X}；
3) File → Save 输入my_q(文件扩展名：func)→Close返回：Parameters → Functions → Read from file：将需要的my_q.func文件打开，任给一个参数名qq→OK
Utility menu → plotctrls → Symbols → Show pres and
convect as 表框内的Face outline下拉改为 arrows(用箭头表
示表面分布载荷)
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →
Pressure → On Lines →拾取梁的上边线 → OK → 在下拉列
表框中选择：Existing table →Apply →选择需要的载荷参数
名qq→OK
Solution→load step opts→write LS File输入文件名：1（此
时或者滚动中间滚轮，可以显示出线性分布载荷，其箭头沿着长
度有长短不同）
1.8 分析计算
Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK (to close the
solve Current Load Step window) →OK
1.9 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed
Shape→选择Def + Undeformed →OK
(back to Plot Results window)→Contour Plot →Nodal Solu → 选择: Stress → X Component of stress → OK
1.10 退出系统
ANSYS Utility Menu: File →
Exit→ Save Everything → OK
问题 2 悬臂式连接环的应力与变形分析
计算采用三维实体模型如图2-1 所示, 钢质悬臂式连接环左端焊接在墙壁，另一端包含一个圆孔。工作时连接栓将施加向下的30kN的载荷于圆孔内下壁。为简化分析，设一个分布压力形式作用，q=50MPa。文件名: Link bar。
注意：长度单位mm, 力的单位 N，对应的应力单位MPa，
图2-1悬臂式连接环受分布载荷作用计算分析模型
2.1 进入ANSYS
ANSYSED 10.0 → input Initial jobname: Link bar →OK
2.2设置计算类型
Main Menu: Preferences… →select Structural → OK
2.3选择单元类型
Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8Node 45 →OK (back to Element Types window) → OK → Close (the Element Type window)
2.4定义材料参数
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200e3, PRXY:0.3 → OK
2.5生成几何模型--(利用布尔运算，形成几何造型。利用Sweep方法形成高质量网格)
在最左边生成一个长、高、厚为：75mm,50mm,20mm立方体
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Volumes → Block →By Dimensions → X1,X2: 0, 75 →Y1,Y2: 0, 50 → Z1, Z2: 0, 20 → Apply
紧靠在最左边的立方体生成另一个长、高、厚为：25mm,50mm,20mm立方体
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Volumes → Block →By Dimensions → X1,X2:75, 100 →Y1,Y2: 0, 50 → Z1, Z2: 0, 20 → Apply
平移工作平面
Utility Menu→WorkPlane→Offset WP by Increments：X,Y, Z Offsets 输入：100，25，0点击OK 生成大的半圆柱面
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →→Volumes → Cylinder → By Dimensions → →Outer
radius:25, Optional inner radius:0, Z1:0, Z2:20, Starting angle：-90, Ending angle：90, → Apply
通过布尔Glue运算，使两个立方体与半圆柱生成矩圆形体
Main Menu: Preprocessor →Modeling → Operate → Booleans → Glue → Volumes → Pick All → OK
生成一个小的圆柱面
By Dimensions → →Outer radius:15, Optional inner radius:0, Z1:0, Z2:20, Starting angle：0, Ending angle：360 → OK
通过布尔减运算，使矩圆形面布尔减小的圆柱面生成矩圆孔形面
Main Menu: Preprocessor → Modeling → Operate → Booleans → Subtract → Volumes → 先拾取立方体与半圆柱 → Apply → 再拾取小的圆柱面 → OK
2.6 网格划分
Main Menu: Preprocessor → Meshing → Mesh Tool→ (Size Controls) lines: Set → 拾取顶面的三条短直边:OK → input NDIV: 2 →OK
Main Menu: Preprocessor → Meshing → Mesh → Volume Sweep → Sweep →先拾取半圆柱 → Apply → 再拾取中间的立方体 → Apply → 最后拾取最左边立方体 → OK
2.7 模型施加约束
给左边施加固定约束
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply
→Structural →Displacement → On Areas → 选左边
面 → OK →select 第一行: ALL DOF → 第四行 VALUE
选 0: → OK
给孔内下弧面施加径向的分布载荷
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure → On Areas → (一般要分两次)拾取孔内下弧面→ OK →input VALUE:50 →OK
2.8 分析计算
Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK
2.9 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → select Def + Undeformed →OK →Contour Plot →Nodal Solu…→ select: Stress →1st principal stress → OK
2.10 退出系统
问题3 具有中心孔的薄壁圆筒受均匀拉伸 习题文件名:Cylinder-hole
分析模型如图3-1 所示,薄壁圆筒受均匀拉伸：100Mpa ，
圆筒内半径：100mm, 圆筒外半径：110mm, 圆筒长度:500mm ， 中心孔半径：20mm 3.1 进入ANSYS 程序：
ANSYSED 10.0 → input Initial jobname: Cylinder-hole →OK 3.2设置计算类型：
Main Menu:Preferences→Structural→OK 3.3选择单元类型：
Main Menu: Preprocessor →Element
Type→Add/Edit/Delete→Add →select Solid Brick 8node 185 →OK →Close 3.4定义材料参数：
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural → Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200e3, PRXY:0.3 → OK 3.5生成几何模型 生成薄壁圆筒
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle→ Annulus → 依次输入圆环面的圆心、内径R1、外径R2 →OK 拉伸成三维薄壁圆筒
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate→Extrude→Areas→By XYZ Offset→选择圆环面→Z 偏移量500 → OK 生成竖直圆孔。 先平移工作平面
Utility Menu→WorkPlane→Offset WP by Increments：X,Y, Z Offsets 输入0，0，250 点击Apply 然后旋转工作平面
XY，YZ，ZX Angles 输入0，－90， 0 点击OK。 创建圆柱体
Main Menu：Preprocessor→Create→Cylinder → Solid Cylinder → Radius：20, Depth：120→OK。 通过布尔运算，使三维薄壁圆筒布尔减小圆柱体生成具有中心孔的薄壁圆筒
Main Menu: Preprocessor →Modeling → Operate → Booleans → Subtract →Volumes→ 先拾取三维薄壁圆筒面→ Apply → 再拾小圆柱体 → OK 3.6 网格划分
Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Smart size 4 → Mesh: Shape: Tel, Free →拾取中心孔的薄壁圆筒→ OK 3.7 给薄壁圆筒面施加固定约束
图3-1具有中心孔的薄壁圆筒受均匀拉伸的计算分析模型（截面图）
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Areas → 选左边面 → OK →select 第一行: ALL DOF → 第四行 VALUE 选 0: → OK
给右面施加径向的均匀分布拉伸载荷
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Areas →拾取右面；OK →input VALUE: -100 →OK
3.8 分析计算
Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK
3.9 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape → select Def + Undeformed →OK →Contour Plot →Nodal Solu →select: Stress ,SZ → OK
3.10 显示斜剖面结果
先平移工作平面 （沿z轴平移88mm）
Utility Menu→WorkPlane→ offset WP by Increments：X,Y, Z offsets 输入0，0，88 点击Apply 再旋转工作平面 （例如：绕X轴转-45o）
Utility Menu → WorkPlane→ offset WP by Increments：XY，YZ，ZX Angles输入0，－45， 0 点击OK。
Utility menu → plotctrls → style → hidden line options → type Fo plot：capped hidden → cutting plane workplane is →Working Plane →OK
3.11 抓剖面图
Utility menu → plotctrls → Capture Image
3.12 退出系统：ANSYS Utility Menu: File→ Exit…→ Save Everything→OK
问题4 受热载荷作用的正方形截面的烟囱的建模与温度场求解
1、正方形截面的烟囱如图4-1所示，烟囱由混凝土建造，边长为60cm，通道的边长为20cm，混凝土的导热系数为k=1.4W/(m K)。假定烟囱内表面的温度为100℃，烟囱外表面暴露在空气中，空气的温度为
30℃，换热系数为h=20W/(m2K)。计算烟囱截面内的稳态温度场。
2、由于稳态温度场分布与物体的初始状态无关，那么是否与材料的
导热系数相关？进一步把烟囱的模型做修改，假定烟囱壁由两层材
料构成。内层材料为混凝土，外表面的截面尺寸为30cm х 30cm，
烟囱通道的尺寸不变，仍为20cm х 20cm 。外层材料的导热系数
为k=0.1W/(m K) ，外部表面的截面尺寸不变，内部表面的截面尺
寸为30cm х 30cm 。换热边界条件不变。计算烟囱截面内的稳态
温度场。文件名: t-chimney。
提示：问题简化为平面问题，利用对称性，可以取研究对象1/4进行网格离散。对称边界可以施加热对称约束。长度单位用m。
图4-1双层烟囱的热分析模型第一个工况
4.1 ANSYSED 10.0 →change the working directory into yours →input Initial jobname: t-chimney →OK
4.2设置计算类型
Main Menu: Preferences… →select Thermal → OK
4.3选择单元类型
Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Thermal Solid Quad 4node 55 →OK (back to Element Types window) → Options… →select K3: Plane →OK→Close (the Element Type window)
4.4定义材料参数
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Thermal →Conductivity →Isotropic →input KXX:1.4 → OK → Thermal →Convection or film Coefficient for Material Number 1 → T1:20 → OK
4.5生成几何模型
生成特征点
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入6个点的坐标：input:1(0.1, 0, 0), 2(0.3, 0, 0), 3(0.3, 0.3, 0), 4(0, 0.3, 0), 5(0, 0.1, 0), 6(0.1, 0.1, 0)→OK
生成截面
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS →依次连接6个特征点: 1(0.1, 0, 0), 2(0.3, 0, 0), 3(0.3, 0.3, 0), 4(0, 0.3, 0), 5(0, 0.1, 0), 6(0.1, 0.1, 0)→OK
4.6 网格划分
Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →分别拾取左
边2竖直边:OK→input NDIV: 10 和 5 →Apply→拾取右条竖直边NDIV: 15 →； Set →拾取上直边:OK→input NDIV: 15 →Apply→分别拾取下边的两条横直边:OK →input NDIV: 10 和5 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Free → Mesh → Close( the Mesh Tool window) 4.7 模型施加热约束
分别给两条对称边施加热流量0 (对称边界)的约束
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Thermal → Heat Flux → On Lines → 拾取(对称边)左边, Heat Flux: 0 → Apply → 拾取(对称边)下边，Heat Flux: 0 →OK 给内部边界加已知烟囱内表面的温度为100℃
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Thermal →Temperature →On Lines → 分别拾取内部两边, 选TEMP → TEMP Value:100 →OK
给外部热对流边界加换热系数和外界温度30℃(heat film coefficients with associated ambient temperatures)
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Thermal →Convection → On Lines → 分别拾取外部两边, 输入：Film Coeffecient:20, Bulk Temperature:30 →OK 4.8 分析计算
Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK
4.9 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu… →select: DOF solution, Temperature →OK 4.10 退出系统
第二个工况
4.1 ANSYSED 10.0 →change the working directory into yours →input Initial jobname: t-chimney →OK
4.2设置计算类型
Main Menu: Preferences… →select Thermal → OK 4.3选择单元类型
Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Thermal Solid Quad 4node 55 →OK (back to Element Types window) → Options… →select K3: Plane →OK
4.4定义材料参数
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models(定义内层材料)→Thermal →Conductivity →Isotropic →input KXX:1.4 → OK → Thermal →Convection or film Coefficient for Material Number 1 → T1:20 → OK → (back to Material Models window) → New Model →(定义外层材料) 2 →Thermal →Conductivity → Isotropic →input KXX:0.1 → OK
4.5、生成几何模型
特征点：①(0.1,0,0)，②(0.15,0,0)，③(0.15,0.15,0)，④(0,0.15,0)，⑤(0,0.1,0)，⑥(0.1,0.1,0)，⑦(0.3,0,0)，⑧(0.3,0.3,0)，⑨(0,0.3,0) OK
生成截面
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS →依次连接6个特征点: 1(0.1, 0, 0), 2(0.15, 0, 0), 3(0.15, 0.15, 0), 4(0, 0.15, 0), 5(0, 0.1, 0), 6(0.1, 0.1, 0)→Applay
再依次连接4个特征点: 7, 8, 9, 4, 3, 2→OK
通过布尔Glue运算，使两层烟囱合成整体体
Main Menu: Preprocessor →Modeling → Operate → Booleans → Glue → Areas → 依次拾取两层烟囱 → OK
4.6网格划分
Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls)Element Attributes:选择Areas→Set→拾取内层模型→OK→MAT Material number选择1→OK→Areas Set→拾取外层模型→OK→MAT Material number选择2→OK
lines: Set →分别拾取左外边2竖直边:OK→input NDIV: 15 和5 →Apply→拾取烟囱壁内外层2竖直边：OK→input NDIV: 10和15→Apply；拾取右外竖直边OK→input NDIV: 30 →Apply；Set →分别拾取下边2横直边:OK→input NDIV: 5和15 →Apply ；Set →拾取烟囱壁内外层2横直边:OK→input NDIV: 10和15 →Apply；拾取上边的横直边:OK →input NDIV: 30→OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Free → Mesh → Close( the Mesh Tool window)
4.7 模型施加热约束
分别给两条对称边施加热流量0 (对称边界)的约束
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Thermal → Heat Flux → On Lines → 拾取(对称边)左边, Value: 0 → Apply → 拾取(对称边)下边，Value：0 →OK
给内部边界加已知烟囱内表面的温度为100℃
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Thermal →Temperature →On Lines → 分别拾取内部两边, Value:100 →OK
给外部热对流边界加换热系数和外界温度30℃(heat film coefficients with associated ambient temperatures)
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Thermal →Convection → On Lines → 分别拾取外部两边, 输入：Heat Convection Coeffecient:20, Bulk Temp Value:30 →OK
4.8 分析计算
Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK
4.9 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu… →select: DOF solution, Temperature TEMP →OK
4.10 退出系统
（注：按照如上操作步骤得出的结果为图1所示，我们注意到在4.4定义材料参数时，设置了换热系数为20，在 4.7又设置了换热系数（Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Thermal →Convection → On Lines → 分别拾取外部两边, 输入：Heat Convection Coeffecient:20, Bulk Temp Value:30 →OK），为验证是否重复设置，我们做如下2种尝试，第一种尝试为：在4.4不定义换热系数，而仅在4.7中给定，计算后结果如图2所示，通过与图1比较，未发现差异。第二种尝试，在4.4定义换热系数，而4.7中不予定义，计算结果如图3所示，明显属于不正常结果。）
由此得出结论：某些工作参数（不是材料本身参数）可不在最开始定义，只需在施加约束条件时定义；即使在最开始定义材料参数时给定过，若不在施加约束条件时再次给定，将会出现错误。
图1 图2 图3
问题5 超静定桁架的有限元建模与分析
超静定桁架受水平力107（N）作用，下面三支撑点约束。
材料为普通钢材弹性模量200GPa, 泊松比0.3。计算分析
模型如图5-1 所示。
目的：学习使用空间杆单元，利用各种建模命令高效的创建空间
5.1 进入ANSYS
Initial jobname: truss→OK
5.2设置计算类型
Main Menu: Preferences → 选择：Structural → OK
5.3选择单元类型
Add →select Link 3D 180 →OK
5.4定义材料参数
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.0e11, PRXY:0.3 → OK
5.5定义实常数
Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add…→select Type 1→ OK→input AREA:0.0025→OK →Close (the Real Constants Window)
5.6生成几何模型
生成特征点
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0,0,0)→APPLY→2(1,0,0) →APPLY→3(1,2,0) →APPLY→4(0,2,0) →OK
生成5条线
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Straight lines →依次连接13两个点；24两个点；14两个点；23两个点；34两个点 →OK
通过布尔Partition运算，使所有杆铰链连接
Main Menu: Preprocessor →Modeling → Operate → Booleans →Partition → Lines → Pick All → OK
用COPY命令生成一半桁架
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Copy →Lines →Pick All →OK → 在DY框内填2→OK
用Reflect命令生成桁架
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Reflect →Lines →Pick All →OK→选默认的YZ对称面→OK 用Overlap命令粘合桁架中各杆
Main Menu: Preprocessor →Modeling → Operate → Booleans →Overlap → Lines → Pick All → OK
图5
5.7 网格划分
Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Mesh: lines →Mesh→ Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window)
5.8 设定求解参数
Main Menu: Solution →Analysis Type →New analysis →Static →Sol’n Controls →Analysis Options → Large Displacement →Calculate prestress effects框内打勾→OK
5.9 模型施加约束
分别给模型最底层的三个关键点施加x,y,z方向的约束
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Keypoints →拾取最底层的三个关键点 →OK →select Lab2:UX, UY, UZ→填0值→OK
给左上角特征点施加X方向载荷1E7(N)
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →拾取左上角特征点 →OK →Lab: FX, Value: 1e7 →OK
5.10 分析计算
Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK
5.11 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape → select Def + Undeformed → OK (back to Plot Results window) →Contour Plot → Element Solu → select: Stress → 1st principal stress → OK
5.12 退出系统
ANSYS Utility Menu: File → Exit → Quit, No save → OK
问题 6两端固定T字钢梁受均布载荷作用
计算分析模型如图6-1 所示, 习题文件名: T-beam
注意：用梁单元BEAM188离散，此梁单元可以用I,J,K三点定位。 其中：K点为方向参考点Orientation Nodes（如不用方向参考点，默认梁单元的y轴平行于X-Y 平面。如右图所示）。
q=1e4N/m
表：T字钢梁的横截面积尺寸（单位：mm）
宽度B 高度H 腹板厚t1 翼缘厚t2
200 200 20 20
6.1 进入ANSYS
程序 →ANSYSED 10.0 →change the working directory into yours →input Initial jobname: T type beam →OK
6.2设置计算类型
Main Menu: Preferences →select Structural → OK
6.3选择单元类型
Main Menu: Preprocessor →Element Type → Add/Edit/Delete →Add → select Beam 188 → OK (back to Element Types window) →Close (the Element Type window)
6.4定义材料参数
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200e9, PRXY:0.3 → OK
6.5定义截面
Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sections →定义T钢梁,其横截面积尺寸:ID=1, 其它按照表内数值按m的单位填入 →OK
6.6生成几何模型
生成特征点
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入两个点的坐标：input:1(0,0,0), 2(4,0,0) , 和输入一个参考点的坐标3(1, -1, 0) →OK
生成线
Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Straight lines →依次连接两个特征点，1(0,0,0), 2(4,0,0) →OK
6.7 网格划分
Main Menu: Preprocessor →Meshing → Mesh Attributes → Picked Lines 拾取线→ Pick Orientation Keypoints(s) 打钩 yes → Apply →拾取参考点 → OK → Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set → 拾取梁边: OK→input NDIV:10 → OK →(back to the mesh tool window)Mesh: line →Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)
显示梁体
ANSYS命令菜单栏：PlotCtrls →Style →Size and Style →/ESHAPE →On →OK（请比较不要参考点或者采用3(1, 1, 0) 有什么差别）
6.8 模型施加约束
分别给1,2,特征点加约束
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Keypoints →拾取1,2 keypoints →OK →select All DOF → OK
施加y方向的载荷
Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure → On Beams →Pick All →LKEY:1, VALI:10000， VALJ: 10000→OK
6.9 分析计算
Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK
6.10 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window)→Contour Plot →Element Solu…→ select: Stress → X Component of stress → OK
6.11 退出系统
Utility Menu: File→ Exit →Save Everything→OK
问题 7 自由度耦合过程分析
说明: 考虑一个3D 的3根梁的连接模型，梁123和梁567长度2m，梁24长度3m。每个节点上有6个自由度ux、uy、uz 和rotx、roty、rotz，A 点为固接，B 点为铰链连接。将B 节点的自由度ux、uy、uy 以及rotx、roty 耦合起来, 使rotz 作为变量。在关键点1加位移Uy=1，就模拟了带有销子的夹板的铰链特点。梁截面矩形（10mm ×10mm）。点4和点6处于同一位置，用平面铰链连接，可以绕Z 轴转动。点5为固体端约束。
7.1 进入ANSYS
程序 →ANSYSED 10.0 →change the working directory into yours →input Initial jobname: I type beam →OK 7.2设置计算类型
Main Menu: Preferences →select Structural → OK 7.3选择单元类型
Main Menu: Preprocessor →Element Type → Add/Edit/Delete →Add → select Beam 188 → OK →Close 7.4定义材料参数
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200e9, PRXY:0.3 → OK 7.5定义截面
Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sections →定义矩形梁,其横截面积尺寸:ID=1, 0.01m ×0.01m.
7.6创建关键点1~7， 注意：点4和点6取相同坐标。 7.7创建线。
7.8划分两组梁单元。
7.9在关键点1加位移Uy =1。在关键点5加固定约束。
7.10在关键点4和关键点6处用自由度约束模拟平面铰链，不能限制绕Z 轴转动： 7.11创建耦合关系的菜单路径:
Main Menu: Preprocessor → Coupling / Ceqn → Couple DOFs → 拾取将要耦合的结点（关键点4、6对应），可拉框选取 → OK → 输入耦合设置参考号:1 （默认自由度卷标:UX）→ OK 7.12在零偏移量的一组节点之间生成附加耦合关系:
Main Menu: Preprocessor → Coupling / Ceqn → Gen w/Same Nodes
6
(1) 输入现存耦合设置的参考号. (2) 对每个设置指定新的自由度卷标, 选择自由度卷标: UY, UZ, ROTX, ROTY. (3) OK.
7.13 求解。
7.14 结果显示
Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → select Def + Undeformed →OK 7.15 退出系统
Utility Menu: File→ Exit
问题 8 具有过盈配合的圆环的应力计算
说明：过盈配合时，孔的直径小于轴的直径。装配方法有三种：1、压入法；2、热套法；3、液氮冷缩法。过盈配合用于孔与轴间的紧固连接，不允许两者之间有相对运动。一个完整的孔与轴间的过盈配合属于非线性问题。本题仅假定在圆的内弧边施加沿径向位移时，求材料内的径向应力和环向（周向）应力。
问题描述：材料的弹性模量200GPa, 泊松比0.3。圆环外径200mm, 内径100mm, 厚度50mm。圆环由于对称性，离散（整个模型4分之一）为90度基本扇区。过盈配合通过给环内沿施加径向位移0.5mm表示。在柱坐标下，显示径向应力和环向（周向）应力。
8.1 进入ANSYS程序：
ANSYSED 10.0 → input Initial jobname: Wheel →OK
8.2设置计算类型：
Main Menu:Preferences→Structural→OK
8.3选择单元类型：
Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete → Add → select Solid → Brick 8 node 185 →OK →Close
8.4定义材料参数：
Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural → Linear →Elastic →Isotropic →input EX:200e3, PRXY:0.3 → OK
8.5生成几何模型：建立4分之一圆环
Main Menu: Preprocessor → -Modeling-Create → Volumes → Cylinder → Partial Cylinder → Rad1 = 200, Theta1=0, Rad2 = 100, Theta1=90, Depth = 50 → OK
8.6 网格划分
Main Menu: Preprocessor → Meshing → Mesh: Volume → Hex/Wedge - Sweep → 点下面的Sweep → 拾取圆环体 → OK
8.7 施加位移约束
选圆环的左、右侧面分别施加对称约束边界的约束
Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Displacement → Symmetry B.C. → On Areas （选圆环的左、右侧面） → OK
选圆环的Z方向上、下面，分别施加0位移约束
Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Displacement → On Areas → （Z方向）select: Uz → VALUE 选 0: → OK
8.8 将直角坐标系转为柱坐标系
Utility Menu → WorkPlane → Change Active CS to → Global Cylinderical(注：窗口下方显示Csys =1, Secn=1 表示为：Cylindrical = 1)
8.9对圆环内弧表面施加径向位移，先要转化涉及面上节点，使其坐标与当前坐标系一致（关键指令）Main Menu → Preprocessor → Modeling → Move/Modify → RotateNode → To Active CS →拾取圆环内表面各节点 → OK
8.10对圆环内弧表面施加径向位移0.5mm
Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Structural →Displacement → On Areas → 选圆环内弧表面 → OK → select 第2栏: UX(表示径向) → VALUE 选 0.5: → OK
8.11 求解。
8.12 结果显示
Main Menu →General Postproc → Options for Outp → Rsys → Global cylindric （注：将结果坐标系转为极坐标，则X方向即为径向，Y向即为周向。）
Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu …
8.13 退出系统
Utility Menu: File→ Exit