计算机辅助设计课程论文
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二Ｏ一Ｏ年六月二Ｏ日
目录
目录 (2)
ANSYS有限元分析 (3)
1 ANSYS软件简介 (3)
2 有限元分析 (4)
2.1凝固铸件的热分析 (4)
2.1.1问题描述 (4)
2.1.2 ANSYS程序 (4)
2.1.3凝固的铸件的热分析结果截图 (12)
2.2磁螺线管驱动器的电磁分析 (14)
2.2.1问题描述 (14)
2.2.2 ANSYS程序 (15)
2.2.3磁螺线管驱动器的电磁分析的结果截图 (20)
2.3角架结构的静态分析 (24)
2.3.1问题描述 (24)
2.3.2 ANSYS程序 (24)
2.3.3角架结构的静态分析的结果截图 (29)
3 实验总结 (31)
ANSYS有限元分析
xxx
（南京xxxxx，南京210044）
摘要： ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，本文利用ANSYS 软件完成了对凝固铸件的热分析，磁螺线管驱动器的电磁分析，以及角架结构的静态分析，加深对ANSYS 有限元分析的认识。
关键词：有限元分析 ANSYS
1 ANSYS软件简介
ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。
ANSYS软件主要特点：
1). 唯一能实现多场及多场耦合分析的软件
2). 唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件
3). 唯一具有多物理场优化功能的FEA软件
4). 唯一具有中文界面的大型通用有限元软件
5). 强大的非线性分析功能
6). 多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置
7).支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用8. 多种自动网格划分技术
8). 良好的用户开发环境
2 有限元分析
2.1凝固铸件的热分析
2.1.1问题描述
2.1.2 ANSYS程序
/BATCH
/COM,ANSYS RELEASE 10.0
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1
/GRA,POWER
/GST,ON
/PLO,INFO,3
/GRO,CURL,ON
/CPLANE,1
/REPLOT,RESIZE
WPSTYLE,,,,,,,,0
/REPLOT,RESIZE
/INPUT,'casting','inp','C:/ProgramFiles/Ansys Inc/v100/ANSYS/data/models' /DIST,1,1.08222638492,1 ！平移距离
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,KXX,1,,0.025 ！指定1号材料的热导率MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,C,1,,0.28 ！指定1号材料的比热容MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,0.54 ！指定1号材料的质量密度MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPTEMP,2,2643
MPTEMP,3,2750
MPTEMP,4,2850
MPDATA,KXX,2,,1.44 ！指定2号材料的热导率MPDATA,KXX,2,,1.54
MPDATA,KXX,2,,1.22
MPDATA,KXX,2,,1.22
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPTEMP,2,2643
MPTEMP,3,2750
MPTEMP,4,2850
MPDATA,ENTH,2,,0 ！指定2号材料的焓MPDATA,ENTH,2,,128.1
MPDATA,ENTH,2,,163.8
MPDATA,ENTH,2,,174.2 MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPTEMP,2,2643
MPTEMP,3,2750
MPTEMP,4,2850
MPDE,KXX,2
MPDATA,KXX,2,,1.44
MPDATA,KXX,2,,1.54
MPDATA,KXX,2,,1.22
MPDATA,KXX,2,,1.22
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPTEMP,2,2643
MPTEMP,3,2750
MPTEMP,4,2850
MPDE,ENTH,2
MPDATA,ENTH,2,,7.8886E-031
MPDATA,ENTH,2,,128.1
MPDATA,ENTH,2,,163.8
MPDATA,ENTH,2,,174.2
SA VE !保存
!*
ET,1,PLANE55 ！定义单元类型1
!*
SA VE
APLOT
SMRT,6
SMRT,5
SMRT,4
MSHAPE,0,2D ！用四边形来给单元划分MSHKEY,0 ！free方式划分网格（缺省值）
!*
CM,_Y,AREA ！定义部件
ASEL, , , , 5 ！选择面作为集合
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA' ！检查前面网格划分的面和体CMSEL,S,_Y ！选择部件或者组合体作为子集
!*
AMESH,_Y1 ！划分面单元网格
!*
CMDELE,_Y ！删除一个部件或者部件组合体定义CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
/REPLOT,RESIZE
TYPE, 1 ！定义单元类型
MA T, 2 ！定义材料号
REAL,
ESYS, 0 ！单元坐标系号
SECNUM, ！截面类型号
!*
APLOT
CM,_Y,AREA
ASEL, , , , 4 ！选择有效面积
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
!*
AMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
/UI,MESH,OFF
/PNUM,KP,1 ！在有限元模块图形中显示点号码
/PNUM,LINE,0 ！在有限元模块图形中不显示线号码
/PNUM,AREA,1 ！在有限元模块图形中显示面积号码
/PNUM,VOLU,0 ！在有限元模块图形中不显示体积号码
/PNUM,NODE,0 ！在有限元模块图形中不显示节点号码
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SV AL,0
/NUMBER,0
!*
/PNUM,MAT,1 ！在有限元模块图形中显示材料号码
/REPLOT
!*
/PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,0
/PNUM,AREA,1
/PNUM,VOLU,0
/PNUM,NODE,0
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SV AL,0
/NUMBER,1
!*
/PNUM,MAT,1
/REPLOT
!*
SA VE
LPLOT
FLST,2,3,4,ORDE,3 ！2表示拾取项作为后面命令的第一个条件，第一个3表示拾取3项，4 表示拾取直线号，第二个2 表示有2项FITEM
FITEM,2,1
FITEM,2,3
FITEM,2,-4 ！负号表示与上面同类，即拾取1，2，3，4四条线
/GO
!*
SFL,P51X,CONV, ,0.014, ,80
SA VE
FINISH
/SOL
!*
ANTYPE,4 ！瞬态分析
!*
TRNOPT,FULL ！指定瞬态分析选项
LUMPM,0
!*
ASEL,S, , , 4 ！选择有效面积
ALLSEL,BELOW,AREA ！选指定项目的直接下属及更低级项目NPLOT ！节点显示
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
FLST,2,95,1,ORDE,6
FITEM,2,5
FITEM,2,-8
FITEM,2,60
FITEM,2,-90
FITEM,2,271
FITEM,2,-330
IC,P51X,TEMP,2875,
NSEL,INVE
NSEL,INVE
NSEL,INVE
NPLOT
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/REPLOT,RESIZE
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/REPLOT,RESIZE
FLST,2,235,1,ORDE,6
FITEM,2,1
FITEM,2,-4
FITEM,2,9
FITEM,2,-59
FITEM,2,91
FITEM,2,-270
IC,P51X,TEMP,80, ！定义温度值
ALLSEL,ALL ！选所有项目及其低级项目
SA VE
!*
TIME,4 ！指定荷载步结束时间
AUTOTS,-1 ！自动时间步长的设置
DELTIM,0.01,0.001,0.25,1
KBC,1 ！指定载荷为阶跃载荷
!*
TSRES,ERASE
!*
OUTRES,ALL,ALL, ！查看3-D 变形形状
SA VE ！保存
/STA TUS,SOLU
SOLVE
/REPLOT,RESIZE
/PNUM,KP,1 ！在有限元模块图形中显示点号码
/PNUM,LINE,0 ！在有限元模块图形中不显示线号码
/PNUM,AREA,1 ！在有限元模块图形中显示面积号码/PNUM,VOLU,0 ！在有限元模块图形中不显示体积号码/PNUM,NODE,1 ！在有限元模块图形中显示节点号码
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SV AL,0
/NUMBER,0
!*
/PNUM,MAT,1
/REPLOT
!*
/REPLOT,RESIZE
/REPLOT,RESIZE
EPLOT
*SET,cntr_pt,node(16,6,0)
/REPLOT,RESIZE
/REPLOT,RESIZE
FINISH
/POST26 ！时间历程后处理
FILE,'file','rth','.'
/UI,COLL,1
NUMV AR,200 ！在时间历程后处理器中定义节点变量的序号SOLU,191,NCMIT ！进入解题处理器
STORE,MERGE
FILLDATA,191,,,,1,1
REALV AR,191,191
!*
NSOL,2,274,TEMP,, center ！节点自由度
STORE,MERGE
PLV AR,2, , , , , , , , , , ！画出要显示的变量（作为纵坐标）
/REPLOT,RESIZE
/REPLOT,RESIZE
FINISH
/POST1
SET,FIRST
/PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,0
/PNUM,AREA,1
/PNUM,VOLU,0
/PNUM,NODE,0
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SV AL,0
/NUMBER,0
!*
/PNUM,MAT,1
!
!*
EPLOT
/REPLOT,RESIZE
/REPLOT,RESIZE
!*
/CV AL,1,2643,2750,3000,0,0,0,0,0 /REPLOT
!*
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
!*
PLNS,TEMP,
ANTIME,30,0.5, ,0,0,0,0
!*
/REPLOT,RESIZE
/REPLOT,RESIZE
!*
PLNS,TEMP,
ANTIME,30,0.5, ,0,0,0,0
!*
FINISH ！完成
! /EXIT,NOSAV
2.1.3凝固的铸件的热分析结果截图
2.2.1问题描述
2.2.2 ANSYS程序
/BATCH
/COM,ANSYS RELEASE 10.0
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1
/GRA,POWER
/GST,ON
/PLO,INFO,3
/GRO,CURL,ON
/CPLANE,1
WPSTYLE,,,,,,,,0
/REPLOT,RESIZE
/INPUT,'solenoid','inp','C:/ProgramFiles/Ansys Inc/v100/ANSYS/data/models' !*
/NOPR
/PMETH,OFF,1
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,0
KEYW,PR_THERM,0
KEYW,PR_FLUID,0
KEYW,PR_ELMAG,1
KEYW,MAGNOD,1
KEYW,MAGEDG,0
KEYW,MAGHFE,0
KEYW,MAGELC,0
KEYW,PR_MULTI,0
KEYW,PR_CFD,0
/GO
!*
/COM,
/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:
/COM, Magnetic-Nodal
!*
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,MURX,1,,1 ！指定1号材料的磁渗透系数
*CSET,1,2, 1,2,
MPCOPY, ,1,2
TBCOPY,ALL,1,2
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDE,MURX,2
MPDATA,MURX,2,,1000 ！指定2号材料的磁渗透参数
*CSET,1,2, 1,3,
MPCOPY, ,1,3
TBCOPY,ALL,1,3
!*
*CSET,1,2, 2,4,
MPCOPY, ,2,4
TBCOPY,ALL,2,4
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDE,MURX,4
MPDATA,MURX,4,,2000 ！指定4号材料的磁渗透参数
MPLIST,ALL,,,EVLT
!*
ET,1,PLANE13 ！定义单元类型
!*
KEYOPT,1,1,0 ！六个自由度，不限制扭转
KEYOPT,1,2,0 ！截面因为轴线拉伸效应被缩放；当大变形开关打开的时候被调用KEYOPT,1,3,1 ！
KEYOPT,1,4,0 ！仅仅输出扭转相关的剪应力
KEYOPT,1,5,0 ！输出截面力、应变、和弯距
!*
FLST,5,4,5,ORDE,4 ！第一个4 表示拾取4项，第二个4 表示有4项FITEM FITEM,5,13
FITEM,5,-14
FITEM,5,17
FITEM,5,-18
CM,_Y,AREA ！定义组元_Y为面积型
ASEL, , , ,P51X ！选择有效面积
CM,_Y1,AREA ！定义组元_Y1为勉记型
CMSEL,S,_Y ！选择组元或者组合体作为子集
!*
CMSEL,S,_Y1
AA TT, 1, , 1, 0, ！将单元属性和选中的、未划分网络的面联系起来CMSEL,S,_Y ！选择组元或者组合体作为子集
CMDELE,_Y ！删除组元_Y
CMDELE,_Y1 ！删除组元_Y1
!*
FLST,5,5,5,ORDE,4
FITEM,5,7
FITEM,5,-9
FITEM,5,11
FITEM,5,-12
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CMSEL,S,_Y
!*
CMSEL,S,_Y1
AA TT, 2, , 1, 0, CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
!*
CM,_Y,AREA
ASEL, , , , 4
CM,_Y1,AREA
CMSEL,S,_Y
!*
CMSEL,S,_Y1
AA TT, 3, , 1, 0, CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
!*
FLST,5,3,5,ORDE,3
FITEM,5,10
FITEM,5,15
FITEM,5,-16
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CMSEL,S,_Y
!*
CMSEL,S,_Y1
AA TT, 4, , 1, 0, CMSEL,S,_Y
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
!*
SA VE
FLST,5,4,4,ORDE,4
FITEM,5,41
FITEM,5,43
FITEM,5,-44
FITEM,5,46
CM,_Y,LINE
LSEL, , , ,P51X
CM,_Y1,LINE
CMSEL,,_Y
!*
LESIZE,_Y1, , ,2, , , , ,1 ！定义单元线号为_Y1,分割为2份，可改变
!*
ESIZE,0.25,0, ！指定线的缺省划分份数
MSHAPE,0,2D ！指定单元形状为四边形
MSHKEY,0 ！指定为自由网格划分方式
!*
FLST,5,13,5,ORDE,3
FITEM,5,4
FITEM,5,7
FITEM,5,-18
CM,_Y,AREA
ASEL, , , ,P51X
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA' ！检查前面网格划分的面
CMSEL,S,_Y ！选择组元或者组合体作为子集
!*
AMESH,_Y1 ！对面划分网格
!*
CMDELE,_Y ！删除组元_Y
CMDELE,_Y1 ！删除组元_Y1
CMDELE,_Y2 ！删除组元_Y2
!*
/PNUM,KP,0 ！在有限元模块图形中不显示点号码
/PNUM,LINE,0 ！在有限元模块图形中不显示线号码
/PNUM,AREA,1 ！在有限元模块图形中显示面积号码
/PNUM,VOLU,0 ！在有限元模块图形中不显示体积号码
/PNUM,NODE,0 ！在有限元模块图形中不显示节点号码
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SV AL,0
/NUMBER,0
!*
/PNUM,MAT,1 ！在有限元模块图形中显示材料号码
/REPLOT
!*
FLST,2,13,5,ORDE,3
FITEM,2,4
FITEM,2,7
FITEM,2,-18
ARSCALE,P51X, , ,0.01,0.01,1, ,0,1 ！将一个面缩放，生成一系列成比例的面SA VE
/UI,MESH,OFF
ESEL,S,MA T,,4 ！选择在本载荷步中将不激活的单元
EPLOT
CM,ARM,ELEM ！定义ARM部件的单元编号
!*
!*
FMAGBC,'ARM'
ALLSEL,ALL ！选择所有元素
EPLOT ！可以看到所有单元
APLOT ！图形显示选中的面
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
FLST,2,1,5,ORDE,1
FITEM,2,4
!*
BFA,P51X,JS, , ,3250000,0
LPLOT
FLST,2,14,4,ORDE,12 ！2表示拾取项作为后面命令的第一个条件，4 表示拾取直线号，12 表示有12项FITEM
FITEM,2,2
FITEM,2,4
FITEM,2,9
FITEM,2,11
FITEM,2,25
FITEM,2,28
FITEM,2,35
FITEM,2,38
FITEM,2,41
FITEM,2,44
FITEM,2,47
FITEM,2,-50
DL,P51X, ,ASYM ！定义线上的反对称DOF约束
SA VE
FINISH
/SOL
MAGSOLV,0,3,0.001, ,25,
FINISH
/POST1
PLF2D,27,0,10,1
!*
!*
FMAGSUM,'ARM'
!*
/VSCALE,1,1,0
!
!*
PLVECT,B, , , ,VECT,ELEM,ON,0
!*
/EFACET,1
PLNSOL, B,SUM, 0
!*
/EXPAND,27,AXIS,,,10
/REPLOT
!*
/VIEW, 1 ,1,1,1 ！定义窗口的观察方向
/ANG, 1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
FINISH
! /EXIT,NOSA
2.2.3磁螺线管驱动器的电磁分析的结果截图
Ansys有限元分析实例[教学] 有限元分析案例:打点喷枪模组(用于手机平板电脑等电子元件粘接)，该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出(喷嘴尺寸,0.007”)。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是:AISI 4140 最高工作频率是160HZ(一个周期中3ms开3ms关)，压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图:
2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建:
3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度:mm 压强: 3Mpa 密度:Ton/M。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性:杨氏模量 2.1E5; 泊松比:0.29; 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果: 5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷:
说明: 约束在顶针底端球面位移全约束; 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论: 当压缩空气压力是8Bar时: 当压缩空气压力是5Bar时:
当压缩空气压力是4Bar时: 结论: 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。
第一章实体建模 第一节基本知识 建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。 一、实体造型简介 1．建立实体模型的两种途径 ①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模： ②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。 2．实体建模的三种方式 (1)自底向上的实体建模 由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。 (2)自顶向下的实体建模 直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。 (3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模 可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。 二、ANSYS的坐标系 ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。 ①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。 ②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。 ③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。 ④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。 1．全局坐标系 全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。总体坐标系是一个绝对的参考系。ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。4种全局坐标系有相同的原点，且遵循右手定则，它们的坐标系识别号分别为：0是笛卡尔坐标系(cartesian)，1是柱坐标系 (Cyliadrical)，2是球坐标系(Spherical)，5是Y-柱坐标系(Y-aylindrical)，如图2-1所示。
有限元分析 一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况 200 100P 20 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 (1)启动ANSYS软件，选择File→Change Jobname命令，弹出如图所示的[Change Jobname]对话框。
(2)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定 (3)选择File→Change Title菜单命令，弹出如图所示的[Change Title]对话框。 (4)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。 1.2定义单位 在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI” 1.3定义单元类型 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出如图所示[Element Types]对话框。 (2)单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的如下所示[Library of Element Types]对话框。
(3)选择左边文本框中的[Solid]选项，右边文本框中的[8node 82]选项，单击确定，。 (4)返回[Element Types]对话框，如下所示 (5)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。 (6)在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，单击确定。 (7)再次回到[Element Types]对话框，单击[close]按钮结束，单元定义完毕。 1.4定义单元常数 (1)在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令，弹出如下所示[Real Constants]对话框。 (2)单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框，选择[Plane82]单
有限元大作业 基于ansys的有限元分析 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 完成日期：
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD 等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。 2D Bracket 问题描述: We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element. 1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm 2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa. 3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge. 4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. The load is 2625 N/m. 5.Objective: a.Plot deformed shape b.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these) c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see how d.principal stress and von Mises stress chang e.
基于ANSYS的有限元分析
有限元大作业 基于ansys的有限元分析
班级： 学号： 姓名： 指导老师： 完成日期： ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机
械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用ANSYS 软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。 2D Bracket 问题描述: We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element. 1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm 2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa. 3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge. 4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. The load is 2625 N/m. 5.Objective: a.Plot deformed shape b.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these) c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see how
有限元大作业 设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析 专业班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成日期: 2016.11.23
单车的设计及ansys模拟分析 一、单车实体设计与建模 1、总体设计 单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。 在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks) Proe》文件》属性》修改
2、车架 车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。 二、单车有限元模型 1、材料的选择 单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。 其属性如下： 弹性模量：）（2 N/m 1090E .6
泊松比：0.33 质量密度：）（2 N/m 32.70E + 抗剪模量：）（2N/m 1060E .2+ 屈服强度：） （2N/m 875E .2+ 2、单车模型的简化 为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。 3、单元体的选择 单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid ）。查资料可以知道3D 实体常用结构实体单元有下表。
1. ANSYS交互界面环境包含交互界面主窗口和信息输出窗口。 2. 通用后处理器提供的图形显示方式有变形图、等值线图、矢量图、粒子轨迹图以及破裂和压碎图。 3. ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场和耦合场分析于一体的有限元分析软件。 4. 启动ANSYS 10.0的程序，进入ANSYS交互界面环境，包含主窗口和输出窗口。 5. ANSYS程序主菜单包含有前处理、求解器、通用后处理、时间历程后处理器等主要处理器，另外还有拓扑优化设计、设计优化、概率设计等专用处理器。 6. 可以图形窗口中的模型进行缩放、移动和视角切换的对话框是图形变换对话框。 7. ANSYS软件默认的视图方位是主视图方向。 8. 在ANSYS中如果不指定工作文件名，则所有文件的文件名均为 file 。 9. ANSYS的工作文件名可以是长度不超过 64 个字符的字符串，必须以字母开头，可以包含字母、数字、下划线、横线等。 10. ANSYS常用的坐标系有总体坐标系、局部坐标系、工作平面、显示坐标系、节点坐标系、单元坐标系和结果坐标系。 11. ANSYS程序提供了4个总体坐标系，分别是：总体直角坐标系，固定内部编号为0；总体柱坐标系，固定内部编号为；总体球坐标系，固定内部编号为2；总体柱坐标系，固定内部编号为5。 12. 局部坐标系的类型分为直角坐标系、柱坐标系、球坐标系和环坐标系。 13. 局部坐标系的编号必须是大于或等于 11 的整数。 14. 选择菜单路径Utility Menu →WorkPlane→Display Working Plane，将在图形窗口显示工作平面。 15. 启动ANSYS进入ANSYS交互界面环境，最初的默认激活坐标系（当前坐标系）总是总体直角坐标系。 16. ANSYS实体建模的思路（方法）有两种，分别是自底向上的实体建模和自顶向下的实际建模。 17. 定义单元属性的操作主要包括定义单元类型、定义实常数和定义材料属性等。 18. 在有限元分析过程中，如单元选择不当，直接影响到计算能否进行和结果的精度。 19. 对于各向同性的线弹性结构材料，其材料属性参数主要有弹性模量和泊松比。
有限元分析基础教程Fundamentals of Finite Element Analysis (ANSYS算例) 曾攀 清华大学 2008-12
有限元分析基础教程曾攀 有限元分析基础教程 Fundamentals of Finite Element Analysis 曾攀 (清华大学) 内容简介 全教程包括两大部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。本书以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建、典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例等一系列规范性方式来描述有限元分析的力学原理、程序编制以及实例应用；给出的典型实例都详细提供有完整的数学推演过程以及ANSYS实现过程。本教程的基本理论阐述简明扼要，重点突出，实例丰富，教程中的二部分内容相互衔接，也可独立使用，适合于具有大学高年级学生程度的人员作为培训教材，也适合于不同程度的读者进行自学；对于希望在MATLAB程序以及ANSYS平台进行建模分析的读者，本教程更值得参考。 本基础教程的读者对象：机械、力学、土木、水利、航空航天等专业的工程技术人员、科研工作者。
目录 [[[[[[\\\\\\ 【ANSYS算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析 1 【ANSYS算例】4.3.2(4) 三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较 3 【ANSYS算例】5.3(8) 平面问题斜支座的处理 6 【ANSYS算例】6.2(2) 受均匀载荷方形板的有限元分析9 【ANSYS算例】6.4.2(1) 8万吨模锻液压机主牌坊的分析(GUI) 15 【ANSYS算例】6.4.2(2) 8万吨模锻液压机主牌坊的参数化建模与分析(命令流) 17 【ANSYS算例】7.2(1) 汽车悬挂系统的振动模态分析(GUI) 20 【ANSYS算例】7.2(2) 汽车悬挂系统的振动模态分析(命令流) 23 【ANSYS算例】7.3(1) 带有张拉的绳索的振动模态分析(GUI) 24 【ANSYS算例】7.3(2) 带有张拉的绳索的振动模态分析(命令流) 27 【ANSYS算例】7.4(1) 机翼模型的振动模态分析(GUI) 28 【ANSYS算例】7.4(2) 机翼模型的振动模态分析(命令流) 30 【ANSYS算例】8.2(1) 2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(GUI) 31 【ANSYS算例】8.2(2) 2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(命令流) 33 【ANSYS算例】8.3(1) 金属材料凝固过程的瞬态传热分析(GUI) 34 【ANSYS算例】8.3(2) 金属材料凝固过程的瞬态传热分析(命令流) 38 【ANSYS算例】8.4(1) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI) 39 【ANSYS算例】8.4(2) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(命令流) 42 【ANSYS算例】9.2(2) 三杆结构塑性卸载后的残余应力计算(命令流) 45 【ANSYS算例】9.3(1) 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI) 46 【ANSYS算例】9.3(2) 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(命令流) 49 附录 B ANSYS软件的基本操作52 B.1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step) 53 B.2 log命令流文件的调入操作(可由GUI环境下生成log文件) 56 B.3 完全的直接命令输入方式操作56 B.4 APDL参数化编程的初步操作57
课程论文 (2015-2016学年第一学期) 有限元理论在软件中的应用与刚度矩阵的求解 学生：张贺
有限元分析案例：打点喷枪模组（用于手机平板电脑等电子元件粘接），该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出（喷嘴尺寸￠0.007”）。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是：AISI 4140 最高工作频率是160HZ（一个周期中3ms开3ms关），压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图： 2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建： 3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度：mm 压强：Mpa 密度：Ton/M3。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性：杨氏模量 2.1E5；泊松比：0.29； 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果：
5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷： 说明：约束在顶针底端球面位移全约束； 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论： 当压缩空气压力是8Bar时：
当压缩空气压力是5Bar时： 当压缩空气压力是4Bar时：
结论： 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。
ansys有限元分析工程实例大作业
辽宁工程技术大学 有限元软件工程实例分析 题目基于ANSYS钢桁架桥的静力分析 专业班级建工研16-1班（结构工程） 学号 471620445 姓名 日期 2017年4月15日
基于ANSYS钢桁架桥的静力分析 摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了有限元建模;对桁架桥进行了静力分析，作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构内力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面。 关键词：ANSYS；钢桁架桥；静力分析；结构分析。 引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其应用计算机和求解软件快速进行力学分析了解其受力特性具有重要的意义。 1、工程简介 某一下承式简支钢桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1，材料属性见表2。桥长32米，桥高5.5米，桥身由8段桁架组成，每个节段4米。该桥梁可以通行卡车，若只考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2，和P3，其中P1=P3=5000N，P2=10000N,见图2,钢桥的形式见图1，其结构简图见图3。
图1钢桥的形式 图2桥梁的简化平面模型（取桥梁的一半）
目录 第一章模型概述 (1) 1.1 模型简介 (1) 1.2 材料特性 (1) 1.3 受力分析 (2) 第二章有限元分析 (3) 2.1 使用软件 (3) 2.2 基础操作准备 (3) 2.3 静力学分析 (4) 2.3.1 约束和受力 (4) 2.3.2 结果分析 (5) 2.4 模态分析 (7) 第三章装配视图展示 (11) 总结 (13)
第一章模型概述 1.1 模型简介 本模型是完成锥齿轮减速机合箱加工工序——镗输出轴轴承孔工序的夹具模型。该夹具是结合锥齿轮减速机加工工序进行设计完成的。采用的是杠杆滑块夹具，原理图如图1.1所示，基本尺寸如图1.2所示。 图1.1 杠杆滑块夹具 图1.2 夹具尺寸 1.2 材料特性 夹具采用材料为45号钢，材料特性如表1所示。 表1 材料特性
1.3 受力分析 当加工夹紧时，气缸的输出压力最大，因此对夹紧状态进行受力分析，因此在夹紧时计算的气缸输出力应满足夹紧条件。该机构夹紧时的受力分析图如图1.3所示： 图1.3 受力分析图 由转矩平衡方程：，将带入算得：气缸的最大动力为：。经过计算，F处的压强为1.05 MPa，W k 处的压强为2.7 MPa。 装配简图如图1.4所示。 图1.4 装配简图
第二章有限元分析 2.1 使用软件 本次课程使用软件是ANSYS WORKBENCH，ANSYS WORKBENCH是美国ANSYS公司开发的一款融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS WORKBENCH和ANSYS MECHANICAL（常称之为ANSYS，或经典界面）都能满足基本有限元分析需求，前者是一个综合设计平台，封装了很多过程和软件，更易上手，后者更注重原理和求解器等等的选择，对结构、力学、有限元等理论知识要求更高。结合模型难易程度，选择使用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对夹紧状态下的夹具进行了静力学分析和模态分析。 2.2 基础操作准备 首先将solidworks所建夹具三维模型导出为x_t格式备用。进入ANSYS WORKBENCH界面，选择静力学分析和模态分析，然后导入模型，并进行所需材料的添加，准备工作做完便可进入模型，如图2.1所示。 图2.1 基本操作1 进入到模型之后，考虑到夹具尺寸和受力情况，需要更改单位，设置为metric （mm，kg，N，s，mA，mV）；通过GEOMETRY对各部分进行材料更改（由于夹具材料为45号钢，ANSYS WORKBENCH默认材料为结构钢，因此此处不
《计算机辅助工程分析》上机报告二 姓名：张俊 学号：200910301225 专业模块：机械设计
方案一： 题目1：如图所示一个厚壁圆筒受到内压力作用，假设圆筒只承受径向压 力，无轴向压力。内径a＝0.25 m，外径b＝0.35 m，压力p＝1.0E7 P a，材料为钢材。 操作步骤： 1、建立工作文件名和工作标题。选择Utility Menu/File/Change Jobname设置工作文件名，选择Utility Menu/File/Change Tile设置工作标题。 2、创建几何模型。选择Main Menu/ Preprocessor/ Modeling/Create/ Partial/A nnulus命令，出现Part Annular Circle对话框。在Rad-1文本框中输入0.125，在Rad-2文本框中输入0.175，在Theta-2文本框中输入90,如图1所示。单击OK关闭对话框，屏幕上将显示如下所示的图2。 图1
图2 3、定义单元类型。选择Main Menu/Proprocessor/Element type/Add/Edit/Delete命令，出现Element types对话框。点击Add，出现Library of Element types对话框，在Library of Element types第一个列表框中选择Structural Solid，第二个列表框中选择Quad 8node 82，在Elementntype reference number文本框中输入1，单击OK，关闭对话框，如图3所示。单击Element Types对话框上的Options按钮，出现PLANE82 Element type options对话框。在Element behavior K3下拉列表框中选择Plane Strain，其余采用默认设置，单击OK关 闭对话框，单击Close关闭Element types对话框，如图4所示。 图3
有限元分析案例：打点喷枪模组（用于手机平板电脑等电子元件粘接），该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出（喷嘴尺寸￠0.007”）。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是：AISI 4140 最高工作频率是160HZ（一个周期中3ms开3ms关），压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图： 2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建： 3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度：mm 压强：Mpa 密度：Ton/M3。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性：杨氏模量 2.1E5；泊松比：0.29； 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果：
5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷： 说明：约束在顶针底端球面位移全约束； 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论： 当压缩空气压力是8Bar时：
当压缩空气压力是5Bar时： 当压缩空气压力是4Bar时：
结论： 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。