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关于用ANSYS软件分析杆应力变化的报告
一、问题描述：
悬臂梁杆一端固定，另一端为自由端。
从零时刻开始，给自由度施加随时间变化的应变，以确定不同时刻的应力分布。
载荷变化：
二、用ANSYS进行有限元分析：
1、建立有限单元的材料属性：
将模型设置为实体（solid），并设置为弹性，具体参数见下图：
图一材料属性
图二为面分配单元属性
2、建立实体模型并划分网格：
图三有限元模型
3、施加边界条件并施加集中力载荷：
在杆上，我们通过载荷步来施加集中力载荷，其中分了三步，并且按照问题描述中的载荷变化进行。
第一次输入力为-5e3，并且在载荷步终止时间上设置为5，同时最大子步数为5，即创建了第一个载荷步文件。
第二次同样选择悬臂梁右上端的节点，在弹出对话框中设置压力的Y分量以及输入压力的值为-5e3，在载荷步终止时间上设置为10，最大子步数为5，即创建了第二个载荷步文件。
第三次的与第二步类似，只是输入压力值为-5e4，同时载荷步终止时间为15，最大子步数为5，从而创建第三个载荷步文件。
4、读取载荷步文件，并开始求解：
具体设置如下图四：
图四读取载荷步文件开始求解三、用ANSYS分析应力变化结果：
结果如下图五所示：
图五15秒内求解得到的应力变化分布。
第6例 杆系结构的静力学分析实例—悬臂梁[本例提示] 介绍了利用ANSYS 对杆系结构进行静力学分析的方法、步骤和过程。
6.1 问题描述及解析解图6-1所示为一工字悬臂梁，分析其在集中力P 作用下自由端的变形。
已知梁的材料为10号热轧工字钢，其横截面面积A =14.345 cm 2，截面高度H =100 mm ，惯性矩I xx =245 cm 4。
梁的长度L =1 m ，集中力P =10000 N 。
钢的弹性模量E =2×1011 N/m 2，泊松比μ=0.3。
根据材料力学的知识，该梁自由端的挠度为 38113xx 310803.61024510231100003--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==EI PL f m （6-1） 6.2 分析步骤6.2.1 过滤界面拾取菜单Main Menu →Preferences 。
弹出的图6-2所示的对话框，选中“Structural ”项，单击“Ok ” 按钮。
图 6-1 悬臂梁图 6-2 过滤界面对话框52 ANSYS 在机械工程中的应用25例图 6-3 单元类型对话框 6.2.2 创建单元类型拾取菜单Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete 。
弹出的图6-3所示的对话框，单击“Add ”按钮；弹出的图6-4所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Beam ”，在右侧列表中选“2D elastic 3”， 单击“Ok ” 按钮；返回到图6-3所示的对话框，单击图6-3所示的对话框的“Close ”按钮。
6.2.3 定义实常数拾取菜单Main Menu →Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete 。
在弹出的“Real Constants ”对话框中单击“Add ”按钮，再单击随后弹出的对话框的“Ok ” 按钮，弹出图6-5所示的对话框，在“AREA ”、“IZZ ”、“HEIGHT ”文本框中分别输入、245e-8、0.1，单击“Ok ” 按钮。
ansys 实例分析2实验四 压杆的最优化设计一、问题描述图45所示的空心压杆两端受轴向外载荷P 。
轴的内径为1d ，外径为2d ，支承间距尺寸为l 。
试确定压杆的结构尺寸1d 、2d 和l ，以保证在压杆不产生屈服并且不破坏压杆稳定性条件下，压杆的体积和重量最小。
性条件下，压杆的体积和重量最小。
该问题的分析过程如下：该问题的分析过程如下：压杆为细长直杆，承受轴向压力，会因轴向压力达到临界值时突然弯曲而失去稳定性。
设计压杆，除应使其压力不超过材料的弹性极限外，还必须使其承受的轴向压力小于压杆的临界载荷。
临界载荷。
压杆在机械装置中应用的例子较多，例如在液压机构中当活塞的行程足够大时，会导致活塞杆足够长，这种细长的活塞杆便是压杆。
活塞杆足够长，这种细长的活塞杆便是压杆。
根据欧拉压杆公式，对与两端均为铰支的压杆，其临界载荷为根据欧拉压杆公式，对与两端均为铰支的压杆，其临界载荷为 22c P EJ l p =式中E 为压杆材料的弹性模量；J 为压杆横截面的最小惯性矩，EJ 为抗弯刚度；L 为压杆长度。
为压杆长度。
将欧拉公式推广到端部不同约束的压杆，则上式变为上式变为()22c P EJ l p m = 式中m 为长度折算系数，其值将随压杆两端约束形式的不同而异。
形式的不同而异。
当两端铰支时取当两端铰支时取1m =；一端固定，另一端自由时取2m =；一端固定，一端固定，另一端铰另一端铰支时取0.75m =；两端均固定时，取0.5m =。
由欧拉公式可知，c P 与J 成正比。
合理的设计压杆截面形状，使其材料尽量远离形心图45 压杆机构简图压杆机构简图分布，就能使J 增大而提高压更的抗弯刚度EJ ，增大临界载荷c P 。
所以在相同截面面积的条件下，管状压杆比实心压杆有更大的临界载荷。
条件下，管状压杆比实心压杆有更大的临界载荷。
以管状压杆的内径1d ，外径2d ，长度l 作为设计变量，以其体积或重量作为目标函数，以压杆不产生屈服和不破坏轴向稳定性以及其尺寸约束条件，则管状压杆最优化设计的数学模型为模型为()()()()[]()()()222122111222214422121221min 11max2min 22maxmin maxmin ,,44,0,0,64f d d l d d l P g d d d d d d g d d P EJ J l d d d d d d l l l p a s p p p b m =-=-£--=-£=££££££对圆管：式中,a b 分别为大于1的安全系数；P 为设计给定的外载荷。
第一章前处理第1例 关键点和线的创建实例—正弦曲线FINISH/CLEAR, NOSTART /PREP7K,100,0,0,0CIRCLE,100,1,,,90 CSYS,1KFILL,2,1,4,3,1K,7,1+3.1415926/2,0,0 CSYS,0KFILL,7,1,4,8,1 KGEN,2,7,11,1,,1 LSTR,8,13 LSTR,9,14 LSTR,10,15 LSTR,11,16 LANG,5,6,90,,0 LANG,4,5,90,,0 LANG,3,4,90,,0 LANG,2,3,90,,0BSPLIN,1,17,18,19,20,12 LSEL,U,,,14LDELE,ALL LSEL,ALL KWPAVE,12 CSYS,4LSYMM,X,14NUMMRG,KP,,,,LOWLCOMB,ALL,,0FINISH/CLEAR, NOSTART /PREP7 PI=3.14159 J=0*DO,I,0,PI,PI/10.0 J=J+1 X=IY=SIN(I) I=I+1 K,J,X,Y *ENDDOBSPLIN,1,2,3,4,5,6 BSPLIN,6,7,8,9,10,11 csys,4 KWPAVE,11LSYMM,y,1,2,,,,0 KWPAVE,11LSYMM,x,3,4,,,,1以上程序有意没算到2 为了使用几个命令第2例工作平面的应用实例—相交圆柱体[本例提示]通过相交圆柱体的创建，本例主要介绍了工作平面的使用方法。
通过本例，读者可以了解并掌握工作平面与所创建体的位置、方向的关系，学习工作平面的设置、偏移、旋转和激活为当前坐标系的方法。
FINISH/CLEAR，NOSTART/PREP7CYLIND,0.015,0,0,0.08,0,360CYLIND,0.03,0,0,0.08,0,360/VIEW,1,1,1,1/PNUM,VOLU,1WPOFF,0,0.05,0.03WPROT,0,60CYLIND,0.012,0,0,0.055,0,360CYLIND,0.006,0,0,0.055,0,360VSEL,S,,,2,3,1CM,VV1,VOLUVSEL,INVECM,VV2,VOLUVSEL,ALLVSBV,VV1,VV2BLOCK,-0.002,0.002,-0.013,-0.009，0,0.008WPSTYLE,,,,,,1CSYS,4VGEN,3,1,,,,120VSBV,5,1VSBV,4,2VSBV,1,3WPROT,0,0,90VSBW,ALLVDELE,1,4,3VADD,ALLVPLOT/REPLOT第3例复杂形状实体的创建实例—螺栓[本例提示]在使用ANSYS软件进行结构分析时，建立实体模型是最复杂最难以掌握的一个过程。
ANSYS案例——20例ANSYS经典实例】针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。
结构中各个截面的参数都为：113.010PaE=，746.510mI-=，426.810mA-=，相应的有限元分析模型见图3-20。
在ANSYS平台上，完成相应的力学分析。
图3-19框架结构受一均布力作用图3-20单元划分、节点位移及节点上的外载解答对该问题进行有限元分析的过程如下。
1．基于图形界面的交互式操作(tepbytep)(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名):beam3→Run→OK(2)设置计算类型(3)选择单元类型(4)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preproceor→MaterialProp→MaterialModel→Struc tural→Linear→Elatic→Iotropic:E某:3e11(弹性模量)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口(5)定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYSMainMenu:Preproceor→RealContant…→Add/Edit/Delete→Add→Type1Beam3→OK→RealContantSetNo:1(第1号实常数),Cro-ectionalarea:6.8e-4(梁的横截面积)→OK→Cloe(6)生成几何模型生成节点ANSYSMainMenu:Preproceor→Modeling→Creat→Node→InActiveCS→Nodenumber1→某:0,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber2→某:1.44,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber3→某:0,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber4→某:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYSMainMenu:Preproceor→Modeling→Create→Element→AutoNum bered→ThruNode→选择节点1，2(生成单元1)→apply→选择节点1，3(生成单元2)→apply→选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加某方向的受力ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnNode→选择节点1→apply→Directionofforce:F某→VALUE：3000→OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Preure→OnBeam→选取单元1(节点1和节点2之间)→apply→VALI：4167→VALJ：4167→OK左、右下角节点加约束(8)分析计算(9)结果显示(10)退出系统(11)计算结果的验证与MATLAB支反力计算结果一致。
ANSYS及其工程应用大作业1．如图所示三维实体支架，材料的弹性模量为200GPa，支架由两个圆孔的内表面固定，在支架表面承受1000N/cm2的均匀压力荷载，要求绘制变形后形状，找出模型的应力－应变分布规律，试分析最有可能发生屈服的位置。
（给出命令流清单及相关结果图）2．图示的屋顶桁架的横截面积为21.5in2,由绿枞木构成，弹性模量为1.9×106 lb/in2。
用ansys计算每个结合点的位移、每个杆的应力以及支座处的反作用力，并验证得出的结果。
（给出命令流清单及相关结果图）3．图示为带方孔（边长为120mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）4．如图（a）所示简支吊车梁，梁上有移动荷载以1.0s/m的速度从梁的一端移动到另一端，计算在此过程中吊车梁的位移和应力响应。
其中，梁材料为钢材，弹性模量为2.0×1011Pa，波松比为0.3，密度为7800kg/m3，采用焊接“工”字型组合截面，如图（b）所示，其中W1=150mm，W2=300mm，T1=20mm，T2=10mm。
(a) (b)5．如图所示，一根直的细长悬臂梁，一端固定一端自由。
在自由端施加P=1lb 的载荷。
弹性模量=1.0e4psi，泊松比=0.0；L=100in，H=5in，B=2in；对该悬臂梁做特征值屈曲分析，并进行非线性载荷和变形研究。
研究目标为确定梁发生分支点失稳（标志为侧向的大位移）的临界载荷。
6．请用Ansys中的三维梁单元为下图所示结构的各部分设计横断面尺寸。
要求用空心管。
该结构用于支撑红绿灯，它所承受的风力为80mile/hour,红绿灯灯箱重10kg。
请写一份简要报告，叙述自己的最终设计。
计算分析报告应包括以下部分：A、问题描述及数学建模；B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界条件处理、求解控制）C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判）D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等）ANSYS及其工程应用大作业7．如图所示三维实体支架，材料的弹性模量为200GPa，支架由两个圆孔的内表面固定，在支架表面承受1000N/cm2的均匀压力荷载，要求绘制变形后形状，找出模型的应力－应变分布规律，试分析最有可能发生屈服的位置。
利用ANSYS 软件进行结构分析的实例1. 用ANSYS 软件命令流方式求解桁架结构应用实例一题目：用ANSYS 求解如图所示三杆平面桁架的问题xP 1附录图1已知：各杆的面积为A 1＝32.30e-4m 2, A 2=38.70e-4m 2, A 3=25.80e-4m 2,各杆的弹性模量为E 1=6.9E10N/m 2, E 2=E 3=20.7e10N/m 2 , 横杆与竖杆的长度a=2.54m ，桁架结构所受的载荷为 P1x=111000N, P2x=22200N用ANSYS 求解的命令流：/UNITS,SI ！国际单位制/TITLE,EXP1-2A:TRUSS STRUCTURAL ANASYS/PREP7 ！进入前处理器ET,1, LINK1R,1, 32.3E-4 ! A 1＝32.30e-4m 2R,2, 38.7E-4 ! A 2=38.70e-4m 2R,3, 25.8E-4 ! A 3=25.80e-4m 2MP,EX,1, 6.9E10 ! E 1=6.9E10N/m 2MP,EX,2, 20.7E10 ! E 2=E 3=20.7e10N/m 2N,1, 2.54, 2.54 ! 节点坐标N,2, 2.54, 0N,3, 0, 0TYPE,1 $ REAL,1 $ MAT,1 ！单元信息E, 2, 3TYPE,1 $ REAL,2 $ MAT,2E, 1, 2TYPE,1 $ REAL,3 $ MAT,2E, 1, 3FINISH/SOLU ！进入求解处理器ANTYE, STATIC！静力分析OUTPR,BASIC,ALLD, 3, ALL, 0 ！进行边界处理D, 2, UY, 0F,1, FX, 111000 ！加入节点载荷F,1, FY, 22200ALLSELSOLVEFINISH/POST1！进入后处理器PRDISP ！显示数据列表（列出变形资料）PLDISP ！显示图形列表（检查变形图）FINISH注：用命令流运行的具体方法是：1．用记事本编辑完命令流，存盘时以*.log为后缀名。
如图1所示一个两端固定的、横截面为正方形的Q235钢杆，设杆的横截面积为1，在中部收到两个集中力F1、F2的作用，以下是用ansys分析过程。
图1 平面问题的计算分析模型1、进入ANSYS2、设置计算类型3、选择单元类型4、定义材料参数5、定义实常数6、生成几何模型Step1 生成1号节点：（x=0,y=0,z=0）Step2生成2号节点：（x=0,y=4,z=0）Step3 生成3号节点：（x=0,y=7,z=0）Step4生成4号节点：（x=0,y=10,z=0）7、直接由节点生成单元Step1生成第一个单元（通过连接第1号节点和第2号节点）Step2在已有的单元下生成新的单元（再重复产生三个单元，每次节点号都加1）8、对模型施加约束（包括位移和外力）Step1施加位移约束（对1号和4号节点，各个方向完全约束，节点号起始号为1，终止号为4，节点增量为3）Step2施加节点力（对2号节点，FY=-5000）Step3施加节点力（对3号节点，FY=-1000）图2 模型受力情况9、分析计算10、结果的一般显示a、变形位移的显示图3变形位移显示b、对于线单元按实体效果进行显示（以0.5倍的常数比例）图4对于线单元按实体效果进行显示图c、对计算结果进行云显示图5杆件位移云图11、线型单元内力结果的显示对于线型单元，要计算它的内力，需要按以下步骤进行操作Step1 定义线型单元I节点的轴力Step2 定义线型单元J节点的轴力Step3 画出单元的受力图图6 杆件的轴力情况轴力的计算结果如下：LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0ELEM SMIS11 -3300.02 1700.03 2700.0MINIMUM V ALUESELEM 1V ALUE -3300.0MAXIMUM V ALUESELEM 3V ALUE 2700.0由以上结果清单可以看出，1号单元轴力为-3300，2号单元轴力为1700，3号单元轴力为2700。
用ANSYS进行四连杆机构的有限元分析作者：谭辉日期：08年3月6日分析目的1、利用ANSYS对典型的四连杆机构进行分析，主要包含各点的轨迹分析，例如X和丫方向的位移等。
2、为五连杆和六连杆机构的分析提供可行的分析方法以及原型代码。
问题简述分析主动杆1绕节点1旋转一周时节点4的运动轨迹，杆2和杆3为从动杆, 具体问题见下图：节点4, 5 （重合）5！分析思路1、 根据分析目的，在 ANSYS 选用linkl 单元进行单元建模，主要考虑 是linkl 单元具有X 和丫方向的自由度，可以获得各个节点的位移轨迹。
之后可以用梁单元等实现更高级的分析目的，例如获得杆上的力，位移， 加速度等相关信息。
2、 该模型结构简单，可以利用直接建模方法进行有限元系统建模，主 要命令：N , E 。
3、 利用自由度耦合对重合节点进行建模，例如节点2和节点3、节点4和节点5进行建模，主要命令：cpintf ,利用该命令可以一次性将重合节 点生成自由度耦合。
4、 利用表数组对于杆1 （主动杆）的节点2进行瞬态边界条件的载荷施 力□，分析类型为瞬态分析，主要命令：*dim ，d 等。
5、 生成节点位移的对应变量，从而获得节点 4的随时间的位移曲线， 主要命令：nsol, plvar 等。
符号注释结束上一次的分析！清除数据库，并读取启动配置文件！！设置图形显示的背景颜色！命令流如下行号命令 1 finish2 /clear,start33 /color,pbak, on ,1,5！/units,si设置单位制：国际单位制 ！*afun,deg设置三角函数运算采用度为单位 ！ /prep7！进入前处理模块！et,1,link1设置单元类型： link1 ！ mp,ex,1,2.07e11 设置材料的弹性模量 ！r,1,1 设置单元的实常数，面积为 1 ！ n,1,0,0,0 在（ 0， 0， 0）处建立节点 1 ！ n,2,3,0,0 在（ 3， 0， 0）处建立节点 2 ！ n,3,3,0,0 在（ 3， 0， 0）处建立节点 3，和节 ！ ！点 2 重合n,4,8,7,0 在（ 8， 7， 0）处建立节点 4 ！ n,5,8,7,0 在（ 8， 7， 0）处建立节点 4，和节！ ！点 4 重合n,6,10,0,0在（ 10，0，0）处建立节点 6 ！e,1,2建立单元 1（连接节点 1和 2） ！ e,3,4建立单元 2（连接节点 3和 4） ！ e,5,6建立单元 3（连接节点 5和 6） ！ cpintf,all,1e-3！对于重合节点一次性的建立耦合自 ！ 由度，容差 1e － 3/pnum,node,1 ！显示节点编号 ！/pnum,elem,1 显示单元编号 ！eplot显示单元6 7 8 91011 12 13 14 15 16 17 18 19 202122232425 26 27finish 退出前处理模块！/solu antype,trans time,1deltim,0.01 timint,on,all*dim,node_2_ux,table,100,1,1 *dim,node_2_uy,table,100,1,1 *do,i,1,100,1node_2_ux(i,0,1)=0.01*inode_2_ux(i,1,1)=distnd(1,2)*cos(3.6*i)-distnd(1, 2)node_2_uy(i,0,1)=0.01*inode_2_uy(i,1,1)=distnd(1,2)*sin(3.6*i) *enddod,1,all,0 d,6,all,0d,2,ux,%node_2_ux% d,2,uy,%node_2_uy%数组： node_2_uy28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49进入求解模块！设置分析类型为瞬态分析 ！ 设置分析结束时间为 1 ！设置时间步长为 0.01 ！打开时间积分！ ！设置节点 2的 X 方向的时间－位移 ！的表数据： node_2_ux设置节点 2的 Y 方向的时间－位移 ！的表数据： node_2_uy 进入表数据赋值循环 ！设定节点 2 的 X 方向位移的时间序 ！■ 列：0.01, 0.02, 0.03 ……设定节点 2 的 X 方向的位移序列 ！ 设定节点 2 的 Y 方向位移的时间序 !列：0.01, 0.02, 0.03 ……设定节点 2 的 Y 方向的位移序列 ！结束循环！ ！ 设定节点 1 的所有自由度为 0 ！ 设定节点 6 的所有自由度为 0！ ！将节点 2 的 X 方向的位移赋值为表 ！数组： node_2_ux将节点 2 的 Y 方向的位移赋值为表I !alls outres,all,all solve finish /post26 nsol,2,3,u,x nsol,3,3,u,y nsol,4,4,u,x nsol,5,4,u,y plvar,2,3,4,5 /image,save,tran s_curve,jpg finish /post1 /dscale,1,1 pldisp,2 finish/exit,save选择所有的对象 !计算并输出所有的数据!执行求解! 退出求解模块! ! 进入时间序列后处理模块! 将节点3的X 方向的位移设置为 2 I！#变量将节点3的Y 方向的位移设置为 3 ! #变量将节点4的X 方向的位移设置为 4 I! #变量将节点4的Y 方向的位移设置为 5 ! #变量打印2#、3#、4 #和 5#变量随时 I ! 间的变化曲线保存当前的曲线图形到文件： I ° trans_curve.jpg,方便用户看图 退出时间序列后处理模块! ! 进入通用后处理模块! 设置模型变形的显示比例为 1! 显示变形状态!退出通用后处理模块退出并保存数据库5051 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70几点思考1、为什么最终显示的变形和原来的图形完全重合了？答：因为杆1旋转了360度，在最后的载荷步计算完成和就和原来最初的模型重合了，但是可以用an time命令显示动画，就可以看出运动的效果。
