有限元分析及应用报告-利用ANSYS软件分析带孔悬臂梁

1 研究目的与问题阐述1.1 基本研究目的(1) 掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。

(2) 熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。

(3) 利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。

(4) 研究不同泊松比对同一位置应力的影响。

1.2 基本问题提出图1.1 模型示意图如图1.1所示，当EX=3.01e6，F=5000N，悬臂梁杆一端固定，另一端为自由端。

当悬臂梁的泊松比u为：0.2、0.25、0.3、0.35、0.4时，确定同一位置的应力分布，得出分布云图。

采用二维模型，3*0.09m。

2 软件知识学习2.1 软件的使用与介绍软件介绍：ANSYS软件是融结构、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。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。

软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

ansys实验报告ANSYS实验报告一、引言ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，它能够模拟和分析各种结构和物理现象。

本实验旨在通过使用ANSYS软件，对一个具体的工程问题进行模拟和分析，以探究其性能和行为。

二、实验目的本次实验的主要目的是通过ANSYS软件对一个简单的悬臂梁进行分析，研究其在不同加载条件下的应力和变形情况，并进一步了解悬臂梁的力学行为。

三、实验步骤1. 准备工作：安装并启动ANSYS软件，并导入悬臂梁的几何模型。

2. 材料定义：选择适当的材料，并设置其力学性质，如弹性模量和泊松比。

3. 约束条件：定义悬臂梁的边界条件，包括支撑点和加载点。

4. 加载条件：施加适当的力或压力到加载点，模拟实际工程中的加载情况。

5. 分析模型：选择适当的分析方法，如静力学分析或模态分析，对悬臂梁进行计算。

6. 结果分析：根据计算结果，分析悬臂梁在不同加载条件下的应力和变形情况，并进行比较和讨论。

四、实验结果经过计算和分析，我们得到了悬臂梁在不同加载条件下的应力和变形情况。

在静力学分析中，我们观察到加载点附近的应力集中现象，并且应力随着加载的增加而增大。

在模态分析中，我们研究了悬臂梁的固有频率和振型，并发现了一些共振现象。

五、讨论与分析根据实验结果，我们可以得出一些结论和讨论。

首先，悬臂梁在加载点附近容易发生应力集中，这可能导致结构的破坏和失效。

因此，在实际工程中，我们需要采取适当的措施来减轻应力集中的影响，如增加结构的刚度或改变加载方式。

其次，悬臂梁的固有频率和振型对结构的稳定性和动态响应有重要影响。

通过模态分析，我们可以确定悬臂梁的主要振动模态，并根据需要进行结构优化。

六、结论通过本次实验，我们成功地使用ANSYS软件对一个悬臂梁进行了模拟和分析。

通过对悬臂梁的应力和变形情况的研究，我们深入了解了悬臂梁的力学行为，并得出了一些有价值的结论和讨论。

在实际工程中，这些研究结果可以为设计和优化结构提供参考和指导。

悬臂梁优化分析班级：姓名：学号：指导老师：目录一、条件分析 (1)二、分析步骤 (1)（一）前处理阶段: (1)（二）求解阶段 (3)（三）后处理阶段 (4)（四）优化阶段 (9)三、优化结果 (13)（一）读取优化结果列表 (13)（二）选择优化结果 (13)（三）代入结果分析 (14)四、整理命令流 (14)参考文献 (17)一、条件分析由题可知：悬臂梁中的平均应力小于MPa 30，且梁的挠度小于1厘米。

而且横截面积约束条件为：cm X cm 2.1651≤≤，cm X cm 2.41202≤≤。

（考虑学号系数），连杆的材料属性为：杨氏模量Pa E 91012.30⨯=,泊松比为0.3。

由于梁的长度一定，若要使梁的重量最小，则要求体积最小，进而可知要求横截面积，所以可确定体积是所求目标，因此可确定：设计变量cm X cm 2.1651≤≤ cm X cm 2.41202≤≤状态变量平均应力MPa 30≤σ 挠度cm 1<δ目标函数体积V二、分析步骤1. 定义工作文件名和工作标题(1) 执行[Utility Menu]\File\change Jobname 。

弹出对话框，输入panjiafeng12，并选择复选框，单击“OK ”按钮。

(2) 执行[Utility Menu]\File\Change Title 。

弹出的对话框，输入panjiafeng12，单击“OK ”按钮。

（一）前处理阶段:1. 初始化设计变量执行[Utility Menu]\File\Parameters\Scalar Parameter,弹出对话框，输入X1=0.1cm ，X2=0.3cm 。

2.定义单元类型，面积，转动惯量执行[Utility Menu]\Preprocessor\Element Type\Add\Edit\Delete 弹出对话框，选择Structural Beam 中的2D elastic 3 单击“OK ”单击“Close ”。

问题描述：悬臂梁承载示意图如图所示，q=1N/mm2,厚度t=1mm,E=2.1E5N/mm2,u=0.3。

受均布载荷作用的悬臂梁有限元分析求解过程：1．定义工作文件名和工作标题1）选择Utility Menu︱File︱Change Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在［/FILNAM］Enter new jobname文本框中输入工作文件名plate，并将New log and error files 设置为Yes，单击OK 按钮关闭该对话框。

2）选择Utility Menu︱File︱Change Title命令，出现Change Title对话框，在[/TITLE]Enter new title文本框中输入plate，单击OK按钮关闭该对话框。

2．定义单元类型1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Element Type︱Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。

在Library of Element Types列表框中选择Solid，4node 42，在Element type reference number文本框中输入1，如图所示，单击OK按钮关闭该对话框。

定义板厚：单机Options...|select K3:Plane Strs w/thk|OK,如图所示。

3．定义材料性能参数1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Material Props︱Material Models命令，出现Define Material Model Behavior对话框。

2）在Material Models Available一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项（如图3.5所示），出现Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框，在EX文本框中输入2.1E5，在PRXY文本框中输入0.3，如图所示，单击OK按钮关闭该对话框。

有限元分析实验报告有限元分析实验报告一、实验基本要求根据实验指导书的要求能够独立的使用ANSYS 软件操作并在计算机上运行，学会判断结果及结构的分析，学会建立机械优化设计的数学模型，合理选用优化方法，独立的解决机械优化设计的实际问题。

二、实验目的1. 加深对机械优化设计方法的理解2. 掌握几种常用的最优化设计方法3. 能够熟练使用ANSYS 软件操作，培养学生解决案例的能力4. 培养学生灵活运用优化设计方法解决机械工程中的具体实例三、实验软件及设备计算机一台、一种应用软件如ANSYS四、实验内容实验报告例题实训1——衍架的结构静力分析图2-2所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一个方向向下的力F y , 衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。

试计算各杆件的受力。

其他已知参数如下: 弹性模量（也称扬式模量）E=206GPa；泊松比μ=0.3；作用力F y =-1000N；杆件的2横截面积A=0.125m.一、 ANSYS8.0的启动与设置图2-2 衍架结构简图1．启动。

点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。

图2-4 Preference 参数设置对话框2．功能设置。

电击主菜单中的“Preference ”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural ”复选框，点击“OK ”按钮，关闭对话框，如图2-4所示。

本步骤的目的是为了仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。

3．系统单位设置。

由于ANSYS 软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。

在命令输入栏中键入“/UNITS，SI ”，然后回车即可。

（注：SI 表示国际公制单位）二单元类型，几何特性及材料特性定义1．定义单元类型。

2．定义几何特性。

3．定义材料特性。

三衍架分析模型的建立1．生成节点。

ANSYS有限元分析实例假设我们需要分析一个简单的悬臂梁结构，该梁由一个固定端和一个自由端组成。

其几何形状和材料属性如下：梁的长度：L = 1000mm梁的宽度：W = 20mm梁的高度：H = 10mm梁的材料：钢材材料的弹性模量：E=210GPa材料的泊松比：υ=0.3在进行有限元分析之前，我们首先需要绘制悬臂梁的几何模型，并划分网格。

对于本例，我们可以使用ANSYS软件的几何建模工具进行绘制和网格划分。

然后，我们需要定义材料属性和加载条件。

在ANSYS中，可以通过分析系统中的属性表来定义材料属性。

在本例中，我们将定义钢材的弹性模量和泊松比。

接下来，我们将定义结构的约束和加载条件。

悬臂梁的固定端不允许位移，因此我们需要将其固定。

我们还需要定义在自由端施加的外部力或力矩。

在建立有限元模型之后，我们需要进行模型网格划分并设置网格精度。

在ANSYS中，可以选择适当的网格划分工具，例如自适应网格划分或手动划分。

完成网格划分后，我们可以应用适当的材料属性和加载条件。

在ANSYS中，可以使用强度分析工具来定义材料属性，并使用负载工具来定义加载条件。

我们可以在加载条件中指定施加在自由端的外部力或力矩。

然后，我们需要选择适当的求解器类型和求解方法。

在ANSYS中，可以选择静态结构分析求解器，并选择适当的求解器设置。

在求解器设置完成后，我们可以运行有限元分析，并获得结构的响应和性能结果。

在ANSYS中，可以查看和分析各个节点和单元的应力、应变、位移等结果。

最后，我们可以通过对结果进行后处理和分析，得出结构的安全性和性能评估。

在ANSYS中，可以使用后处理工具查看节点和单元的应力云图、变形云图、反应力云图等。

综上所述，这是一个使用ANSYS有限元分析进行静态结构分析的简单实例。

通过应用ANSYS软件的建模、网格划分、材料属性定义、加载条件定义、求解器设置、求解分析等步骤，我们可以获得悬臂梁结构在不同加载条件下的响应和性能结果。

悬臂梁自由端受力的有限元计算一、计算目的1、掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。

2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。

3、利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。

4、梁的变形、挠曲线等情况的分析。

5、一维梁单元，二维壳单元，三维实体单元对计算结果的影响。

6、载荷施加在不同的节点上对结果的影响。

二、计算设备PC，ANSYS软件（版本为11.0）三、计算内容悬臂梁受力模型如上图所示，一段长100[mm]的梁，一端固定，另一段受到平行于梁截面的集中力F的作用，F=100[N]。

梁的截面为正方形，边长为10[mm]。

梁所用的材料：弹性模量E=2.0 105[MPa]，泊松比0.3。

四、计算步骤（以梁单元为例）1、分析问题。

分析该物理模型可知，截面边长/梁长度=0.1是一个较小的值，我们可以用梁单元来分析这样的模型。

当然，建立合适的壳单元模型和实体单元模型也是可以的。

故拟采用这三种不同的方式建立模型。

以下主要阐述采用梁单元的模型的计算步骤。

2、建立有限元模型。

a)创建工作文件夹并添加标题；在个人的工作目录下创建一个文件夹，命名为beam，用于保存分析过程中生成的各种文件。

启动ANSYS后，使用菜单“File”——“Change Directory…”将工作目录指向beam 文件夹；使用/FILNAME,BEAM命令将文件名改为BEAM，这样分析过程中生成的文件均以BEAM为前缀。

偏好设定为结构分析，操作如下：GUI: Main Menu > Preferences > Structuralb)选择单元；进入单元类型库，操作如下：GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add…对话框左侧选择Beam选项，在右侧列表中选择2D elastic 3选项，然后单击OK按钮。

ANSYS有限元分析实例1.悬臂梁的结构分析悬臂梁是一种常见的结构，其呈直线形式，一端固定于支撑点，另一端自由悬挂。

在这个分析中，我们将使用ANSYS来确定悬臂梁的最大弯曲应力和挠度。

首先，我们需要创建悬臂梁的几何模型，并给出其材料属性和加载条件。

然后，在ANSYS中创建有限元模型，并进行网格划分。

接下来，进行力学分析，求解材料在给定加载下的应力和位移。

最后，通过对结果的后处理，得出最大弯曲应力和挠度。

2.螺旋桨的流体力学分析螺旋桨是一种能够产生推力的旋转装置，广泛应用于船舶、飞机等交通工具中。

螺旋桨的流体力学分析可以帮助我们确定其叶片的受力情况和推力性能。

在这个分析中，我们需要建立螺旋桨的几何模型，并给出流体的流速和压力条件。

然后，我们在ANSYS中创建螺旋桨的有限元模型，并进行网格划分。

通过求解流体场方程，计算叶片上的压力分布和受力情况。

最后，通过对结果的后处理，得出叶片的受力情况和推力性能。

3.散热片的热传导分析散热片是一种用于散热的装置，广泛应用于电子设备、电脑等领域。

散热片的热传导分析可以帮助我们确定散热片在给定热源条件下的温度分布和散热性能。

在这个分析中，我们需要建立散热片的几何模型，并给出材料的热导率和热源条件。

然后，我们在ANSYS中创建散热片的有限元模型，并进行网格划分。

通过求解热传导方程，计算散热片上各点的温度分布。

最后，通过对结果的后处理，得出散热片的温度分布和散热性能。

以上是三个ANSYS有限元分析的实例，分别涉及结构分析、流体力学分析和热传导分析。

通过这些实例，我们可以充分展示ANSYS在不同领域的应用，并帮助工程师和科研人员解决工程问题，提高设计效率和产品性能。

06 悬臂梁优化算例(ANSYS)在实际工程中，经常遇到需要对结构构件进行截面优化，以充分利用材料并节省造价。

ANSYS软件提供了一些常用的结构优化功能，本算例将以一个受均布荷载的平面悬臂梁为例，介绍实用ANSYS软件对构件进行优化。

知识要点：(1)输出命令流文件(2)Element Table的使用(3)结果的求和，排序(4)设计变量，状态变量，目标变量(5)优化算法(1)首先用ANSYS建立有限元模型，先输入以下控制参数：P=1e6 ! 作用在悬臂梁上的局部荷载L=10 ! 悬臂梁长度T1=1 ! 悬臂梁固定端截面高度T2=1 ! 悬臂梁中点截面高度T3=1 ! 悬臂梁自由端截面高度(2)进入ANSYS主菜单Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete，添加单元类型为Plane 82(3)在ANSYS主菜单Materials Props->Material Models中添加钢材材料属性：Structural->Linear->Elastic->Isotropic，输入弹性模量为200E3，泊松比为0.3(1)下面建立悬臂梁的模型，首先建立关键点信息，在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS，依次输入以下关键点：(4)选择ANSYS主菜单，依次连接关键点1－2，2－3，3－6，6－5，5－4，4－1，5－2(5)选择ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Areas->Aribitrary->By Lines，依次点选直线1，7，5，6和2，3，4，7，生成面模型如图(6)进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing ->Size Cntrls ->ManualSize ->Global->Size，设定单元的最大尺寸为L/50(7)进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing ->Mesh->Areas->Free，对生成的面进行网格划分(8)完成建模后开始添加边界条件，首先进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displacement->On Lines,选中直线6，选择约束所有位移(9)接着进入ANSYS主菜单Solution->Define Loads->Apply->Structural->On Lines，选择直线1和直线2，输入压力大小为P(10)下面进行求解，进入ANSYS主菜单Solution->Solve->Current LS，求解当前工况(11)然后进入后处理进行结果整理，首先进入ANSYS主菜单General Postproc->ListResults->Sorted Listing->Sort Nodes，选择对所有节点的von Mises应力进行排序。

目录基于ANSYS的悬臂梁可靠性分析 (1)1 绪论 (2)1.1 课题研究背景意义 (2)1.2 课题研究的方向 (2)2 数值模拟与有限元法概述 (2)2.1 数值模拟 (2)2.2 有限元法 (3)2.2.1 有限元方法的概述及其优越性 (3)2.2.2 有限元方法的常用术语以及操作步骤 (3)3ANSYS工程应用简介 (4)3.1ANSYS软件简介 (4)3.1.1ANSYS12.0简介及与其他有限元软件的比较 (4)3.1.2ANSYS功能模块 (6)3.2ANSYS 12.0 的改进和新增功能 (7)3.2.1ANSYS Workbench 2.0 (7)3.2.2 几何和网格划分 (7)3.2.3 多物理场 (7)3.2.6 仿真过程及数据管理 (8)3.3 模态分析 (8)3.3.1模态分析的定义 (8)3.3.2模态分析的方法 (8)3.4 ANSYS实体建模与网格划分 (9)3.4.1 建模方法 (9)3.4.2 通常的建模过程应该遵循以下要点 (10)3.4.3 网格划分 (10)3. 5 加载、求解 (12)3.5.1 载荷分类 (12)3.5.2 加载方式 (12)3.5.3 载荷和边界条件的施加 (12)3.5.4 结构可靠度的概念 (13)3.5.5 结构体系可靠度 (13)4 基于ANSYS的可靠性分析 (14)4.1ANSYS概率分析 (14)4.2 在ANSYS中进行结构的可靠性分析 (14)5 基于ANSYS的悬臂梁可靠性分析 (14)5.1 悬臂梁的几何模型： (14)5.2 有限元分析 (15)5.3 悬臂梁的可靠性分析步骤: (15)6 结论 (16)7 结束语 (17)参考文献 (18)致谢 (19)附录 (20)基于ANSYS的悬臂梁可靠性分析摘要：20世纪20年代末,由于某种预应力技术的成功,极大地改善和加强了混凝土结构。

使得近代建筑事业飞速发展，我国掀起了一股建设的潮流。

【干货】基于ANSYS的悬臂梁模态分析1、连续系统的振动实际的振动系统都是连续体，它们具有连续分布的质量与弹性，因而又称连续系统或分布参数系统。

由于确定连续体上无数质点的位置需要无限多个坐标，因此连续体是具有无限多自由度的系统。

连续体的振动要用时间和空间坐标的函数来描述，其运动方程不再像有限多自由度系统那样是二阶常微分方程组，它是偏微分方程。

在物理本质上，连续体系统和多自由度系统没有什么差别，连续体振动的基本概念与分析方法与有限多自由度系统是完全类似的。

2、说明(1) 本章讨论的连续体都假定为线性弹性体，即在弹性范围内服从虎克定律。

(2) 材料均匀连续；各向同性。

(3) 振动满足微振动的前提。

3、梁的弯曲振动动力学方程考虑细长梁的横向弯曲振动梁参数：ρ单位体积梁的质量E弹性模量I截面对中性轴的惯性距S 梁横截面积外部力：m(x,t): 单位长度梁上分布的外力矩f(x,t): 单位长度梁上分布的外力假设：(1) 梁各截面的中心惯性轴在同一平面xoy内(2) 外载荷作用在该平面内(3) 梁在该平面作横向振动（微振）(4) 这时梁的主要变形是弯曲变形(5) 在低频振动时可以忽略剪切变形以及截面绕中性轴转动惯量的影响伯努利－欧拉梁（Bernoulli-Euler Beam）令：y(x,t):距原点x处的截面在t时刻的横向位移微段受力分析力平衡方程：4、悬臂梁的固有频率和模态函数5、两端固定杆的纵向模态分析问题描述：一悬臂梁截面为矩形，如图1所示，几何尺寸及材料特性如下，分析其前三阶固有频率及振型。

GUI操作如下：一、菜单建模分析过程第一步，清除内存准备分析1) 清除内存：选择菜单Utility Menu>File>Clear& Start New，单击OK按钮。

2) 更换工作文件名：选择菜单Utility Menu>File>ChangeJobname，输入vibration of cantilever，单击OK按钮。