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第一章结构静力分析1．1 结构分析概述结构分析的定义：结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。
结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身等；同时还包括机械零部件，如活塞，传动轴等等。
在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型。
结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。
静力分析---用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。
静力分析包括线性和非线性分析。
而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。
模态分析---用于计算结构的固有频率和模态。
谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。
瞬态动力分析---用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。
谱分析---是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。
曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。
ANSYS可进行线性（特征值）和非线性曲屈分析。
显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。
此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的分析应用：●断裂力学●复合材料●疲劳分析●p-Method结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分析，单元型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元。
1．2 结构线性静力分析静力分析的定义静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。
可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷）。
《ANSYS工程分析软件应用实例》第8章轴对称结构的静力分析实例/filname,ch08/title,static analysis of compressor structure/prep7et,1,plane42keyopt,1,3,1 !指定单元行为方式为轴对称mp,ex,1,1.15e5mp,prxy,1,0.30782mp,dens,1,4.48e-9k,1,226,208.8k,2,226,258.7k,3,157,258.7k,4,237.5,220.3k,5,229.2,220.3k,6,237.5,208.8k,7,126,276.7k,8,138,276.7k,9,102.5,263k,10,102.5,248.7k,11,237.5,273.8k,12,237.5,264.1k,13,135,248.7k,14,243.85,273.8k,15,243.85,254.8k,16,229.2,254.8k,17,162.5,264.1!显示编号和改变视角/pnum,kp,1/pnum,line,1/number,2/view,1,,,-1/auto,1lstr,1,2lstr,2,3lstr,1,6lstr,6,4lstr,4,5lstr,5,16lstr,16,15 lstr,15,14lstr,14,11lstr,11,12lstr,12,17lstr,8,7lstr,7,9lstr,9,10lstr,10,13lplotltan,11,8 !创建切线ltan,2,13al,all/pnum,line,0!创建用于切割面的线，对面divide，!以便于划分映射网格k,18,237.5,254.8k,19,229.2,264.1k,20,226,264.1k,21,226,220.3lstr,12,18lstr,16,19lstr,2,20lstr,5,21lstr,17,3lstr,7,13/pnum,kp,0/pnum,line,1asel,s,,,1lsla,u !从选择集中去除截面边界线asbl,1,all,,,keepallsel,allsaveesize,3!线连接concatenatlccat,10,18lccat,19,6lccat,20,29lccat,5,21lccat,22,17type,1mshape,0,2dmshkey,1 !映射网格amesh,alllsel,s,lcca !选择连接生成的线ldele,all !删除连接生成的线!以免对后面的操作有影响allsel,all/pnum,line,0eplotsave/soluantype,staticnsel,s,loc,x,237.5nsels,r,loc,y,220.3,208.8d,all,uxallselnsel,s,loc,y,208.8d,all,uyallseleplotsaveomega,,1191.11 !施加旋转角速度!对轮盘边缘施加集中力nsel,s,loc,x,243.5 !选取轮盘边缘节点*get,no_nodes,node,,count!得到节点数目f,all,fx,628232/no_nodes!对这些节点平均施加载荷allselsavesolvefinish/post1plnsol,u,x,2,1plnsol,u,y,2,1plnsol,s,x,0,1plnsol,s,y,0,1plnsol,s,z,0,1plnsol,s,eqv,0,1finish 1．为什么已经施加了转动角速度，还要施加节点载荷模拟离心惯性力？应该说后面加上去的节点力不是惯性力，而是其他类型的力；2．Plane42单元可以设置单元行为方式为轴对称3．为了便于进行映射网格划分，用divide 命令把面用线分割；4．对于concatenate连接线，网格划分完毕以后，最好删除，以免对后面的操作有影响；5．等效应力分布图与其它应力分布图有何不同？6．学会更加灵活的应用select选择功能；7．创建切线此处用到了ltan命令，还有创建垂线，创建与某条线成一定夹角的线等这些命令也要学习一下；8．载荷的施加是在节点坐标系中进行的，此处为了施加径向和周向载荷将节点坐标系旋转到与整体柱坐标系一致；9．线的修改：线可以延长，但是注意只有为划分网格的线和为依附于面和体的线次阿可以被重新定义；但是ldiv（分段）和lcomb（线合并）lfillt（倒角）命令可以修改未划分网格的线，此线可以依附于面和体，此时面和体也一并被修改；。
第八章轴对称结构的静力分析在工程实践所应用的结构中，有许多结构是可以由一个截面绕某固定轴旋转而生成的，如果这种结构所受的外载荷和边界条件也沿此轴对称，则称此结构为轴对称结构。
在有限元理论中对于此类结构有专门的简化方法，在ANSYS中也可以通过结构的轴对称性简化模型，减少模型规模、缩短计算时间，提高计算效率。
本章所介绍的实例是带有鼓桶的压气机盘结构件，在进行整体分析时，可以通过对模型的简化（比如去除盘上小孔等）将模型简化为符合轴对称性质的结构，从而可以用轴对称方法对压气机盘组件进行整体分析。
8．1 问题描述某型压气机盘鼓结构件如图8.1所示，在整体分析时不对叶片和压气机上的孔建模，将叶片的离心效果作为线分布力施加于轮盘的边缘。
图8.1 压气机盘鼓件图中所标各点坐标如表8.1所示。
表8.1 盘上各关键点坐标点编号 1 2 3 4 5 6 7 8X 226226 157 237.5229.2237.5126 138Y 208.8258.7 258.7 220.3220.3208.8276.7276.7 点编号9 10 11 12 13 14 15 16 17 X 102.5102.5 237.5 237.5135 243.85243.85229.2 162.5Y 263 248.7 273.8 264.1248.7273.8254.8254.8 264.1盘转速为11373转/分，盘材料TC4钛合金，其弹性模量为：1.15×10MPa ，泊松比为0.30782，密度为4.48×10吨/立方毫米。
59−叶片数目为74个，叶片和其安装边总共产生的离心力等效为628232N （沿径向等效），这些力假定其均匀作用于轮盘边缘。
位移约束施加于鼓桶上，在鼓桶的上表面施加径向约束，在鼓桶的侧面施加轴向约束。
8．2 建立模型本实例的模型为一平面模型，其位于总体XY 平面内，为便于划分网格，在建立盘面模型后还需要对其进行适当的切分。
本实例中的应力单位为MPa ，力单位为N ，长度为mm 。
8．2．1 设定分析作业名和标题在进行一个新的有限元分析时，通常需要修改数据库文件名，并在图形输出窗口中定义一个标题用来说明当前进行的工作内容。
另外，对于不同的分析范畴（结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析等）ANSYS6.1所用的主菜单的内容不尽相同，为此我们需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便ANSYS6.1显示出跟其相对应的菜单选项。
（1）选取菜单项Utility Menu | File | Change Jobname ，将弹出Change Jobname （修改文件名）对话框，如图8.2所示。
图8.2 设定分析文件名（2）在Enter new jobname （输入新文件名）文本框中输入文字“CH08”，为本分析实例的数据库文件名。
（3）单击按钮，完成文件名的修改。
（4）选取菜单项Utility Menu | File | Change Title ，将弹出Change Title （修改标题）对话框，如图8.3所示。
图8.3 设定分析标题（5）在Enter new title（输入新标题）文本框中输入文字“static analysis of compressor structure”，为本分析实例的标题名。
（6）单击按钮，完成对标题名的指定。
（7）选取菜单项Utility Menu | Plot | Replot，指定的标题“static analysis of compressor structure”将显示在图形窗口的左下角。
（8）选取菜单项Main Menu | Preference，将弹出Preference of GUI Filtering（菜单过滤参数选择）对话框，选中Structural复选框，单击按钮确定。
8．2．2 定义单元类型在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题的精度要求等，选定适合分析实例的有限元单元。
本例中选用4节点四边形板单元PLANE42，PLANE42可以通过控制单元行为方式的选项设置其为轴对称单元。
（1）选取菜单项Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types（单元类型）对话框，如图8.4所示。
图8.4定义单元类型（2）单击按钮，将弹出Library of Element Types（单元类型库）对话框,如图8.5所示。
图8.5 单元类型库对话框（3）然后在左边的列表框中选择“Solid”，选择实体单元类型。
（4）在右边的列表框中选择“Quad 4node 42”，选择4节点四边形板单元PLANE42。
（5）单击按钮，将PLANE42单元添加，并关闭单元类型库对话框，同时返回到第一步弹出的单元类型对话框，如图8.6所示。
图8.6 单元类型及选项对话框（6）单击按钮，弹出如图8.7所示的PLANE42 element type options（PLANE42单元选项）设置对话框，对PLANE42单元进行设置，使其可用于分析轴对称结构。
图8.7 单元选项设置对话框（7）在Element behavior（单元行为方式）下拉列表选择Axisymmetric（轴对称）选项。
（8）单击按钮，接受选项，关闭单元选项设置对话框，返回到图8.6所示的单元类型对话框。
（9）单击按钮，关闭单元类型对话框，结束单元类型的添加和单元选项的定义。
8．2．3 定义材料属性本例中选用的单元类型不需定义实常数，故略过定义实常数这一步骤而直接定义材料属性。
考虑惯性力的静力分析中需要定义材料的弹性模量和密度。
具体步骤如下：（1）选取菜单项Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，将弹出Define Material Model Behavior（定义材料模型）对话框，如图8.8所示。
图8.8 定义材料属性对话框（2）依次双击Structural | Linear | Elastic | Isotropic，展开材料属性的树形结构。
将弹出1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框，如图8.9所示。
图8.9 线性各向同性材料的弹性模量和泊松比（3）在对话框的EX文本框中输入弹性模量为1.15e5，在PRXY文本框中输入泊松比为0.30782。
（4）单击按钮，关闭对话框，并返回到定义材料属性对话框，在定义材料属性会话框的左边一栏出现刚刚定义的参考号为1的材料属性。
（5）依次双击Structural | Density，弹出定义密度对话框，如图8.10所示。
图8.10 定义密度对话框（6）在DENS文本框中输入密度数值“4.48e-9”，单位为吨/立方毫米。
（7）单击按钮，关闭对话框，并返回到定义材料属性对话框，在定义材料属性会话框的左边一栏参考号为1的材料属性下方出现密度项。
（8）在Define Material Model Behavior对话框中，单击菜单项Material | Exit，或者单击对话框右上角的按钮退出材料模型定义对话框，完成对材料模型的定义。
8．2．4 建立轮盘截面本节将根据给出的点的坐标创建关键点，然后有这些关键点创建出盘面模型，需要注意的是，在轴对称分析中，要求模型必须位于总体XY平面内，而且轴对称结构的对称轴必须为总体Y轴（本例中由于模型是根据点坐标值创建，通过这些点创立的模型已经满足了这些条件）。
在轴对称分析中总体Y轴表示结构的轴向，X轴表示径向，Z轴表示径向。
（1）单击Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Keypoints | In Active CS，弹出Create Keypoints in Active Coordinate System（在激活坐标系中创建关键点）对话框，如图8.11所示。
图8.11 创建关键点对话框（2）在Keypoint number（关键点编号）文本框中输入1。
（3）在X,Y,Z Location in active CS（关键点在激活坐标系中坐标值）文本框中依次输入关键点1的X，Y坐标值226和208.8。
（4）单击按钮创建关键点1，同时继续创建下一个关键点。
（5）重复2到4步，直到将表8.1中所列出的所有点创建完毕（将表中的点编号作为关键点编号），在创建最后一个关键点17时，单击按钮，关闭创建关键点对话框。
（6）单击菜单Utility Menu | PlotCtrls | Numbering，弹出Plot Numbering Controls（图元编号显示控制）对话框，如图8.12所示。
图8.12图元编号显示控制对话框（7）单击Keypoint numbers（关键点编号）复选框使其选中。
（8）单击Line numbers（线编号）复选框使其选中。
（9）在Numbering shown with（编号显示形式）下拉列表中选择Numbers only（仅显示编号）。
（10）单击按钮，使设置生效。
（11）单击Utility Menu | PlotCtrls | Pan-Zoom-Rotate，弹出Pan-Zoom-Rotate对话框。
（12）单击Pan-Zoom-Rotate对话框上的按钮，改变图形窗口的视角。
（13）单击Pan-Zoom-Rotate对话框上的按钮，使所创建的图形充满图形窗口，如图8.13所示。
图8.13创建的盘面上的关键点（14）单击菜单项Main Menu | Modeling | Create | Lines | Lines | Straight Line，弹出关键点选择对话框，要求选择要创建的直线的两个端点。
（15）用鼠标在图形窗口中点取关键点1和2（或者在选择对话框的输入框中输入“1,2”然后回车），创建出端点为关键点1，2的直线。
（16）同样，依次选取关键点2，3；1，6；6，4；4，5；5，16；16，15；15，14；14，11；11，12；12，17；8，7；7，9；9，10；10，13创建直线（每两个点创建一条线，以分号相隔）。
（17）单击按钮，关闭关键点选择对话框。
（18）单击Utility Menu | Plot | Multi-Plots，在图形窗口显示所有图元，如图8.14所示。
图8.14 创建的线关键点（19）单击Main Menu | Modeling | Create | Lines | Lines | Tangent to Line创建一条与已知线相切的线，弹出线选择对话框，要求选择与将要创建的线相切的线。
