ANSYS14.0-理论解析与工程应用实例

铆钉冲压应力分析课程：ANSYS14.0 理论解析与工程应用实例班级：姓名：学号：日期：目录一．问题描述二．建立模型1设定分析作业名和标题2.定义单元类型3.定义实常数4.定义材料属性5.建立实体模型6.对铆钉划分网络三定义边界条件并求解1. 施加位移边界2. 施加位移载荷并求解四查看结果1 查看变形2 查看应力3 查看截面4 动画显示模态形状5 退出ANSYS五结论六参考文献铆钉冲压应力分析一．问题描述为了考察铆钉在冲压时发生多大的变形，下面对铆钉进行分析。

铆钉圆柱高度为10mm,圆柱外径为6mm,内孔孔径为3 mm,下端球径为15mm,弹性模量为2.06E11，泊松比为0.3，铆钉模型如图应变应力/MPA 应变应力、MPA 0.003 618 0.011 15100.005 1128 0.02 16000.007 1317 0.2 16100.009 1466铆钉材料的应力应变关系二．建立模型1设定分析作业名和标题（1）设定分析作业名。

执行菜单中的File-Change Jobname命令，输入110223101作为数据库文件名，单击“Add”完成修改（2）设定标题。

执行菜单中的File- Change Tile输入110223101作为标题名，单击“OK”完成标题名指定（3）重显示图形。

Plot-Replot指令（4）设置过滤选项。

Preference-Structural-OK完成过滤设置2.定义单元类型在输入窗口输入命令ET,1，SOLID45，完成单元类型定义3.定义实常数本分析选用三维的SOLID45，不需设置实常数4.定义材料属性考虑到应力分析中必须定义材料的弹性模量和泊松比，塑性问题中必须定义材料的应力应变关系，具体操作步骤如下。

（1）定义弹性模量和泊松比。

执行菜单中的Preprocessor-Material Props- Material Model 命令，在弹出的的对话框依次选择Structural-Linear-Elastic-Isotropic 选项，在弹出的对话框输入EX为2.06e11,PRXY为0.3，单击OK 返回（2）在右侧的列表框选Structural-Nonlinear-elastic-multiliner 选项，在弹出的对话框，单击Add Point 增加材料关系点，输入铆钉材料的应力应变关系数据，单击Graph显示材料曲线关系，如图单击OK返回对话框，并关闭对话框5.建立实体模型(1）创建一个球体。

ANSYS14.0理论解析与工程应用实例 机械工业出版社 2013.1出版 作者：张洪才本书是针对现有的ANSYS 图书，实例单一，工程背景不强，重操作，少原理的现状，特以ANSYS14.0为平台撰写的一部理论与工程应用相结合的自学和提高教程。

全面介绍有限元方法、单元、模型的建立、网格划分、加载、求解、后处理、线弹性静力学分析、梁结构分析、壳结构分析、非线性结构分析，屈曲分析，接触分析，装配体分析，阻尼，模态分析，瞬态动力学分析，谐响应分析，谱分析，热分析，断裂力学分析，裂纹扩展模拟和转子动力学等内容。

围绕ANSYS 软件的功能讲解，书中给出了大量具有工程背景的实例。

本书具有以下特点，语言通俗易懂，逻辑严密，深入浅出，理论与软件操作有机结合，让用户不但知道如何操作还让用户明白为什么这样操作。

切实从读者学习和使用的实际出发，安排章节顺序和内容。

图文并茂。

讲述过程中结合大量分析实例，力求易于理解并方便学习和实践过程中的使用。

本书配套光盘提供了实例的视频教程和ANSYS 实例文件。

1 轴承座的静力学分析图8-9 轴承座的位移等效云图 图8-10 轴承座的等效应力云图2梁框架结构分析图9-20 梁框架结构绕Z轴的弯矩云图图9-21 梁框架结构的轴力云图3变厚度壳体结构分析图10-7 变截面壳体X方向的横向剪切力云图图10-8 变截面壳体X方向的弯矩云图4悬臂板的大变形分析图11-46 悬臂板的转动位移云图图11-47 悬臂板X方向的应力云图5钓鱼竿的非线性分析6 压力容器的弹塑性分析图11-58 85%载荷作用时压力容器的等效塑性应变图11-59 弹性应变能密度云图7 循环载荷作用的力学响应分析图11-64 加载110s时悬臂梁的等效塑性应变云图图11-65 加载170s时悬臂梁的等效塑性应变云图图11-66 加载端Y方向的位移与时间的关系图11-67 距固定端0.04m处等效塑性应变与时间的关系7 螺栓的应力松弛分析图11-69 螺栓右端轴向应力与时间的关系 图11-70 螺栓右端轴向蠕变与时间的关系8 超长杆的特征值屈曲分析 9薄壁圆筒的特征值屈曲分析 10 铰接薄壳的后屈曲分析 11过盈装配分析图13-28 轴的过盈装配等效应力云图 图13-29 盘的过盈装配等效应力云图图13-30 接触单元的接触压力云图 图13-31 接触单元的摩擦应力云图12滚压成型分析图13-33 第一个载荷步的等效应力云图图13-34 第40个载荷步的等效应力云图13橡胶圆筒的大变形接触分析图13-50 50.75%位移载荷的接触压力云图图13-51 100%位移载荷的接触压力云图14平面拉弯成型分析图13-59 成型过程中的接触压力云图图13-60 成型后的接触压力云图15圆柱滚子轴承的接触分析图13-62 轴承的位移云图图13-63 轴承的等效应力云图16球体与平面的接触分析图13-67 球-面接触的位移云图图13-68 球-面接触的等效应力云图17橡胶密封圈分析图13-76 第二载荷步的接触压力云图图13-77 第二载荷步的接触摩擦应力云图18螺栓连接有限元分析图13-81 第二载荷步作用后的位移云图图13-82 第二载荷作用后的螺栓位移云图19 轴-支撑结构装配体分析图14-12 轴-支撑结构的位移云图图14-13 轴支撑结构的等效应力云图20 壳体-实体装配体分析图14-15 壳体-实体装配体位移云图图14-16 壳体-实体装配体等效应力云图21 齿轮装配体模态分析图16-10 第1阶模态振型云图 图16-11 第2阶模态振型云图22多材料的复模态分析23 旋转叶片的预应力模态分析 24 破碎锤的瞬态动力学分析图17-19 撞击初始时等效应力云图 图17-20 撞击过程中的等效应力云图25冲击载荷作用悬臂梁的阻尼振动分析图17-31 加载端Y 方向位移与时间关系 图17-32 加载端Y 方向速度与时间关系图17-33 加载端Z方向弯矩与时间关系图17-34 约束端Z方向弯矩与时间关系26滑动摩擦接触分析图17-37 0.5E-3s时刻等效应力云图图17-38 0.05s时刻等效应力云图图17-39 0.5E-3s时刻接触压力云图图17-40 0.05s时刻接触压力云图27 碟片弹簧的谐响应分析图18-12 4077.8激励频率作用时位移响应云图图18-13 4077.8激励频率作用是等效应力响应云图图18-13 加载端Y方向位移与激励频率的关系图18-14 加载端相位角与激励频率的关系28 扭杆的谐响应分析（振型迭代法）图18-18 49号节点转动位移与激励频率的关系图18-19 18号节点转动位移与激励频率的关系29 楔形梁的谐响应分析（振型迭代法）图18-21 38号节点Y方向位移与激励频率关系图18-22 92号节点Y方向位移与激励频率关系30 简支梁的的随机振动分析31 框架结构的单点响应谱分析32 多材料热接触的传热分析33 液-固体相变分析34薄板边裂纹的应力强度因子计算图21-8 裂纹尖端位移云图图21-9 裂纹尖端应力场云图图21-10 裂纹尖端I型应力强度因子计算结果列表图21-11 裂纹尖端II型应力强度因子计算结果列表35冲击载荷作用下的动态应力强度因子计算图21-14 0.2E-4s时刻的等效应力云图图21-15 0.1E-3s时刻的等效应力云图图21-16 0.2E-3s时刻等效应力云图图21-17 0.3E-3s时刻等效应力云图图21-18 A点裂纹尖端等效应力与时间关系图21-19 A点裂纹尖端I型应力强度因子36 三维应力强度因子的计算图21-21 三维裂纹位移云图图21-22 三维裂纹尖端应力场云图图21-23 裂纹尖端I型应力强度因子计算结果列表37界面裂纹能量释放率的计算图21-25 界面裂纹位移云图图21-26 界面裂纹等效应力云图图21-27 A点能量释放率计算结果列表图21-18 B点能量释放率计算结果列表38 热应力作用下的断裂力学分析图21-20 温度场云图图21-21 热应力作用下的裂纹尖端等效应力云图图21-22 热应力作用下I型应力强度因子计算列表图21-23 热应力作用下II型应力强度因子计算列表39 双悬臂梁的裂纹扩展模拟40单盘转子的临界转速分析41转子系统不平衡激励的谐响应分析图23-13 转盘1的Y方向位移与激励频率的关系图23-14 转盘2的Y方向位移与激励频率的关系图23-15 激励频率1Hz时转子系统的轨迹图图23-16 激励频率300Hz时转子系统的轨迹图42转子系统启动时的瞬态动力学分析图23-18 转盘中心的运动轨迹图23-19 轴承1的X反力与时间的关系43冲击载荷作用下的转子系统响应分析。

本章主要讲述：1．空间网格结构设计软件MSTCAD的应用；2．通用有限元分析程序ANSYS的应用及其分析全过程；总体而言，空间结构的分析方法主要有弹性力学分析方法和有限元分析方法，弹性力学原理作为广义的理论基础，其总结的共性结论有利于帮助理解空间结构的力学性能，但其建立的基本方程往往为高阶微分方程，求解较为困难，因此目前的空间结构分析基本上都是采用有限元分析方法通过计算机程序完成，因此掌握一些常用分析设计软件的应用十分必要，本章主要介绍浙江大学空间结构中心研发的空间网格结构设计软件MSTCAD的应用，这个软件作为商业软件，目前可用于网架和网壳的分析设计，简单易学，但还不能进行结构非线性分析；本章的重点在于通用有限元软件ANSYS的介绍，ANSYS的分析功能就相当强大，掌握其应用有利于开展课题研究，本章仅简单介绍其分析过程，使用时可查阅相关文献或查阅程序的帮助文件。

第二节ANSYS8.0软件概述ANSYS是大型通用有限元软件，从1971年的2.0版本到10.0版本，其操作界面到分析功能等各方面都有巨大的改进。

ANSYS功能强大，命令繁多，掌握常用的操作就足够一般用户解决工程中的具体问题，对初学者而言，不可能一下就掌握ANSYS的所有操作功能，且无必要。

对软件的掌握应以能应用于实际工程作为标准，ANSYS不是一个专业，也不是一门理论课程，更不是一种分析方法，而只是一个有限元工具，应强调以应用为出发点，否则就算对ANSYS相当熟悉，其命令记得相当完全，但不能用其解决工程问题也是枉然。

还需注意的是，通过若干例题的考证，ANSYS软件的计算结果逼近于弹性力学的精确解，但学习和应用该软件时，因为单元类型的选定和边界条件的引入需人工干予，所以应养成对计算结果的合理性和可靠性作评价的习惯，以确保结构安全，也便于以后对其它有限元软件的学习和应用。

本节仅就ANSYS的一般情况作一个简单说明，需要强调的是，由于其功能过于强大，学习过程中应注意做笔记的习惯，以便于今后遇到类似问题时查阅，还应该注意查阅ANSYS 自身的帮助系统。

书名：ANSYS14.0工程应用实例与常见问题解答出版社：机械工业出版社作者：张洪才等本书以ANSYS14.0软件为平台，工程实例为载体，详细的讲解了静力学，动力学，材料非线性，接触分析，屈曲分析，断裂力学，复合材料，热-结构分析的步骤和方法。

围绕ANSYS软件的功能讲解，书中给出了18个具有工程背景的实例。

本书具有以下特点，实例工程背景强，理论与软件操作结合紧密，并详细软件使用过程中的常见的问题，能够快速提高读者的工程实例分析能力。

切实从读者学习和使用的实际出发，安排章节顺序和内容。

图文并茂。

讲述过程中结合大量分析实例，力求易于理解并方便学习和实践过程中的使用。

本书配套光盘提供了共18个实例的视频教程和ANSYS实例文件。

下周即可在全国各大实体书店和网上书店购买，定价：691.基于重分网格的密封圈大变形分析图3-28 重分网格前一子步的等效应力云图图3-29 重分网格后的等效应力云图图3-30 求解完毕后的等效应力云图图3-31 求解完毕后的接触压力云图2.超弹密封垫非线性有限元分析图4-29 第一个载荷作用时的等效应力云图图4-30 第一个载荷作用时的接触压力云图图4-31 第二个载荷作用时的等效应力云图图4-32 第二个载荷作用时的接触压力云图图4-33 第三个载荷作用时的等效应力云图 图4-34 第三个载荷作用时的接触压力云图3.金属塑性成型的非线性有限元分析图5-39 11子步时的等效应力云图 图5-40 27子步时的等效应力云图图5-41 成型后的金属等效应力云图 图5-42 成型后的金属等效塑性应变云图图5-43 成型后的金属弹性应变能密度云图 图5-44 成型后的金属塑性应变能密度云图4.功能梯度材料静、动态断裂力学分析图6-19 基体-涂层的整体等效应力云图 图6-20 基体-涂层裂纹处的等效应力云图图6-21 裂纹尖端A 点处的I 型应力强因子图6-22 裂纹尖端A 点处的II 型应力强因子图6-23 裂纹尖端B点处的I型应力强因子图6-24 裂纹尖端B点处的II型应力强因子图6-40 1E-6s时刻的等效应力云图图6-41 1E-5s时刻的等效应力云图图6-42 5E-5s时刻的等效应力云图图6-43 8E-5s时刻的等效应力云图图6-44 A点I型应力强度因子与时间关系图6-45 A点II型应力强度因子与时间关系5.变厚度圆盘的有限元分析图7-22 时间为0.1s时的等效应力云图图7-23 时间为0.2s时的等效应力云图图7-24 时间为0.5s时的等效应力云图图7-25 时间为1s时的等效应力云图6.汽车制动器尖叫的有限元分析图8-24 制动器一阶模态振型图图8-25 制动器二阶模态振型图图8-26 制动器10阶模态振型图图8-27制动器11阶模态振型图7.纤维缠绕复合材料压力容器的可靠性分析图9-22 压力容器的平动位移云图图9-23 压力容器的转动位移云图图9-24 压力容器内胆的等效应力云图图9-25 强化纤维的等效应力云图图9-26 压力容器基体第一层的等效应力图9-27 压力容器基体第四层的等效应力图9-28 压力容器最大应力失效云图图9-29 压力容器Tsai-Wu失效云图8. 梁框架结构的有限元分析图10-17 等效应力云图 图10-18 等效塑性应变云图图10-19 平动位移云图 图10-20 转动位移云图图10-21 MY 弯矩的云图 图10-22 MZ 弯矩的云图9.热障涂层的热应力分析图11-26 时间为588s时刻的温度云图图11-27 时间为588s时刻径向温度与径向距离的关系图11-28 陶瓷层表面的温度与时间的关系图11-29 基体层外表面的温度与时间的关系图11-30 588s时刻的等效蠕变云图图11-31 7784s时刻的等效蠕变云图图11-32 残余等效应力云图图11-33 残余等效塑性应变云图10. 拉伸颈缩有限元分析图12-15 子步为10时的等效应力云图图12-16 子步为20时的等效应力云图图12-17 子步为41时的等效应力图12-18 子步为51时的等效应力图12-19 7166节点Y 方向位移与时间的关系 图12-20 7166节点等效应力与时间的关系 11. 三维复合裂纹的有限元分析图13-20 裂纹尖端区域的位移云图 图13-21 裂纹尖端区域的等效应力云图图13-22 裂纹前缘I 型应力强度因子列表图13-23 裂纹前缘II型应力强度因子列表图13-24 裂纹前缘III型应力强度因子列表12. 印制电路板装配体的动力学分析1.模态求解后处理图14-36 1阶固有频率对应的振型图14-37 2阶固有频率对应的振型图14-38 3阶固有频率对应的振型图14-39 4阶固有频率对应的振型图14-36到图14-39分别给出了前四阶固有频率及其对应的振型云图，由图可知1阶振型为中间完全振动模态，2阶振型为两侧振动模态，3阶振型为前后振动模态，4阶振型为四边振动模态。

输气管道受力分析（ANSYS建模）任务和要求：按照输气管道的尺寸及载荷情况,要求在ANSYS中建模，完成整个静力学分析过程。

求出管壁的静力场分布。

要求完成问题分析、求解步骤、程序代码、结果描述和总结五部分。

所给的参数如下：材料参数：弹性模量E=200Gpa; 泊松比0.26；外径R₁=0.6m；内径R₂=0.4m；壁厚t=0.2m。

输气管体内表面的最大冲击载荷P为1Mpa。

四.问题求解（一）．问题分析由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的端面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，选取管道横截面建立几何模型进行求解。

（二）．求解步骤定义工作文件名选择Utility Menu→File→Chang Jobname 出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname 输入栏中输入工作名LEILIN10074723，并将New log and eror file 设置为YES，单击[OK]按钮关闭对话框定义单元类型1)选择Main Meun→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delte命令，出现Element Type 对话框，单击[Add]按钮，出现Library of Element types对话框。

2）在Library of Element types复选框选择Strctural、Solid、Quad 8node 82,在Element type reference number输入栏中出入1，单击[OK]按钮关闭该对话框。

3. 定义材料性能参数1）单击Main Meun→Preprocessor→Material Props→Material models出现Define Material Behavion 对话框。

选择依次选择Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1对话框。

本章介绍桥梁结构的模拟分析。

桥梁是一种重要的工程结构，精确分析桥梁结构在各种受力方式下的响应有较大的工程价值。

模拟不同类型的桥梁需要不同的建模方法，分析内容包括静力分析、动荷载响应分析、施工过程分析等等。

在本章中着重介绍桁架桥、刚架桥和斜拉桥三种类型桥梁。

内容 提要 第6章 ANSYS 桥梁工程应用实例分析本章重点结构分析具体步骤结构静力分析 桁架结构建模方法 结构模态分析本章典型效果图6.1 引言ANSYS通用有限元软件在土木工程应用分析中可发挥巨大的作用。

我们用它来分析桥梁工程结构,可以很好的模拟各种类型桥梁的受力、施工工况、动荷载的耦合等。

ANSYS程序有丰富的单元库和材料库,几乎可以仿真模拟出任何形式的桥梁。

静力分析中,可以较精确的反应出结构的变形、应力分布、内力情况等；动力分析中,也可精确的表达结构的自振频率、振型、荷载耦合、时程响应等特性。

利用有限元软件对桥梁结构进行全桥模拟分析,可以得出较准确的分析结果。

本章介绍桥梁结构的模拟分析。

作为一种重要的工程结构,桥梁的精确分析具有较大的工程价值。

桥梁的种类繁多,如梁桥、拱桥、钢构桥、悬索桥、斜拉桥等等,不同类型的桥梁可以采用不同的建模方法。

桥梁的分析内容又包括静力分析、施工过程模拟、动荷载响应分析等。

可以看出桥梁的整体分析过程比较复杂。

总体上来说,主要的模拟分析过程如下:(1) 根据计算数据,选择合适的单元和材料,建立准确的桥梁有限元模型。

(2) 施加静力或者动力荷载,选择适当的边界条件。

(3) 根据分析问题的不同,选择合适的求解器进行求解。

(4) 在后处理器中观察计算结果。

(5) 如有需要,调整模型或者荷载条件,重新分析计算。

桥梁的种类和分析内容众多,不同类型桥梁的的分析过程有所不同,分析侧重点也不一样。

在这里仅仅给出大致的分析过程,具体内容还要看具体实例的情况。

6.2 典型桥梁分析模拟过程6.2.1 创建物理环境建立桥梁模型之前必须对工作环境进行一系列的设置。

基于ANSYS14.0对高速旋转光盘的应力分布及应变的分析吴绍民（上海理工大学机械工程学院上海200093）摘要：本文通过ANSYS14.0建立了标准光盘的离心力分析模型，采用有限元方法对高速旋转的光盘引起的应力及其应变进行分析，同时运用经典弹性力学知识来介绍ANSYS14.0中关于平面应力问题分析的基本过程和注意事项。

力求较为真实地反映光盘在光驱中实际应力和应变分布情况，为人们进行合理的标准光盘结构设计和制造工艺提供理论依据。

关键词：ANSYS14.0；光盘；应力；应变Based on the ANSYS14.0 for stress distribution and strainanalysis of high-speed rotating discWU Shao-min(University of Shanghai for Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering,Shanghai200093,China)Abstract: In this paper, the centrifugal force analysis model of standard disc is established through ANSYS14.0. Analysing the stress and strain caused by high speed rotating disc uses the finite element method, and the basic process and the matters needing attention analysis of the plane stress problem on ANSYS14.0 is introduced by the classical knowledge of elasticity, to more truly reflect the actual stress and strain distribution of the disc in the drive. It can provide a theoretical basis for people to carry on a reasonable standard structure design and manufacturing technology.Key words: ANSYS14.0;disc;stress;strain引言光盘业是我国信息化建设中发展迅速的产业之一，认真研究光盘产业的规律和发展趋势，是一件非常迫切的工作。

9内燃机中连接曲轴和活塞的连杆模态分析9.1 实践任务和目的车用内燃机中连接曲轴和活塞的连杆在发动机工作时，往复摆动的频率范围33.3～100r/s ，如果连杆的固有频率在此范围内会出现共振使得连杆断裂造成事故，连杆的尺寸如图9.1所示，质量密度为7800kg/m 3，泊松比为0.3，弹性模量为210GPa ，试对该连杆进行模态分析，并确定其各阶固有频率。

9.2实验环境Ansys14.0及其以上版本软件，win7以上版本操作系统9.3实践准备1）连杆建模在三维设计软件（本书选择的软件为Creo3.0）中根据图9.1所示的连杆尺寸建立三维模型，然后在对称面将连杆分为上下对称的两个部分，删除下面部分保留上面部分，然后将文件另存为igs 格式文件，并将文件命名为rod.igs ，本书将该文件保存在光盘目录test9下面，建立的三维模型如图9.2所示。

图9.1连杆尺寸图9.2连杆对称上部三维模型2）本实验单位量纲确定本实验采用的单位为Kg-mm-s，相应量纲单位换算如下：E=210GPa=210×109N/m2=210×109(kg.m/s2)/m2=2.1×1011(kg /(s2m))=2.1×1011(kg /(s2×103×mm))=2.1×108(kg /(s2mm))；ρ=7800kg/m3=7.8×103kg/(109mm3)=7.8×10-6kg/mm3；9.4实验内容和步骤Step1 改变工作名和工作路径①拾取菜单Utility Menu→File→Change Johname，弹出“Change Jobname”对话框，在“[/FILNAME]”文本框中输入rod，单击“OK”按钮完成工作名设定。

②拾取菜单Utility Menu→File→Change Directory，弹出“浏览文件夹”对话框，在对话框中选中预先建立的工作目录文件“test9”，单击“确定”按钮完成工作路径设置。