实验指导书模版 - 副本

  • 格式:doc
  • 大小:2.55 MB
  • 文档页数:52

《有限元分析》实验指导书机电工程学院材料教研室《有限元分析》实验指导书课程编号:(先留空白,学校将出台课程编码规范)课程名称:有限元分析周数/学分:8/先修课程:《高等数学》、《线性代数》、《材料力学》、《理论力学》适用专业:材料成型与控制工程开课教研室:材料教研室目录一、熟悉ANSYS软件环境二、杆件结构有限元分析三、平面应力问题有限元分析四、平面应变问题有限元分析五、轴对称结构的有限元分析六、立体问题的有限元分析七、板壳问题的有限元分析八、传热问题的有限元分析实验1熟悉ANSYS软件环境一、实验目的:学生自己上机,熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能并对简单的零件进行建模,掌握软件的使用方法。

图1-1建立轴承座模型二、主要仪器及耗材装有Ansys软件的微机一台三、实验内容与步骤1、ANSYS界面介绍ANSYS软件功能非常强大,应用范围很广,并具有友好的图形用户界面(GUI)和优秀和程序架构。

基于Motif标注的GUI主要由主窗口和输出窗口组成。

随着版本的不断升级,ANSYS 界面不断改进,不同版本间的界面存在着较大差别。

下面介绍ANSYS12.0的用户界面。

(1)主窗口ANSYS12.0的主窗口主要由以下5个部分组成。

Utility菜单这些菜单主要通过ANSYS的相关功能组件起作用,比如文件控制、参数选择、图像参数控制及参数输入等。

Input Line(Input Window命令输入窗口)命令输入窗口(也称为命令栏)用于显示程序的提示信息并允许用户直接输入命令,简化分析过程。

工具栏(Toolbar)工具栏主要由按钮组成,这些按钮都是ANSYS中的常用命令。

用户可以根据工作类型定义自己的工具栏以提高分析效率。

主菜单(Main Menu)主菜单包括了ANSYS最主要的功能,分为前处理器(Preprocessor)、求解器(Solution)、通用后处理器(General Postprocessor)、设计优化器(Design Optimizer)。

展开主菜单可以看到非常多的树状建模命令,这也是ANSYS10.0版本和以前版本的一个显著差别。

虽然菜单的外观改变了,但是菜单结构没有变化,这对ANSYS用户平滑升级非常有利。

图形窗口(Graphic Windows)图形窗口用于显示分析过程的图形,实现图形的选取。

在这里可以看到实体建模各个过程的图形并可查看随后分析的结果。

(2)输出窗口(Output Windows)输出窗口用于显示程序的文本信息,即以简单表格形式显示过程数据等信息。

通常,输出窗口被主窗口遮盖,当然,如果需要随时可以将输出窗口拖到前面。

注意:应该在ANSYS分析的各个步骤中随时查看输出窗口中的信息,检验分析过程是否正确,以便及时调整。

通过GUI可以方便地交互式访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料,一步步地完成整个分析,很好地体现出ANSYS的易用性。

同时,ANSYS软件也提供了完整的在线说明和帮助文件,以协助有经验的用户进行高级应用。

在用户界面中,ANSYS软件提供了4种通用的命令输入方式:菜单、对话框、工具栏和直接输入命令。

2、ANSYS分析过程一个典型的ANSYS分析过程包含3个主要步骤,每个主要步骤及其子步骤如下:建立有限元模型在ANSYS中建立有限元模型的过程大致可分为以下3个主要步骤:建立或导入几何模型定义材料属性划分网格建立有限元模型施加载荷并求解在ANSYS中施加载荷及求解的过程大致可以分为以下3个主要步骤:定义约束施加载荷设置分析选项并求解查看分析结果在ANSYS中查看分析结果的过程大致可以分为以下2个主要步骤:查看分析结果检验分析结果(验证结果是否正确)3、ANSYS 的几何建模ANSYS 软件的前处理模块具有比较强的几何建模功能。

通过介绍用ANSYS 软件的几何建模功能建立如图 1-1 所示的轴承座来学习基本的几何建模操作。

由于轴承座具有对称性,先建立二分之一模型,再用镜像的方法得到整个几何模型。

启动 ANSYS 软件之后,图形显示窗口默认的背景颜色是黑色,建议把背景颜色修改成白色。

选择 Utility Menu > PlotCtrls > Styles > Colors > Reverse Video,如图 1-2 所示,把背景颜色改为白色,这时在 Reverse Video 之前出现一个符号“√”。

Reverse Video 对背景进行了反色操作,是一个两选菜单项,重新再选择一次就把背景色改回黑色。

在 Utility Menu > PlotCtrls 菜单下面列出了全部控制图形显示方式的菜单项,之后面会逐步介绍。

在相关操作之前,在主菜单中选择 Preprocessor 进入 ANSYS 软件的前处理模块。

图 1-2 修改背景颜色的菜单项一)创建带圆孔基座的二分之一几何模型先创建一个立方体,在对应通孔的位置上再创建两个与通孔体积相同的圆柱体。

然后进行布尔操作,从立方体中减去两个圆柱体得到带有两个圆形通孔的基座。

1)生成长方体与建立几何模型相关的菜单函数在 Main Menu > Preprocessor > Modeling 菜单项下面列出,如图 1-3 所示。

Preprocessor > Modeling 菜单项下面有包括一些子菜单项,根据功能菜单函数组成不同的子菜单项,主要的有:Create,包括创建几何元素的菜单函数;Operate,包括进行几何元素布尔操作的菜单函数;Move/Modify,包括移动、修改几何元素的菜单函数;Copy,包括复制几何元素的菜单函数;Delete,包括删除几何元素的菜单函数。

图 1-3 几何建模菜单项输入坐标值创建立方体,在 Create 菜单项下面选择:Main Menu > Preprocessor > Create > Volumes > Block > By Dimensions,显示输入坐标值的对话框,如图 1-4所示。

把 Y 方向作为高度方向,输入 x1=0, x2=3, y1=0, y2=1,z1=0,z2=3。

在默认的直角坐标系中创建了一个棱边平行于坐标轴的立方体,其中的一个顶点在坐标原点上,x 方向(屏幕的水平方向)长度为 3,y 方向(屏幕的垂直方向)长度为 1,z 方向(垂直于屏幕方向)的长度为 3,立方体位于坐标轴的正半轴区域中。

在这里要注意,默认直角坐标系的方向,默认的工作平面是与默认直角坐标系重合的,在后续操作中要移动工作平面的位置方向。

在 ANSYS 软件中不设定长度单位,用户自己选择合适的长度单位。

通过操作在图形显示窗口右侧的视图操作工具条可以变换视图来显示立方块。

图 1-4 输入坐标值创建立方体的菜单函数和对话框2)建立与孔的体积相同的圆柱体采用输入半径和高度的方法,在通孔所在的位置创建圆柱体。

由于圆柱体的中心位置与工作平面的原点重合,圆柱体的对称轴与工作平面的 Z 轴重合,需要平移并旋转工作平面。

选择 Utility Menu > WorkPlane > Offset WP by Increments,显示出“Offset WP”对话框。

在对话框中的“X,Y,Z Offsets”编辑框输入坐标原点的沿三个坐标轴的偏移量2.25,1.25,0.75(用逗号分割),点击“Apply”按钮。

把工作平面相对默认直角坐标系做了平行偏移在“XY, YZ, ZX Angles”编辑框输入绕工作平面 Z、 X 和 Y 坐标轴转动的角度 0,-90,点击“OK”按钮。

即绕 Z 轴旋转 0 度,绕 X 轴旋转-90 度,绕 Y 轴旋转 0 度,不输入最后一项数值,ANSYS 软件自动把它当作零值来处理。

在这里要注意绕坐标轴转动角度的正负值的含义。

ANSYS 软件中的坐标轴方向是服从右手法则的,绕 X 轴转动-90 度表示从 Z 轴正向转向 Y 轴正向。

选择 Main Menu > Preprocessor > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder,在图 1-5所示的对话框中输入半径和高度创建实心圆柱体。

在对话框中输入以下参数:WP X=0,WP Y=0,Radius=0.75/2(或 0.375),Depth=-1.5,点击 OK。

得到沿 Z 轴负方向的圆柱体(这样做使得圆柱体与立方体相交)。

复制生成另一个圆柱体。

选择 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > Volumes,在显示图 1-6 的“Copy Volumes”选择框后,拾取圆柱体,点击“Apply”按钮,显示出如图 1-7所示的复制体积元素的对话框。

在图 1-7 所示对话框中的“DZ”选择框输入 1.5(沿整体坐标系 Z 轴正向移动),然后点击“OK”按钮。

在图 1-6 中可以看到整体坐标系的坐标架和工作面坐标系的坐标架,以及创建的立方体和实心圆柱体。

图 1-5 创建实体圆柱的对话框图 1-6 复制体积元素的选择框图 1-7 复制体积元素的对话框3)从长方体中减去两个圆柱体生成通孔接下来对创建出来的三个体积元素进行布尔操作,选择体积元素相减的操作,Main Menu > Preprocessor > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。

在显示第一个选择对话框后,首先拾取被减的长方体,点击“Apply”。

在显示第二个选择对话框后,拾取准备减去的两个圆柱体,点击“OK”按钮。

得到如图 1-8 所示的带两个通孔的基座。

图 1-8 带通孔的基座在创建通孔的时候,我们改变了工作平面的位置和角度,在进行后续操作之前,使工作平面与整体直角坐标系一致,选择:Utility Menu > WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian。

二)创建支撑的下半部分选择 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Block By 2 corners & Z,定义 XY 平面上的两个角点和 Z 方向的深度,创建支撑下半部分对应的立方体。

在图 1-9 所示创建实体块的对话框中输入下列数值: WP X = 0, WP Y = 1, Width = 1.5,Height = 1.75,Depth = 0.75,点击“OK”键。