计算机辅助机械设计
实验指导书
目录
实验一桁架的结构有限元静力分析 (19)
实验二三维实体结构的有限元静力分析 (11)
实验三桁架的结构有限元静力分析
一、实验目的
1．掌握有限元分析的基本原理和有限元分析软件的操作及应用。2. 掌握用GUI和命令流方法建立桁架结构的有限元模型，通过静力分析确定结构的应力及变形分布。
二、实验设备和工具
计算机、ANSYS软件
三、实验内容
1．用GUI和命令流的方法建立桁架结构模型；
2．单元类型、材料属性的确定；载荷和约束的施加；分析结果的后处理等。
四、.实验步骤
问题描述
一个有三根杆组成的珩架承受纵向和横向载荷。珩架的重量在最大应力不超过400psi最小化。（因此重量为目标函数。）三根梁的横截面面积和基本尺寸Ｂ在指定范围内变化。
结构的重量初始设计为109.10磅。缺省允差（由程序计算）为初始重量的1%（11磅）。但是，为了便于收敛，一阶方法的优化分析中将目标函数的允差定为2.0。
问题参数
分析中使用如下材料特性：
E=2.1E6psi
RHO=2.85E-4lb/in3(比重)
最大许用应力=400psi
分析中使用如下几何特性：
横截面面积变化范围=1到1000in2(初始值为1000)
基本尺寸B变化范围=400到1000in （初始值为1000）问题简图
第一步：指定文件名
1．选择Utility Menu>File>Change Jobname，打开文件名对话框。
2．输入“truss”为工作文件名。
3．单击OK关闭对话框。
第二步：指定分析题目
1．选择Utility Menu>File>Change Title，打开更改分析题目对话框。
2．输入“Optimization of a Three-Bar Truss”作为分析题目。
3．单击OK关闭对话框。
第三步：定义参数初始值
1．选择Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，打开数值参数对话框。在选择区域中输入下列内容：
B=1000 按ENTER键
A1=1000 按ENTER键
A2=1000 按ENTER键
A3=1000 单击OK。
参数将在菜单中显示出来。
2．在数值参数对话框中单击OK。
第四步：定义单元类型
1．选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，打开单元类型对话框。
2．在单元类型库对话框中单击Add。
3．在左边列中单击Structural Link。
4．在右边列中单击2D Spar 1。
5．在单元参考号区域键入1。
6．在单元类型库对话框中单击OK。
7．在单元类型对话框中单击Close。
第五步：定义实参
1．选择Main Menu>Preprocessor>Real Constants，打开实参对话框。
2．单击Add，打开实参对话框中单元类型。
3．单击OK，打开LINK1实参对话框。
4．在实参序列号区域中键入1。
5．在横截面区域中键入A1。
6．单击Apply。这将确认LINK1的实参并将1000输入实参1的横截面区域。
7．在实参序列号区域键入2。
8．在横截面面积区域键入A2。
9．单击Apply。这将确认LINK1的实参并将1000输入实参1的横截面区域。
10．在实参序列号区域键入3。
11．在横截面面积区域键入A3。
12．在LINK1实参对话框中单击OK。
13．在实参对话框中单击Close。
第六步：定义材料特性
1．选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant->Isotropic，打开各项同性材料特性对话框。
2．在材料号区域中输入1。
3．单击OK打开第二个各项同性材料特性对话框。
4．在杨氏模量对话框输入2.1E6。
5．单击OK并关闭对话框。
第七步：生成结点
1．选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>Nodes>In Active CS，打开在活动坐标系中生成结点对话框。
2．在结点号区域中输入1。
3．在活动坐标域，第一个域中输入-B，第二个域中输入0，第三个输入0。
4．单击Apply。结点1将出现在ANSYS图形窗口。
5．在结点号码域中输入2。
6．在活动坐标域，第一个域中输入0，第二个域中输入0，第三个输入0。
7．单击Apply。结点2将出现在ANSYS图形窗口。
8．在结点号码域中输入3。
9．在活动坐标域，第一个域中输入B，第二个域中输入0，第三个输入0。
10．单击Apply。结点2将出现在ANSYS图形窗口。
11．在结点号码域中输入3。
12．在活动坐标域，第一个域中输入0，第二个域中输入-1000，第三个输入0。
13．单击OK关闭在活动坐标系生成结点对话框。结点4将出现在ANSYS图形窗口中。所有4个结点都出现在ANSYS图形窗口中。
14．打开结点号码。选择菜单Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Window Options打开窗口选项对话框。
15．在结点号码框上单击OFF（将切换为ON）。
16．单击OK关闭对话框。
17．选择菜单Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Windows Options打开窗口对话框。
18．在坐标位置出选取不显示选项。
19．单击OK关闭对话框。
第八步：生成单元
1．选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>Elements>-Auto Numbered->Thru Nodes打开结点对话框的单元项。
2．在图形窗口，拾取结点1和4（按照该顺序）。在选择的结点周围将出现一个小框。
3．在该对话框单击OK关闭对话框。ANSYS图形窗口中1和4结点之间将出现一个线单元1。
4．选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>Elements>
Elem Attributes打开单元特性对话框。
5．在实参序列号中输入2。
