有限元分析基础教程－ANSYS算例 曾攀
→ OK → Close（关闭材料定义窗口），，见图9-8，观察窗口中的多线性弹塑性模型 (6) 构造模型
生成关键点
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints → In Active CS → Keypoints number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0，0 → Apply → 同样依次输入其他三个关键点（100，0，0）、（100，10，0）与（0，10，0）→ OK
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Arbitrary → Through KPs → 用鼠标依次点击1、2、3、4关键点，生成面单元 (7) 网格划分
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Meshing → Mesher Opts → Mesher Type : Mapped → OK → 2D Shape Key : Quad → OK
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Meshing → size contrls → ManualSize → Lines → Picked Lines → 选择上下两条横边线，Ok → NDIV 设置为20 → Apply → 选择两条竖边线 → Ok → NDIV设置为8 → OK
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Meshing → Mesh → Areas → Target Surf → 点击生成面几何体的位置，显示矩形面被选中 → OK (8) 模型加约束
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →Apply → Structural → Displacement On Lines →选取左侧边线（L4）→ OK → select Lab2: All DOF(施加全部约束) → OK (9)求解设置
ANSYS Main Menu : Solution → Analysis Type → Sol’n Controls → 在Basic标签下设置Analysis Options 为 Large Displacement Satic，Number of substeps: 8, Max no. of substeps :25 Min no. Of substeps:2, Frequency 设置为Write N number of substeps Where N = 10 → OK (10)按照时间步施加循环载荷
ANSYS Main Menu : Solution → Analysis Type → Sol’n Controls → 在Basic标签下设置Time at end of loadstep:1 → OK
ANSYS Main Menu : Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On Nodes → 选择右侧边缘中点（26号节点）→ OK → Lab：Fy，Value：-40 → OK
ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK ANSYS Utility Menu : Plot → Replot
ANSYS Main Menu : Solution → Analysis Type → Sol’n Controls → 在Basic标签下设置Time at end of loadstep: 2 → OK
ANSYS Main Menu : Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On Nodes → 选择右侧边缘中点（26号节点）→ OK→ Lab：Fy，Value：0 → OK
ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK ANSYS Utility Menu : Plot → Replot
ANSYS Main Menu : Solution → Analysis Type → Sol’n Controls → 在Basic标签下设置Time at end of loadstep: 3 → OK
ANSYS Main Menu : Solution → Define Loads → Apply → Structural →Force/Moment → On Nodes → 选择右侧边缘中点（26号节点）→ OK → Lab：Fy，Value：40 → OK
ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK ANSYS Utility Menu : Plot → Replot
ANSYS Main Menu : Solution → Analysis Type → Sol’n Controls → 在Basic标签下设置Time at end of loadstep: 4 → OK
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ANSYS Main Menu : Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On Nodes → 选择右侧边缘中点（26号节点）→ Lab：Fy，Value：0 → OK
ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK ANSYS Utility Menu : Plot → Replot
ANSYS Main Menu : Solution → Analysis Type → Sol’n Controls → 在Basic标签下设置Time at end of loadstep: 5 → OK
ANSYS Main Menu : Solution → Define Loads → Apply → Structural →Force/Moment → On Nodes → 选择右侧边缘中点（26号节点）→ Lab：Fy，Value：-40 → OK
ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK ANSYS Utility Menu : Plot → Replot
ANSYS Main Menu : Solution → Analysis Type → Sol’n Controls → 在Basic标签下设置Time at end of loadstep: 6 → OK
ANSYS Main Menu : Solution → Define Loads → Apply → Structural →Force/Moment → On Nodes → 选择右侧边缘中点（26号节点）→ Lab：Fy，Value：0 → OK
ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK (11) 计算结果
ANSYS Main Menu：General Postproc → Read Results → Last Set
ANSYS Main Menu：General Postproc → Plot Results → Deformed Shape → Def + Undeformed → OK（观察最后变形情况）
ANSYS Main Menu：General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Element solu → Plastic Strain → Equivalent plastic strain → OK（观察累计的等效塑性应变）
ANSYS Main Menu：TimeHist Postpro → 关闭弹出窗口 → Define Variables → Add… → Element Results → OK 在方框中输入2 → OK 在方框中输入4 → OK → 在Item，Comp Data item 中选择 Stress, X-direction SX → OK返回Define Time-History Variables →Add… → Element Results → OK 在方框中输入2 → OK 在方框中输入4 → OK → 在Item，Comp Data item 中选择 Strain-plastic, X-dir’n EPPL X → OK → Close
ANSYS Main Menu：TimeHist Postpro → 关闭弹出窗口→ Settings → Graph → Single Variable No. 输入3 → OK
ANSYS Main Menu：TimeHist Postpro → 关闭弹出窗口→ Graph Variables → Nvar1中输入2 → OK观察观测点P上的应力应变历程(SX)，见图9-9。
ANSYS Utility Menu：File → Exit → Save Everything → OK
【ANSYS算例】9.3(2) 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(命令流)
针对【ANSYS算例】9.3(1)的GUI操作，提供完整的命令流。
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图9-8 多线性弹塑性模型 图9-9观测点P上的应力应变历程(SX)
解答：给出的命令流如下。
!%%%%%%% [ANSYS算例]9_3(2) %%%% begin %%%%%%%% /PREP7 !进入前处理
/PLOPTS,DATE,0 !设置不显示日期和时间 !=====设置几何以及材料参数
FORCE=40 !设置力参数 LTH=100 !设置悬臂梁的长度 THK=10 !设置梁的高度 EXX=20000 !设置弹模 sts1=80 !设置屈服应力
!=====以下为多线性弹塑性模型的应力-应变数据点 stn1=sts1/exx sts2=160 stn2=0.015 sts3=210 stn3=0.03 sts4=280 stn4=0.08 mp,ex,1,EXX mp,nuxy,1,0.3
tb,mkin,1 !设置多线性随动硬化模型 tbtemp,,strain
tbdata,,stn1,stn2,stn3,stn4 !多线性弹塑性模型的应变数据点 tbtemp,,
tbdata,,sts1,sts2,sts3,sts4 !多线性弹塑性模型的应力数据点
TBPLOT, mkin,1 !图形显示多线性弹塑性模型实际输入曲线 !=====设置单元以及几何
ANTYPE,STATIC !设置为静力结构分析
ET,1,PLANE42 !选取单元类型1(平面单元PLANE42) K,1,0,0,0 !生成几何点No.1 K,2,LTH,0,0 !生成几何点No.2 K,3,LTH,THK,0 !生成几何点No.3 K,4,0,THK,0 !生成几何点No.4
A,1,2,3,4 !由4个几何点连成几何面No.1 LESIZE,1, , ,20, , , , ,1 !对线1，画分20段(单元划分前的设置) LESIZE,3, , ,20, , , , ,1 !对线3，画分20段(单元划分前的设置) LESIZE,2, , ,8, , , , ,1 !对线2，画分8段(单元划分前的设置) LESIZE,4, , ,8, , , , ,1 !对线4，画分8段(单元划分前的设置) MSHAPE,0,2D !设置四边形单元 MSHKEY,1 !设置映射划分
AMESH,1 !对面No.1进行网格划分 DL,4, ,ALL, !对几何线4进行完全约束
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FINISH !结束前处理
!=====在求解模块中，按照时间历程施加外力，进行求解 /SOLU !进入求解模块
nlgeom,on !打开几何大变形的开关 outres,all,-10 !每10步存储一次计算结果
nsubst,8,25,2 !每一个步长设置8个子步，最大25步，最小2步 NP=NODE(100,5,0) !获取几何位置为(100,5,0)所对应的节点号码，赋值给NP !以下按照时间步来施加循环载荷
time,1 !时刻1(第1个时间步)
F,NP,FY,-FORCE !在节点NP上施加力FY=-FORCE solve !求解
time,2 !时刻2(第1个时间步) F,NP,FY,0 !在节点NP上施加力FY=0 solve !求解
time,3 !时刻3(第1个时间步)
F,NP,FY, FORCE !在节点NP上施加力FY=FORCE solve !求解
time,4 !时刻4(第1个时间步) F,NP,FY,0 !在节点NP上施加力FY=0 solve !求解
time,5 !时刻5(第1个时间步)
F,NP,FY,- FORCE !在节点NP上施加力FY=-FORCE solve !求解
time,6 !时刻6(第1个时间步) F,NP,FY,0 !在节点NP上施加力FY=0 solve !求解 !=====进入一般的后处理模块
/post1 !进入一般的后处理 set,last !读取最后一步的计算结果 .
PLDISP,2 !图形显示计算结果的变形后与前的形貌 PLESOL,nl,epeq !图形显示累计的等效塑性应变 FINISH !结束后处理 !=====进入时间历程的后处理模块
/post26 !进入时间历程的后处理
KEY= NODE (10,0,0) !获取位置为(10,0,0)的节点编号，并赋值给KEY ELM = ENEARN (KEY) !获取最接近节点为KEY的单元号，并赋值给ELM ESOL,2,ELM,KEY,S,X, !将ELM号单元的KEY号节点的应力SX设置为2号变量 ESOL,3,ELM,KEY,EPPL,X, !将ELM号单元的KEY号节点的弹塑性应变EPPL设置为3号变量 XVAR,3 !将3号变量设置为横坐标
PLVAR,2 !图形显示2号变量随时间变化的曲线 FINISH !结束后处理
!%%%%%%% [ANSYS算例]9_3(2) %%%% end %%%%%%%%
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附录B ANSYS软件的基本操作
下面通过一个简例来展示ANSYS程序的基本操作流程，包括：基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)、log命令流文件的调入操作方式、完全的直接命令输入操作方式、APDL参数化编程的初步操作。
【ANSYS算例】 两端约束杆件的支反力分析
如图B-1 所示，一个两端固定的、横截面为正方形的杆，设杆的横截面积为1，在中部受有两个集中力F1和F2的作用，求两端的支反力R1和R2。模型的有关参数见表B-1，为与文献结果进行比较，这里采用了英制单位。下面基于ANSYS平台，对该平面结构进行整体建模和分析，所使用的文件名：bar。
表B-1模型的有关参数
材料性能
几何参数
载荷
E=30×106psi l=10in，a=7in，b=4in
F1=2F2=1000lb
(a)问题描述 (b) 有限元分析模型
图B-1 平面问题的计算分析模型
建模分析的要点：
X由于结构和受力都处于平面内，可以采用平面模型，在有结构突变及外力作用位置处，都必须划分节点，其他情况下，杆结构不用细化单元
Y在ANSYS环境中，设置分析类型、单元类型，输入材料参数； p根据坐标生成节点，由节点连成单元； q施加位移约束，施加外力，进行计算；
r在后处理中，通过命令，对于线型单元(如杆、梁)按实体效果进行显示； s在后处理中，定义线型单元的节点轴力
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