有限元分析基础教程(ANSYS算例)(曾攀)

由天下分享时间：2024/12/4 17:19:47 加入收藏我要投稿点赞

有限元分析基础教程－ANSYS算例曾攀

B.1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)

(1) 进入ANSYS

程序 → ANSYS → Interactive → change the working directory into yours → input Initial jobname: bar → Run (2) 设置计算类型

ANSYS Main Menu: Preferences… → select Structural → OK (3) 选择单元类型

Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Defined → Element Types, Add → Library of Types: Structural Link, 2D spar 1, Element type reference number [1] → OK (4) 定义材料参数

Preprocessor → Material Props → Material Models → Material Models Available → Structural（双击打开子菜单） → Linear（双击） → Elastic（双击） → Isotropic（双击） → EX [30E6] (弹模) , PRXY[0] (泊松比) → OK → 关闭材料定义菜单（点击菜单的右上角X） (5) 定义实常数

Preprocessor → Real Constants → Add/Edit/Delete → Defined Real Constant-Sets , Add → Choose element type : Type 1 Linl1 → OK → Real Constant Set No.[1] (第1号实常数), AREA [1] (横截面积) → OK → Close (6) 生成几何模型

?? step1 生成第1号节点：(x=0, y=0, z=0)

Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Node number [1], XYZ Location in active CS, [0][0][0] → OK

?? step2 生成第2号节点：(x=0, y=4, z=0)

Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Node number [2], XYZ Location in active CS, [0][4][0] → OK

?? step3 生成第3号节点：(x=0, y=7, z=0)

Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Node number [3], XYZ Location in active CS, [0][7][0] → OK

?? step4 生成第4号节点：(x=0, y=10, z=0)

Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Node number [4], XYZ Location in active CS, [0][10][0] → OK

(7) 直接由节点生成单元

step1生成第一个单元(通过连接第1号节点和第2号节点)

Preprocessor → Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes

→ （弹出选择菜单，点选图中的节点1和节点2（即最下面的两节点）） → OK

step2在已有的单元状况下生成新的单元(再重复产生3个单元，每次的节点号都加1)

Preprocessor → Modeling → Copy → Elements → Auto Numbered → （弹出选择菜单，点击图中的1号单元（这时只有一个单元）） → OK → I TIME[3] , NINC[1] → OK

(8) 对模型施加约束(包括位移和外力)

step1施加位移约束(对1号和4号节点，各个方向完全约束，节点起始号为1，终止号为4，节点号增

量为3)

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Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Structural → Displacement → On Nodes → （弹出选择菜单，点击图中的1，4号节点（即最上和最下端节点）） → OK → Lab2 , All DOF → OK → step2施加节点力(对2节点，FY=-5000)

Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On Nodes → （弹出选择菜单，点击图中的2号节点） → OK → Lab: FY , VALUF:[-500] → OK step3施加节点力(对3节点，FY=-1000)

Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On Nodes → （弹出选择菜单，点击图中的3号节点） → OK → Lab: FY , VALUF:[-1000] → OK (9) 分析计算

Main Menu → Solution → Solve → Current LS → （弹出一个对话框）OK → （求解完成后，弹出一个对话框）Solution is done! Close → （关闭信息文件右上角的X）/ STATUS Command (10) 结果的一般显示 (a)变形位移的显示

ANSYS Main Menu: General Postproc → Plot Results → Deformed Shape… → select Def + Undeformed → OK

(b)对于线单元(如杆、梁)按实体效果进行显示(以0.5倍实常数的比例)

Utility Menu → PlotCtrls → Style → Size and Shape → ESHAPE, [9]ON, SCALE:[0.5] → OK ?? (c)对计算结果进行云图显示(这里对于UY)

Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → DOF Solution, Y-Component of Displacement → OK

?? (d)将所显示的图形存入一个文件中(效果为黑白反相，PNG格式，文件名：bar001.png)，见图B-2及B-3

Utility Menu → PlotCtrls → Hard Copy → To file → [9]Color, [9]PNG, [9]Reverse Video, [9]Portrait, Save to: [bar001.png] → OK

图B-2 棱形杆的位移情况(UY) 图B-3 棱形杆的轴力情况

(11) 线型单元内力结果的显示和打印 (a)内力结果的显示

对于线型单元(如杆，梁)，若要计算和显示它的的内力，需要按照以下步骤进行操作。 ??step1定义线型单元I节点的轴力

Main Menu → General Postproc → Element Table → Define Table → Add → Lab:[bar_I], By sequence num: [SMISC,1] → OK → Close ??step2定义线型单元J节点的轴力

Main Menu → General Postproc → Element Table → Define Table → Add → Lab:[bar_J], By sequence

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num: [SMISC,1] → OK → Close ??step3画出线型单元的受力图

Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Line Elem Res → LabI:[ bar_I], LabJ:[ bar_J], Fact:[1] → OK

（用Utility Menu → PlotCtrls → Hard Copy → To file → 将所显示的图形生成一个图形PNG文件，见第(10)步，然后在word文件中，以插入一个文件图片的方式将得到的PNG文件调入，如图0-3所示） (b)打印单元的计算结果打印单元的轴向力

Utility Menu → List → Results → Element Solution → Element Solution: Miscellaneous Items, Summable data (SMISC,1):[1] → OK → OK 打印出计算的单元内的轴力如下：

PRINT SUMMABLE MISCELLANEOUS ELEMENT SOLUTION PER ELEMENT

***** POST1 ELEMENT SUMMABLE MISCELLANEOUS RECORD LISTING *****

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 ELEM SMIS1 1 -600.00 2 -100.00 3 900.00 MINIMUM VALUES

ELEM 0 VALUE -600.00 MAXIMUM VALUES ELEM 0 VALUE 900.00

从以上结果清单可以看出，1号单元的轴力为-600，2号单元的轴力为-100，3号单元的轴力为900，见图vm1-3的显示结果。

??打印单元的支反力结果

Utility Menu → List → Results → Reaction Solution → Lab:[All items] → OK 打印出计算的支反力结果如下：

PRINT REACTION SOLUTIONS PER NODE

***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING *****

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 THE FOLLOWING X,Y,Z SOLUTIONS ARE IN GLOBAL COORDINATES NODE FX FY 1 0.0000 600.00 4 0.0000 900.00 TOTAL VALUES

VALUE 0.0000 1500.0

从以上结果清单可以看出，1号节点的支反力为600，4号节点的支反力为900，与参考文献所给出结果的比较见表B-2。

(12) 退出系统

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ANSYS Utility Menu: File → Exit… → Save Everything → OK

计算结果的验证

支反力

R1 , lb R2 , lb 表B-2 计算结果与文献解析解的比较

ANSYS Reference B-1的结果

900.0 600.0 900.0 600.0 Ratio 1.000 1.000 Reference B-1 Timoshenko S. Strength of Material, Part I, Elementary Theory and Problems, 3rd Edition, New York:D. Van Nostrand Co., Inc., 1955, 26

B.2 log命令流文件的调入操作(可由GUI环境下生成log文件)

在完成了以上的GUI操作后，在工作目录内，将发现和文件名bar.*相关的文件，其中bar.log文件是操作的最原始记录，非常有用，对该文件的内容可以增添和修改，可以进行参数化处理，可以实现满足你个人要求的二次开发，可以实现不同ansys版本间的移植。生成的bar.log为文本文件，文件很小，如果在工作目录中只有该文件，而无ansys分析的其它文件(bar.db, bar.emat, bar.rst, bar.err, bar.tri)，在ansys系统中调入该文件，可以自动完成前面已经作过的几何建模、有限元网格划分、施加约束和外载、计算和分析等所有步骤，并生成所有文件(bar.db, bar.emat, bar.rst, bar.err, bar.tri)；在ansys系统中调入该文件并运行的方式如下： (1) 进入ANSYS

程序 → ANSYSed → Interactive → change the working directory into yours → input Initial jobname: bar_new(设置一个新的工作文件，也可以使用原工作文件，但会覆盖原文件) → Run

(2) 在ANSYS中(当前的工作文件是bar_new)调入bar.log文件

ANSYS/Structural U Utility Menu → file → read input from → bar.log(相应目录中的文件) → OK，则可以全自动地完成前面所有操作。

B.3 完全的直接命令输入方式操作

以下为求解上述问题的各行命令，在ANSYS菜单界面的命令输入窗口中逐行输入。也可以将所有命令形成一个文本文件(.log)，然后在Option Utility Menu → file → read input from → bar.log(相应目录中的文件) → OK的方式调入。

以下为命令流语句。

!%%%%%%%% bar.log %%%% begin %%%%%%

!----以“!”打头的文字为注释内容，其后的文字和符号不起运行作用

!----在ansys的命令中，一般识别前4个字母，不区别大小写，因此，应注意名称的前4个字符的差别 !---- 例如命令FINISH与命令fini是相同的 ------- /PREP7 !进入前处理

ANTYPE,STATIC !设置分析类型(静力分析)

ET,1,LINK1 ! 设置单元类型(第1号：杆单元LINK1) R,1,1 !设置实常数(第1号：横截面积为1) MP,EX,1,30E6 !设置材料常数(弹性模量)(第1号：30E6) N,1 !建立节点(第1号：x=0, y=0, z=0) N,2,,4 !建立节点(第2号：x=0, y=4, z=0)

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N,3,,7 !建立节点(第3号：x=0, y=7, z=0) N,4,,10 !建立节点(第4号：x=0, y=10, z=0)

E,1,2 !建立一个单元(通过连接第1号节点和第2号节点) EGEN,3,1,1 !再重复产生3个单元，每次的节点号都加1

D,1,ALL,,,4,3 !施加完全约束，节点起始号为1，终止号为4，增量为3 F,2,FY,-500 !施加节点力(对2节点，FY=-5000) F,3,FY,-1000 !施加节点力(对3节点，FY=-1000) FINISH !结束以上流程 /SOLU !进入求解状态 OUTPR,BASIC,1 !输出方式的设置 SOLVE !求解

FINISH !结束以上流程 /POST1 !进入后处理

/ESHAPE,0.5 !对于线单元(如杆、梁)按实体效果进行显示(以0.5倍实常数的比例) PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !对计算结果进行云图显示(这里对于UY) ETABLE,bar_I,SMISC,1 !定义线型单元I节点的轴力 ETABLE,bar_J,SMISC,1 !定义线型单元J节点的轴力 PLLS, bar_I, bar_J !画出线型单元的受力图

PRESOL,SMISC,1 !打印单元的计算结果(单元的轴向力) PRRSOL !打印单元的支反力结果 FINISH !结束以上流程 !%%%%%%%% bar.log %%%% end %%%%%%

B.4 APDL参数化编程的初步操作

APDL的含义为：ANSYS Parametric Design Language

(1) 如果希望将前两个杆以及总长度设为参数(每个变量不超过8个字符)：

Bar_1=4 bar_2=7 bar_L=10 (2) 将弹性模量设为参数

bar_el=30E6

(3) 如果希望将杆的横截面积设为参数：

bar_a=1

(4) 将外载值设为参数

force1=-500 force2=-1000

以下为经APDL参数化设定后的命令流文件(.log)

!%%%%%%%%parameterized log file: bar_para.log %%%% begin %%%%%% !------注：以下命令流中的符号$，表示可将多行命令流写成一行--------- !设置参数---begin---