有限元分析基础教程－ANSYS算例 曾攀
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes → 点击1、2、3、4号节点(生成单元) (7) 模型加约束
??左边施加X、Y方向的位移约束
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →Apply →-Structural→ Displacement On Nodes → 选取2、3号节点 → OK → Lab2: All DOF(施加X、Y方向的位移约束) → OK
以下提供两种方法处理斜支座问题，使用时选择一种方法。 ??n采用约束方程来处理斜支座
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Coupling/ Ceqn → Constraint Eqn ：Const :0, NODE1:4, Lab1: UX,C1:1,NODE2:4,Lab2:UY,C2:1→ OK
或者o采用斜支座的局部坐标来施加位移约束
ANSYS Utility Menu：WorkPlane → Local Coordinate System → Create local system → At specified LOC + → 单击图形中的任意一点 → OK → XC、YC、ZC分别设定为2，0，0,THXY：45 → OK
ANSYS Main Menu：Preprocessor → modeling → Move / Modify → Rotate Node CS → To active CS
→ 选择4号节点
ANSYS Main Menu：Solution → Define Loads → Apply → Structural → Displacement On Nodes
→选取4号节点 → OK → 选择 Lab2:UY(施加Y方向的位移约束) → OK
(8) 施加载荷
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural→ Force/Moment → On Nodes → 点击1号节点 → OK → Lab：FX, Value: 10 → Apply → 再次点击1号节点 → OK → Lab：FY, Value: 10→ OK (9) 计算分析
ANSYS Main Menu：Solution → Analysis Type → New Analysis → Static →OK ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK (10) 计算结果
ANSYS Main Menu：General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → Nodal solution → DOF Solution → Displacement vector sum → OK(观察位移矢量分布)
ANSYS Main Menu：General Postproc → List Results →Nodal Solu → Nodal solution → DOF Solution → Displacement vector sum → OK(查看各节点位移精确值) (11) 退出系统
ANSYS Utility Menu：File → Exit → Save Everything → OK
2 完整的命令流
提供的命令流如下。
!%%%%%%%% [ANSYS算例]5_3(8) %%%% begin %%%%% /PREP7 ANTYPE,STATIC MP,EX,1,2E5 MP,PRXY,1,0.25 ET,1,PLANE42
!进入前处理 !设定为静态分析
!定义1号材料的弹性模量 !设定1号材料的泊松比 !选取单元类型1
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KEYOPT,1,3,3 R,1,0.1 N,1,2,2 N,2,,2 N,3,,, N,4,2,,
!设置为带厚度的平面问题 !设定实常数No.1，厚度0.1 !生成节点1 !生成节点2 !生成节点3 !生成节点4
!-------- 对应于【典型例题】5.3(7)中直接法o---begin ---
!N,4,2,,,45 !节点4的绕z旋转设置为45，
!D,4,UY !然后在旋转后的节点坐标下添加位移约束 !-------- 对应于【典型例题】5.3(7)中直接法o---end --- MAT,1 TYPE,1 REAL,1 E,1,2,3,4 D,2,ALL D,3,ALL
!设定为材料No.1 !设定单元No.1 !设定实常数No.1 !生成一个平面单元
!对节点2施加固定的位移约束 !对节点3施加固定的位移约束
!-------以下提供两种方法处理斜支座问题,使用时选择一种方法
!---方法1 begin----以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1 !---方法1 end ---
!--- 方法2 begin --以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束 !local,11,0,2,0,0,45 !nrotat, 4 !D,4,UY !--- 方法2 end
!------斜支座约束处理完毕 F,1,FX,10 F,1,FY,10 FINISH /SOLU SOLVE !=====进入一般的后处理模块
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !计算的变形位移显示(变形前与后的对照) finish !退出所在模块
!%%%%%%%% [ANSYS算例]5_3(8) %%%% end %%%%%
!施加外力FX !施加外力FY !结束前处理 !进入求解模块 !求解
!在4号节点建立局部坐标系
!将4号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同 !在局部坐标下添加位移约束
!建立约束方程(No.1): 0=node4_UX*1+node_UY*(-1)
【ANSYS算例】6.2(2) 受均匀载荷方形板的有限元分析
如图6-3(a)所示的正方形薄板四周受均匀荷载的作用，该结构在边界上受正向分布压力
p=1000N/m，同时在沿对角线y轴上受一对集中压力，荷载为2000N。若取板厚t=1m，
弹性模量E=1×10N/m，泊松比μ=0，基于ANSYS平台进行建模和分析。
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(a) 受均匀载荷的正方形薄板 (b) 1/4模型的单元划分 图6-3 受均匀荷载的作用的正方形薄板及有限元分析模型
解答： 完全按照【MATLAB算例】6.2(1)的节点及单元划分，基于ANSYS平台进行计算，将ANSYS的计算结果与MATLAB的计算结果进行比较，见表6-6。
表6-6 ANSYS与MATLAB计算结果的比较
单元1
ANSYS计算结果(Pa) MATLAB计算结果(Pa)
σx=?1087.9
σy=3000.0τxy=439.56
σx=?1088
σy=3000τxy=440σx=?824
σy=?2253τxy=0.000σx=1088
σy=1374τxy=308σx=?1000
σy=?1374τxy=?132
单元2
σx=?824.2
σy=?2252.7τxy=0.0000
单元3
σx=1087.9
σy=1373.6τxy=307.7
单元4
σx=?1000.0
σy=?1373.6τxy=?131.9
给出的操作过程及命令流如下。
1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)
(1) 进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname(设置工作文件名): Planar→Run → OK (2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK (3) 选择单元类型
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ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →Solid：Quad 4node 42 →OK (返回到Element Types窗口) → Options… →K3: Plane Strs w/thk(带厚度的平面应力问题) →OK→Close (4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→ Isotropic: EX:1e6 (弹性模量)，PRXY: 0 (泊松比) → OK → 鼠标点击该窗口右上角的“U”来关闭该窗口
(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1→ OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), THK: 1 (平面问题的厚度) →OK →Close (6) 生成几何模型 生成节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create →Nodes →In Active CS →Node number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，2，0 → Apply → 同样依次输入其余5个节点坐标（坐标分别为（0，1，0）、（1，1，0）、（0，0，0）、（1，0，0）、（2，0，0））→OK
生成单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes →
TYPE,1 PLANE42，MAT,1，REAL,1 → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes → 点击1、2、3号节点→ Apply→ 点击2、4、5号节点→ Apply→ 点击2、3、5号节点→ Apply→ 点击3、5、6号节点→OK (7) 模型施加约束和外载 ?? 底边加Y方向的约束
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply →Structural → Displacement → On Nodes → 用鼠标选择1/4模型底边上的所有节点(可用选择菜单中的box拉出一个矩形框来框住底边线上的节点，也可用single来一个一个地点选)→ OK → Lab2 DOFs: UY(默认值为零) → OK 左边加X方向的约束
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply →Structural → Displacement → On Nodes → 用鼠标选择1/4模型左边上的所有节点(可用选择菜单中的box拉出一个矩形框来框住左边线上的节点，也可用single来一个一个地点选)→ OK → Lab2 DOFs: UX(默认值为零) → OK ?? 斜边加垂直于斜边方向的均布载荷
ANSYS Utility Menu：Select → Entities… → OK→点击1、3、6节点 → OK
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →Apply → Structural → Pressure → On Nodes → Pick All → VALUE：1000 → OK ?? 节点1施加载荷
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads →Apply → Structural→ Force/Moment → On Nodes → 点击1号节点 → OK → Lab：FY, Value: -1000 →OK (8) 分析计算
ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → Static →OK
ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK→ Should The Solve Command be Executed? Y→ Close (Solution is done! ) → 关闭文字窗口 (9) 结果显示
ANSYS Main Menu：General Postproc → List Results → Element Solution → Element solution → Stress → X-Component of Stress → OK (返回到List Results) →Nodal Solution → Nodal solution →
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DOF Solution → Displacement vector sum → OK
ANSYS Main Menu：General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → Nodal solution → DOF Solution → Displacement vector sum → OK (还可以继续观察其他结果) (10) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File→ Exit…→ Save Everything→OK
2 完整的命令流
!%%%%%%%%%% [ANSYS算例]6_2(2) %%% begin %%%%%% /prep7 !进入前处理 ANTYPE,STATIC !设定为静态分析
et,1,plane42 !设置单元类型为PLANE42 keyopt,1,3,3 !设置为带厚度的平面问题 r,1,1 !设置实常数，厚度为1
mp,ex,1,1e6 !设置1号材料弹性模量为1e6N/m2mp,prxy,1,0 !设置1号材料泊松比 n,1,,2 !生成节点1，坐标(0,2) n,2,,1 !生成节点2 n,3,1,1 !生成节点3 n,4, !生成节点4 n,5,1 !生成节点5 n,6,2 !生成节点6 mat,1 !设定为材料No.1 type,1 !设定单元No.1 real,1 !设定实常数No.1 e,1,2,3 !生成单元1 e,2,4,5 !生成单元2 e,2,3,5 !生成单元3 e,3,5,6 !生成单元4
d,1,ux !1号节点施加x方向约束 d,2,ux !2号节点施加x方向约束 d,4,all !4号节点施加全约束 d,5,uy !5号节点施加y方向约束 d,6,uy !6号节点施加y方向约束 nsel,s,,,1,3,2 !选择1号3号节点 nsel,a,,,6 !添加选择6号节点 sf,all,pres,1000 !施加1000N/m压力 nsel,all !选择全部节点
f,1,fy,-1000 !在1号节点施加FY方向的力(-1000N) /solu !进入求解模块 Solve !求解
FINISH !结束求解状态 !=====进入一般的后处理模块
/POST1 !进入后处理 PLDISP,1 !显示变形状况 FINISH !结束后处理
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