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有限元分析的基本步骤

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一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤:

1 定义参数

2 创建几何模型 3 划分网格 4 加载数据 5 求解 6 结果分析 1定义参数

1.1指定工程名和分析标题

启动ANSYS软件,选择File→Change Jobname命令 选择File→Change Title菜单命令 1.2定义单位 (2) 设置计算类型

ANSYS Main Menu: Preference→ Material Props → Material Models → Structural → OK

(3) 定义分析类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Analysis Type → New Analysis→ STATIC → OK

1.3定义单元类型

选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令

单击[Options]按钮,在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项,单击确定

1.4定义单元常数

在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令

单击[Add]按钮,进行下一个[Choose Element Type]对话框

1.5定义材料参数

在ANSYS程序主界面,选择Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models命令

(1) 选择对话框右侧Structural→Linear→Elastic→Isotropic命令,并单击[Isotropic]选项,接着弹出如下所示[Linear Isotropic Properties for Material Number 1]对话框。

在[EX]文本框中输入弹性模量“200000”,在[PRXY]文本框中输入泊松比“0.3”,单击OK 2创建几何模型 在ANSYS程序主界面,选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Rectangle→By 2Corners命令 选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle命令

3网格划分(之前一定要进行材料的定义和分配) 选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Arears Circle命令

选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Free命令,弹出实体选择对话框,单击[Pick All]按钮,得到如下所示网格 4加载数据

(1) 选择Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Lines命令,

出现如下所示对话框,选择约束[ALL DOF]选项,并设置[Displacement value]为0,单击OK。(2)选择Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Pressure→On Lines命令 5求解

选择Main Menu→Solution→Solve→Current LS命令,弹出如下所示窗口 6结果分析

6.1显示变形图

(1) 选择Main Menu→General PostProc→Read Results→First Set命令,读入最初结果文件

选择Main Menu→General PostProc→Plot Results→Deformed Shape命令,弹出[Plot Deformed Shape]对话框

6.2显示Von Mises等效应力 1)选择Main Menu→General PostProc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu命令

2)选择Favorites→Nodal Solution→Von Mises stress命令,并展开[Additional Options]折叠菜单,设置[Interpolation Nodes]为[All applicable] ,单击OK,出现如下所示等效应力图。

单元类型的选择:

单元类型的选择,跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前,首先你要对问题本身有非常明确的认识,然后,对于每一种单元类型,每个节点有多少个自由度,它包含哪些特性,能够在哪些条件下使用,在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述,要结合自己的问题,对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。

1. 该选杆单元(Link)还是梁单元(Beam)? 这个比较容易理解。杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力,杆单元不能承受弯矩,这是杆单元的基本特点。 梁单元则既可以承受拉,压,还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩,肯定不能选杆单元。 对于梁单元,常用的有beam3,beam4,beam188这三种,他们的区别在于: 1)beam3是2D的梁单元,只能解决2维的问题。 2)beam4是3D的梁单元,可以解决3维的空间梁问题。 3)beam188是3D梁单元,可以根据需要自定义梁的截面形状。 2. 壁结构,是选实体单元还是壳单元?

对于薄壁结构,最好是选用shell单元,shell单元可以减少计算量,如果你非要用实体单元,也是可以的,但是这样计算量就大大增加了。

实际工程中常用的shell单元有shell63,shell93。shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形),shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点,计算精度比shell63更高,但是由于节点数目比shell63多,计算量会增大。对于一般的问题,选用shell63就足够了。 3. 实体单元的选择。

体单元类型也比较多,实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45, solid92,solid185,solid187这几种。其中把solid45,solid185可以归为第一类,他们都是六面体单元,都可以退化为四面体和棱柱体,单元的主要功能基本相同,(SOLID185还可以用于不可压缩超

弹性材料)。Solid92, solid187可以归为第二类,他们都是带中间节点的四面体单元,单元的主要功能基本相同。

如果所分析的结构比较简单,可以很方便的全部划分为六面体单元,或者绝大部分是六面体,只含有少量四面体和棱柱体,此时,应该选用第一类单元,也就是选用六面体单元;如果所分析的结构比较复杂,难以划分出六面体,应该选用第二类单元,也就是带中间节点的四面体单元。

前面把常用的实体单元类型归为2类了,对于同一类型中的单元,应该选哪一种呢?通常情况下,同一个类型中,各种不同的单元,计算精度几乎没有什么明显的差别。选取的基本原则是优先选用编号高的单元。比如第一类中,应该优先选用solid185。第二类里面应该优先选用solid187。

对于实体单元,总结起来就一句话:复杂的结构用带中间节点的四面体,优选solid187,简单的结构用六面体单元,优选solid185。

结构静力学中常用的单元类型 类别 杆 梁 形状和特性 普通 双线性 普截面渐塑考虑剪切变形 普浸塑性 实体 四边三角超弹性单粘弹大应谐单P单元 实体四面层 各向异超弹性单粘弹大应P单元 单元类型 LINK1 LINK8 LINK10 BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 BEAM188,BEAM189 PIPE16,PIPE17,PIPE18 PIPE59 PIPE20,PIPE60 PLANE42,PLANE82,PLANE182 PLANE2 HYPER84,HYPER56,HYPER74 VISCO88 VISO106,VISO108 PLANE83,PPNAE25 PLANE145,PLANE146 通 变 性 通 入 管 2-D 形 形 元 性 变 元 3-D 块 SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185 体 SOLID92,SOLID72 SOLID46 性 SOLID64,SOLID65 元 HYPER86,HYPER58,HYPER158 性 VISO89 变 VISO107 SOLID147,SOLID148 壳 四轴层 剪P单元 边对切形 SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 称 SHELL51,SHELL61 SHELL91,SHELL99 板 SHELL28 ,HELL150 一、 典型分析过程

1. 前处理——创建有限元模型

1)单元属性定义(单元类型、实常数、材料属性) 2)创建或读入几何实体模型 3)有限元网格划分

4)施加约束条件、载荷条件 2. 施加载荷进行求解

1)定义分析选项和求解控制 2)定义载荷及载荷步选项 2)求解 solve 3. 后处理

1)查看分析结果

2)检验结果

分析的三个主要步骤可在主菜单中得到明确体现. 1. 建立有限元模型 2. 施加载荷求解 3. 查看结果

1、ANSYS GUI中的功能排列按照一种动宾结构,以动词开始(如Create), 随后是一个名词 (如Circle).菜单的排列,按照由前到后、由简单到复杂的顺序,与典型分析的顺序相同.

2、ANSYS的数据库,是指在前处理、求解及后处理过程中,ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据,也存储结果数据。

3、(左侧)主菜单包含ANSYS的主要功能,分为前处理、求解、后处理等。 4、(左上角)应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.

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