有限的元分析报告报告材料上机指导书.doc

目 录实验一 车轮的实体建模与网格划分·············································3实验二自下向上实体建模建立连杆模型·····································6实验三 平板结构的强度分析····················································10实验四 轴承座的有限元建模与强度分析········································13实验五 潜水艇的稳态热分析···················································19实验六 管的热应力分析························································22实验七 飞机机翼模型模态分析·················································25实验八 质量弹簧系统谐响应分析··············································29实验九 板-梁结构的瞬态动力学分析···········································33实验十 管道中流场的流体动力学分析·········································37实验一 车轮的实体建模与网格划分一、实验目的：创建实体的方法，工作平面的平移与旋转，建立局部坐标系，模型的映射，拷贝，布尔运算相减、粘接、搭接，根本网格划分。二、问题描述：车轮为沿轴向具有循环对称的特性，根本扇区为45度，旋转8份即可得到整个模型。车轮内部A点所在线至圆心处为5,四个倒角处。三、具体步骤：1 建立切面模型 建立三个矩形Main Menu: Preprocessor -> -Modeling-Create -> -Areas->-Rectangle -> By Dimensions依次输入x1=5, x2=5.5, y1=0, y2=5单击Apply将三个矩形加在一起Main Menu: Preprocessor ->Modeling-Operate >Booleans-Add >Areas单击Pick All打开线编号Utility Menu >PlotCtrls > Numbering 线编号为ON，并选择/NUM为Colors & NumbersMain Menu: Preprocessor ->Modeling-Create >Lines-Line Fillet拾取线14与7，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线7与16，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线5与13，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线5与15，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击OK；打开关键点编号Utility Menu >PlotCtrls > Numbering 关键点编号为ON，并选择/NUM为Colors & Numbers通过三点画圆弧Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Arcs>By End KPs & Rad拾取12与11点，单击Apply，再拾取10点，单击Apply，输入圆弧半径0.4, 单击Apply;拾取9与10点，单击Apply，再拾取11点，单击Apply，输入圆弧半径0.4, 单击OK由线生成面Main Menu: Preprocessor -> -Modeling-Create -> -Areas-Arbitrary >By Lines拾取线6、8、2单击Apply拾取线20、19、21单击Apply拾取线22、24、23单击Apply拾取线17、18、12单击Apply拾取线11、25单击Apply拾取线9、26单击OK将所以的面加在一起Main Menu: Preprocessor ->Modeling-Operate >Booleans-Add >Areas单击Pick All2定义两个关键点用来定义旋转轴Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints-In Active CSNPT输入50，单击ApplyNPT输入51，Y输入6，单击OK。3 面沿旋转轴旋转22.5度，形成局部实体Main Menu: Preprocessor ->Operate-Extrude >Areas- About Axis拾取面单击Apply，拾取上面定义的两个关键点50，51，单击OK，输入圆弧角度22.5，单击OK。4 定义一个被减圆柱体首先将坐标平面进展平移并旋转Utility Menu >WorkPlane >Offset WP to >Keypoints拾取关键点14和16，单击OK将工作平面沿X轴转90度Utility Menu >WorkPlane >Offset WP by Increments在XY，YZ，ZX Angles输入0，90，0单击Apply.创建实心圆柱体Main Menu>Preprocessor>Create>Cylinder-By DimensionsRAD1输入0.45，Z1，Z2坐标输入1，2，单击OK5将圆柱体从轮体中减掉Main Menu>Preprocessor>Operate->Booleans-Subtract >Volumes首先拾取轮体，单击Apply,然后拾取圆柱体，单击OK。6 工作平面与总体笛卡尔坐标系一致Utility Menu >WorkPlane >Align WP With>Global Cartesian7. 将体沿XY坐标面映射Main Menu>Preprocessor>Modeliing>Reflect >Volumes拾取体，并选择XY plane 单击OK8. 旋转工作平面Utility Menu >WorkPlane >Offset WP by Increments在XY，YZ，ZX Angles输入0，90，0单击Apply.在XY，YZ，ZX Angles输入22.5，0，0单击Apply.8在工作平面原点定义一个局部柱坐标系Utility Menu >WorkPlane >Local Coordinate Systems>Create Local CS>At WP OriginK为11，KCS为Cylindrical 19.将体沿周向旋转8份形成整环。Main Menu>Preprocessor> Modeliing>Copy>Volumes拾取Pick All，ITIME输入8，DY输入45，单击OK。实验二 自下向上实体建模建立连杆模型一、实验目的：熟悉从下向上建模的过程二、实验步骤：1. 进入ANSYS工作目录，将初始文件名设置为jobname。2.创建两个圆面： Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Circle > By Dimensions . RAD2 = 1 THETA1 = 0 THETA2 = 180, 单击Apply 然后设置THETA1 = 45,再单击OK3.打开面:编号 Utility Menu > PlotCtrls > Numbering . 设置面号为on, 然后单击OKRR0.4RR45oSpline through six control pointsCLCLCrank pin endWrist pin endAll dimensions in inches45o4.创建两个矩形面: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Rectangle > By Dimensions . X1 = -0.3, X2 = 0.3, Y1 = 1.2, Y2 = 1.8, 单击Apply X1 = -1.8, X2 = -1.2, Y1 = 0, Y2 = 0.3, 单击 OK5.偏移工作平面到给定位置 (X=6.5): Utility Menu > WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations + 在ANSYS输入窗口输入6.5 OK6.将激活的坐标系设置为工作平面坐标系: Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane7.创建另两个圆面: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Circle > By Dimensions . THETA1 = 0 THETA2 = 180, 然后单击Apply 第二个圆THETA2 = 135, 然后单击OK8.对面组分别执行布尔运算: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > -Booleans- Overlap > Areas + 首先选择左侧面组, 单击 Apply 然后选择右侧面组, 单击OK 9.将激活的坐标系设置为总体笛卡尔坐标系: Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian10.定义四个新的关键点: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > Keypoints > In Active CS 第一个关键点, X=2.5, Y=0.5, 单击Apply 第二个关键点, X=3.25, Y=0.4, 单击Apply 第三个关键点, X=4, Y=0.33, 单击Apply 第四个关键点, X=4.75, Y=0.28, 单击OK11.将激活的坐标系设置为总体柱坐标系: Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical12.通过一系列关键点创建多义线: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Lines- Splines > With Options > Spline thru KPs + 如图按顺序拾取六个关键点, 然后单击 OK XV1 = 1 YV1 = 135 XV6 = 1 YV6 = 45 OK13.在关键点1和18之间创建直线: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Lines- Lines > Straight Line + 拾取如图的两个关键点, 然后单击 OK14.打开线的编号并画线: Utility Menu > PlotCtrls > Numbering . 打开线的编号为on, 单击 OK Utility Menu > Plot > Lines15.由前面定义的线6, 1, 7, 25创建一个新的面: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Arbitrary > By Lines + 拾取四条线 (6, 1, 7, and 25),然后单击 OK16.放某某杆的左面局部: Utility Menu > PlotCtrls > Pan, Zoom, Rotate Box Zoom用鼠标拖住需要显示的绘图区域17.创建三个线倒角: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Lines- Line Fillet + 拾取线36 和 40,然后单击 Apply RAD = .25,然后单击 Apply 拾取线40 和 31, 然后单击 Apply Apply 拾取线 30和39, 然后单击OK OK Utility Menu > Plot > Lines18.由前面定义的三个线倒角创建新的面: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Arbitrary > By Lines + 拾取线12, 10, 与13, 单击 Apply 拾取线17, 15, 与19, 单击Apply 拾取线23, 21, 与24, 单击OK Utility Menu > Plot > Areas 19.将面加起来形成一个面: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Add > Areas + Pick All20.使模型充满整个图形窗口: Utility Menu > PlotCtrls > Pan, Zoom, Rotate Fit21.关闭线与面的编号: Utility Menu > PlotCtrls > Numbering . 关闭线与面的编号, 单击 OK Utility Menu > Plot > Areas22.将激活的坐标系设置为总体笛卡尔坐标系: Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian Or issue:CSYS,023.将面沿XZ面进展映射 (在 Y 方向): Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Reflect > Areas + Pick All 选择X-Z面, 单击OK24.将面加起来形成一个面: Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Add > Areas + Pick All25.关闭工作平面: Utility Menu > WorkPlane > Display Working Plane26.存储数据库并离开ANSYS: 拾取“SAVE_DB 拾取“QUIT选择“Quit - No Save!OK实验三 平板结构的强度分析一 操作目的1 熟悉有限元建模技术；2 了解结构静力分析的方法和意义；3 求解在载荷力的作用下结构整体变形，找出指定位置的位移变形和应力大小。二 试验内容在实验一有限元建摸技术的根底上，深入了解和使用ANSYS强大的计算功能。建立图1所示的开有一个圆孔左端完全固定在墙面上的直角平板，板厚10mm，材料为钢，其尺寸如下列图，在板的自由端施加静力F=1000N。试建立其有限元模型，然后计算在载荷作用下的静力变形。图平板的结构尺寸(单位m)和有限元模型图三 实验步骤1 定义分析类型GUI：Main Menu>Preferences 选中对话框中的structural复选框进展结构分析2 设定单元类型GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit>Delete选择Add在左边单元列表中选择壳体单元Shell，在右边单元列表中选择Elastic 4nodes 63选择OK关闭对话框，选择Close关闭单元类型对话框3 定义实常数壳体单元的厚度GUI：Main Menu>Preprocessor>Real Constants，选择Add选择OK定义实常数4 定义材料属性材料的弹性模量、密度7800、泊桑比 GUI：Main Menu>Preprocessor>Materrial Properties> Materrial models>-Isotropic，双击Isotropic，弹性模量EX框中输入2.1E11，在泊桑比PRXY框中输入0.3，在材料(钢)密度density框中输入7800。5 创建几何模型分别建立两个矩形GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling-Create >Areas- Rectangle >By 2 Corners建立一个圆 GUI：Main Menu>Preprocessor> Modeling-Create >Areas Circle > Solid Circle通过布尔操作生成几何模型GUI：Main Menu>Preprocessor> Modeling-Operate>Booleans-Subtract > Areas弹出对话框，先选择减号前的对象母体，点击OK，再弹出对话框，选择减号后的对象需去除的局部，点击OK。6 划分网格首先根据每条线段的长短约束每条边被分成的份数GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing Size trls>Picked Lines选择要约束的线段短线段，然后在对话框No. Of element divisions中输入8。选择要约束的线段长线段，然后在对话框No. Of element divisions中输入16。GUI：Main Menu>Preprocessor>MeshTool，点击Mesh按钮，选中面后即可划分网格。7 约束边界条件和施加载荷GUI：Main Menu>Solution>Define Loads >Apply>Strucural >Displancement >On Lines选择需要约束的边和需要约束的自由度方向All DOF。或者GUI：Main Menu>Solution>Define Loads >Apply>Strucural >Displancement > On Nodes选择需要约束的节点和需要约束的自由度方向All DOF。GUI：Main Menu>Solution>Define Loads >Apply>Strucural > Forces >On Nodes在节点上加载静力载荷，力的大小为总力的大小除以选中的节点数。8 合并和压缩有限元节点的编号(目的是防止同一位置有多个节点) GUI：Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls> Merge Items GUI：Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls> press Numbers 9 求解有限元计算GUI：Main Menu>Solution>Solve- Current LS 求解在当前载荷下的结果10 查看结果后处理(1) 显示整个结构在当前载荷下的整体变形结果GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results >Doformed Shape (2) 用颜色显示整个结构在当前载荷下某方向的变形结果可选择不同方向，UX,UY,UZ,USUMGUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results >Contour Solu>Nodal Solu>DOF Solution (3) 用颜色显示整个结构在当前载荷下某方向的应力结果可选择不同方向，SX,SY,SZ, SEQVGUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results >Contour Solu> Nodal Solu>Stress (4) 显示指定节点在当前载荷下某方向的位移大小可选择不同方向，UX,UY,UZ, USUMGUI：Main Menu>General Postproc>Query Results>SubGrid Solu>选择DOF solution (5) 显示指定节点在当前载荷下某方向的应力大小GUI：Main Menu>General Postproc>Query Results>SubGrid Solu>选择 Stress四报告要求1写出试验的几个主要过程；2写出图中指定的16个位置的总位移大小；3写出图中指定的16个位置的等效应力大小。实验四 轴承座的有限元建模与强度分析一实验目的：创建实体的方法，工作平面的平移与旋转，布尔运算相减、粘接、搭接，模型体素的合并，根本网格划分。根本加载、求解与后处理。二实验内容：轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解与后处理。问题描述：三具体步骤： 轴承座轴瓦轴四个安装孔径向约束 (对称)轴承座底部约束 (UY=0)沉孔上的推力 (1000 psi.)向下作用力 (5000 psi.)轴承系统 (分解图) 载荷首先进入前处理(/PREP7)1. 创建基座模型生成长方体Main Menu：Preprocessor>Create>Block>By Dimensions输入x1=0,x2=3,y1=0,y2=1,z1=0,z2=3平移并旋转工作平面Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by IncrementsX,Y,Z Offsets 输入2.25,1.25,.75 点击ApplyXY，YZ，ZX Angles输入0，90点击OK。创建圆柱体Main Menu：Preprocessor>Create>Cylinder> Solid CylinderRadius输入0.75/2, Depth输入1.5,点击OK。拷贝生成另一个圆柱体从长方体中减去两个圆柱体Main Menu：Preprocessor>Operate>Subtract Volumes首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致Utility Menu>WorkPlane>Align WP with> Global CartesianUtility Menu: WorkPlane -> Display Working Plane (toggle on)Main Menu: Preprocessor -> -Modeling-Create -> -Volumes-Block -> By 2 corners & Z在创建实体块的参数表中输入如下数值:WP X = 0WP Y = 1OKToolbar: SAVE_DB3. 偏移工作平面到轴瓦支架的前外表Utility Menu: WorkPlane -> Offset WP to -> Keypoints + 2. OKToolbar: SAVE_DB4创建轴瓦支架的上部Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Create -> Volumes-Cylinder -> Partial Cylinder +1).在创建圆柱的参数表中输入如下参数:WP X = 0WP Y = 0Rad-1 = 0Theta-1 = 0Theta-2 = 902).OKToolbar: SAVE_DB 5. 在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Create -> Volume-Cylinder -> Solid Cylinder +1.)输入如下参数:WP X = 0WP Y = 0Radius = 12.)拾取 Apply3.)输入如下参数:WP X = 0WP Y = 0Depth = -24.) 拾取 OK6从轴瓦支架“减去圆柱体形成轴孔.Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Operate -> Subtract -> Volumes +1.拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减操作的母体。单击Apply“减去的对象。单击Apply，单击Apply4.拾取小圆柱体，单击OKToolbar: SAVE_DB合并重合的关键点：Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items 将Label 设置为“Keypoints, 单击 OK7. 创建一个关键点在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > Keypoints > KP between KPs +拾取如图的两个关键点,单击OKRATI = 0.5,单击OK8. 创建一个三角面并形成三棱柱Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > -Areas- Arbitrary > Through KPs +1.拾取轴承孔座与整个基座的交点。3.拾取基座上上步建立的关键点，单击OK完成了三角形侧面的建模。4 沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Extrude > -Areas- Along Normal +拾取三角面, 单击 OK，厚度的方向是向轴承孔中心, 单击 OKToolbar: SAVE_DB9. 关闭 working plane display.Utility Menu: WorkPlane -> Display Working Plane (toggle off)10沿坐标平面镜射生成整个模型.Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Reflect -> Volumes +“Y-Z plane，单击OKToolbar: SAVE_DB11. 粘接所有体.Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Operate -> Booleans-Glue -> Volumes +拾取 AllToolbar: SAVE_DB恭喜! 你已经到达第一块里程碑 - 几何建模. 下一步是网格划分.12 定义单元类型1为10-节点四面体实体结构单元 (SOLID92)Main Menu: Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete .2.选择 Structural-Solid, 并下拉菜单项选择择“Tet 10Node 92单击OK13 定义材料特性.Main Menu: Preprocessor -> Material Props -> Constant-Isotropic.1.OK (将材料号设定为 1)“Youngs Modulus EX下输入：30e6单击OK。Toolbar: SAVE_DB14. 用网格划分器MeshTool将几何模型划分单元.Main Menu: Preprocessor -> MeshTool.1将智能网格划分器 Smart Sizing 设定为“on“8 (可选: 如果你的机器速度很快，可将其设置为“7或更小值来获得更密的网格)3.确认 MeshTool的各项为: Volumes, Tet, Free5.Pick All说明: 如果在网格划分过程中出现任何信息，拾取“OK或“Close。划分网格时网格密度可由滑动码控制，滑动码的调节X围从0-10，当数值较大时网格稀疏，反之，网格加密。6.关闭 MeshToolToolbar: SAVE_DB恭喜! 你已经到达第二块里程碑 - 网格划分. 下一步是加载.15. 约束四个安装孔Main Menu: Solution -> Loads-Apply -> Structural-Displacement ->Symmetry B.C.-On Areas +1.绘出 Areas (Utility Menu: Plot-> Areas)2.拾取四个安装孔的8个柱面每个圆柱面包括两个面说明：在拾取时，按住鼠标的左键便有实体增亮显示，拖动鼠标时显示的实体随之改变，此时松开左键即选中此实体。单击OK。16 整个基座的底部施加位移约束(UY=0)Main Menu: Solution -> Loads-Apply -> Structural-Displacement -> on Lines +1.拾取基座底面的所有外边界限，picking menu 中的“count应等于 6，单击OK。2. 选择 UY 作为约束自由度，单击OKMain Menu: Solution -> Loads-Apply -> Structural-Pressure -> On Areas +1.拾取轴承孔上宽度为 .15的所有面“1000 ，单击Apply4 Utility Menu: PlotCtrls -> Symbols 5用箭头显示压力值， (“Show pres and convect as)，单击OK18. 在轴承孔的下半局部施加径向压力载荷，这个载荷是由于受重载的轴承受到支撑作用而产生的。While still in -> Loads>Apply -> Structural-Pressure -> On Areas +的下面两个圆柱面3.输入压力值 5000Toolbar: SAVE_DB恭喜! 你已经到达第三块里程碑-加载，下一步是求解。19. 求解.Main Menu: Solution -> Solve-Current LS1.浏览 status window 中出现的信息, 然后关闭此窗口。2.OK (开始求解). 关闭由于单元形状检查而出现的警告信息。3.求解完毕后，关闭信息窗口。恭喜! 你已经到达第四块里程碑 - 求解. 下一步是观看结果.20. 绘等效应力 (von Mises) 图.Main Menu: General Postproc -> Plot Results -> Contour Plot-Nodal Solu1.选择 stress2.选择 von Mises21. 应力动画Utility Menu: PlotCtrls -> Animate -> Deformed Results .1.选择 stress2.选择 von Mises播放变形动画, 拾取MediaPlayer的“>键。22. Exit.Toolbar: QUIT1.Save Everything恭喜! 你已经完成了整个分析过程。