有限元基础与ANSYS软件第3章典型结构的ANSYS建模分析.ppt

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1、有限元基础与ANSYS软件第3章典型结构的ANSYS建模分析 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、负载的定义一、负载的定义ANSYS中的负载可分为边界条件和实际外力两类，主要中的负载可分为边界条件和实际外力两类，主要有：有：自由度约束，给定节点位移值；自由度约束，给定节点位移值；集中力（力矩），作用于结构节点；集中力（力矩），作用于结构节点；表面压力负载，分布于单元面上的分布力；等等。表面压力负载，分布于单元面上的分布力；等等。结构的有限元模型建立后

2、，开始声明各种负载。负载的结构的有限元模型建立后，开始声明各种负载。负载的声明可在声明可在/prep7处理器和处理器和/solu处理器中进行，建议全部负载在处理器中进行，建议全部负载在/solu处理器中声明。处理器中声明。分析类型的声明：分析类型的声明：ANTYPE，Antype，！Antype=STATIC 或或 0，静态分析（系统默认），静态分析（系统默认）BUCKLE 或或 1，屈曲分析，屈曲分析 MODEL 或或 2，振动模态分析，振动模态分析 HARMIC 或或 3，调和外力动力系统分析，调和外力动力系统分析 TRANS 或或 4，瞬时动力系统分析，瞬时动力系统分析定义节点自由度限制

3、：定义节点自由度限制：D,DODE,LAB,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,LAB2,LAB3,LAB=UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,ALLDODE,NEND,NINC选取节点范围选取节点范围VALUE为位移值为位移值 定义节点上的集中力：定义节点上的集中力：F,NODE,LAB,VALUE,VALUE2,NEND,NINC，LAB=FX,FY,FZ,MX,MY,MZ NODE,NEND,NINC选取节点范围选取节点范围VALUE为外力值为外力值梁单元上的分布力定义：梁单元上的分布力定义：SFBEAM,ELEM,LKEY,LAB,VALI,VALJELEM为梁单

4、元号码为梁单元号码LKEY为梁单元面的号码为梁单元面的号码LAB=“PRES”VALI、VALJ为节点为节点I、J处的分布力密度处的分布力密度单元分布力的定义：单元分布力的定义：SFE，ELEM,LKEY,LAB,KVAL,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4ELEM为单元号码为单元号码LKEY为单元边（面）的号码，与节点顺序相关为单元边（面）的号码，与节点顺序相关LAB=“PRES”VAL1VAL4为对应边（面）的节点上的分布力密度为对应边（面）的节点上的分布力密度以上为分布力的默认正方向，以上为分布力的默认正方向，注意节点注意节点 I、J 的顺序！的顺序！定义节点间的分布力：定义节点间的

5、分布力：SF,Nlist,Lab,VALUE适于均布负载，作用于适于均布负载，作用于Nlist节点所包含的单元的边或面节点所包含的单元的边或面上。上。Lab=PRES表示为结构所受压力；表示为结构所受压力；VALUE为压力值。为压力值。OUTPR,Item,FREQ,用于控制分析后的结果是否显示于输出窗口（文件），该用于控制分析后的结果是否显示于输出窗口（文件），该命令需位于命令需位于SOLVE命令之前。命令之前。Item=ALL 所有结果，所有结果，=NSOL，节点自由度结果，节点自由度结果，=BASIC,系统默认（所包含的内容足以使用）系统默认（所包含的内容足以使用）FREQ为负载次数，为

6、负载次数，=ALL时为最后负载时为最后负载。SOLVE加完负载后，可执行该命令对题目进行求解。求解过程中加完负载后，可执行该命令对题目进行求解。求解过程中的刚度矩阵、质量矩阵、负载状态、分析结果等数据会存储于相的刚度矩阵、质量矩阵、负载状态、分析结果等数据会存储于相关文件中，如关文件中，如jobname.rst，jobname.rth，jobname.rmg等。等。二、后处理器二、后处理器 后处理器后处理器用于检查分析、显示分析结果，不同单元用于检查分析、显示分析结果，不同单元有不同特性，所得各种解答也不同。有不同特性，所得各种解答也不同。/POST1！进入后处理器！进入后处理器PLDISP,

7、图示结构受外力变形的结果图示结构受外力变形的结果PRDISP,列表显示各节点位移结果列表显示各节点位移结果PRESOL,Item,Comp ！打印单元的解答！打印单元的解答(以单元为单位以单元为单位)Item S(应力应力)F（力）（力）M（力矩）（力矩）Comp XYZXYYZXZ XYZ XYZPRNSOL,Item,Comp ！打印节点的解答！打印节点的解答(以节点为单位以节点为单位)Item U(位移位移)S（应力）（应力）Comp XYZCOMP COMPPRIN可显示一般结构的可显示一般结构的2-D，3-D单元的分析结果！单元的分析结果！对于一维的杆、梁等单元的结果的图形显示可用对

8、于一维的杆、梁等单元的结果的图形显示可用ETABLE命令。命令。ETABLE,Lab,Item,Comp ！将单元某项结果制成表格形式将单元某项结果制成表格形式Lab为字段名称（最多为字段名称（最多8个字）个字）Item为结果项次名称为结果项次名称Comp结果项次名称的方向结果项次名称的方向轴向应力：轴向应力：ETABLE,AXSTRESS,LS,1轴向力：轴向力：ETABLE,AXFORCE,SMISC,1轴向应变：轴向应变：ETABLE,AXE,LEPEL,1梁弯矩：梁弯矩：ETABLE,IMOMENT,SMISC,6梁弯矩：梁弯矩：ETABLE,JMOMENT,SMISC,12梁剪力：梁

9、剪力：ETABLE,ISHEAR,SMISC,2梁剪力：梁剪力：ETABLE,JSHEAR,SMISC,8平面单元（平面单元（PLANE42）等效应力：）等效应力：ETABLE,AAA,S,EQV平面单元平面单元X中心点位置：中心点位置：ETABLE,POSIX,CENT,XPRETAB,PLLS,图象与动画图象与动画1、平面桁架问题的求解、平面桁架问题的求解三、典型结构的三、典型结构的ANSYS分析分析/UNITS,SI /PREP7 ET,1,LINK1 MP,EX,1,207E9 R,1,0.01N,1,0,0 N,5,8,0 FILL,1,5N,6,2,1 N,7,4,2 N,8,6,

10、1 E,1,2 EGEN,4,1,1,1,1 E,1,6 E,6,7 E,7,8 E,5,8 E,2,6 E,3,7 E,4,8 E,2,7 E,4,7 FINISH /SOLUANTYPE,STATIC OUTPR,BASIC,ALL D,1,ALL,0 D,5,ALL,0 F,6,FY,-1000F,7,FY,-1000F,8,FY,-1000F,8,FX,1000SOLVE FINISH /POST1PLDISP,1PRDISP PRNSOL,U,X PRNSOL,U,Y ETABLE,AXS,LS,1 ETABLE,AXF,SMISC,1 ETABLE,AXE,LEPEL,1 PLET

11、AB,AXS PLETAB,AXF PLETAB,AXEFINISH2、梁结构问题的求解、梁结构问题的求解/UNITS,SI/PREP7ET,1,BEAM3MP,EX,1,2E11R,1,2*0.5,2*0.5*3/12,0.5N,1,0,0N,11,10,0FILL,1,11E,1,2EGEN,10,1,1,1,1FINISH /SOLUANTYPE,STATICOUTPR,BASIC,ALL D,1,ALL,0 D,11,UX,0,UY SFBEAM,1,1,PRES,0,1000 SFBEAM,2,1,PRES,1000,2000 SFBEAM,3,1,PRES,2000,3000SFB

12、EAM,4,1,PRES,3000,4000SFBEAM,5,1,PRES,4000,5000SFBEAM,6,1,PRES,5000,6000SFBEAM,7,1,PRES,6000,7000SFBEAM,8,1,PRES,7000,8000SFBEAM,9,1,PRES,8000,9000SFBEAM,10,1,PRES,9000,10000!F,7,FY,1000SOLVE FINISH ETABLE,IM,SMISC,6 ETABLE,JM,SMISC,12 ETABLE,IS,SMISC,2 ETABLE,JS,SMISC,8 PRETAB PLLS,IS,JS PLLS,IM,JM

13、 FINISH3、弹性平面问题、弹性平面问题a=5cm,c=2cm,d=2cm,q=1500N/m,q1=600N/m/UNITS,SI /PREP7 N,1,0,0 N,11,0.1,0 FILL,1,11 NGEN,7,11,1,11,1,0,0.01ET,1,PLANE42MP,EX,1,200E9 MP,NUXY,1,0.3 E,1,2,13,12 EGEN,10,1,1 EGEN,6,11,1,10 EDELE,21,25 EDELE,31,35 NDELE,34,38FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC OUTPR,BASIC,ALLD,1,ALL,0 D,12,A

14、LL,0 D,23,ALL,0 D,45,ALL,0 D,56,ALL,0 D,67,ALL,0 D,11,UY,0 SFE,10,2,PRES,-600,-500SFE,20,2,PRES,-500,-400SFE,30,2,PRES,-400,-300SFE,40,2,PRES,-300,-200SFE,50,2,PRES,-200,-100SFE,60,2,PRES,-100,0 SFE,51,3,PRES,1500,1500SFE,52,3,PRES,1500,1500SFE,53,3,PRES,1500,1500SFE,54,3,PRES,1500,1500SFE,55,3,PRES

15、,1500,1500SFE,56,3,PRES,1500,1500SFE,57,3,PRES,1500,1500SFE,58,3,PRES,1500,1500SFE,59,3,PRES,1500,1500SFE,60,3,PRES,1500,1500SOLVE FINISH /POST1 PRDISP PLDISP,1PLNSOL,U,X PLNSOL,U,Y PLESOL,S,EQV四、多重负载四、多重负载 确定的机械结构系统所受约束条件与载荷形式多样，要分确定的机械结构系统所受约束条件与载荷形式多样，要分别求解不同约束条件和载荷单独作用下的结构响应情况。例如别求解不同约束条件和载荷单独作用

16、下的结构响应情况。例如下图中，可分别进行下图中，可分别进行F1、F2、F3单独作用或不同组合作用下的单独作用或不同组合作用下的结构分析求解。结构分析求解。可采用多重负载方式来处理可采用多重负载方式来处理(约束条件也看作负载约束条件也看作负载)。结构的有限元模型完全相同，只是在解答处理器中注意其结构的有限元模型完全相同，只是在解答处理器中注意其不同负载状态下的分析流程。不同负载状态下的分析流程。F1=10kN，F2=2kN，F3=5 kN有以下常用命令：有以下常用命令：多重负载的资料保存：多重负载的资料保存：LSWRITE，n负载阶段数负载阶段数n=01，02，保存为文本文件，保存为文本文件Jo

17、bname.sn 多重负载解答：多重负载解答：LSSOLVE,SLMIN,SLMX,SLINC读取多重负载，并解答之，读取多重负载，并解答之，SLMIN,SLMX,SLINC为阶段负载的为阶段负载的范围。每个负载的解答是独立的。范围。每个负载的解答是独立的。设置不同的约束条件和载荷状态时，可用到以下指令：设置不同的约束条件和载荷状态时，可用到以下指令：删除已定义的节点约束条件删除已定义的节点约束条件DDELE,NODE,Lab,NEND,NINC，对应于指令，对应于指令D。删除已定义的节点集中力删除已定义的节点集中力FDELE,NODE,Lab,NEND,NINC，对应于指令对应于指令F。删除

18、已定义的面负载删除已定义的面负载SFDELE,Nlist,Lab，对应于指令，对应于指令SF。删除已定义的面负载删除已定义的面负载SFEDELE,ELEM,LKEY,Lab，对应于指，对应于指令令SFE。在在POST1/中，检查多重负载的解答时，声明多重负载的号中，检查多重负载的解答时，声明多重负载的号码码n：SET,n多重负载处理的一般流程为：多重负载处理的一般流程为：上面实例的程序流程为：上面实例的程序流程为：/UNITS,SI/PREP7ET,1,LINK1MP,EX,1,2.07E11R,1,1E-4R,2,2E-4N,1,0,0N,2,1,0N,3,2,0N,4,0.5,1N,5,1

19、.5,1TYPE,1MAT,1REAL,1E,1,2E,2,3E,4,5TYPE,1MAT,1REAL,2E,1,4E,2,4E,2,5E,5,3FINISH/SOLUD,1,ALLD,3,UY,0F,4,FY,-10000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0F,4,FY,-10000F,5,FX,2000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0FDELE,5,FXF,4,FY,-10000F,2,FY,-5000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0FDELE,4,FYF,5,FX,2000F,2,FY,-5000LSWRITED,1,ALLD,3,UY,0F,4,FY,-

20、10000F,2,FY,-5000F,5,FX,2000LSWRITELSSOLVE,1,5FINISH/POST1SET,1PLDISP,1SET,2PLDISP,1SET,3PLDISP,1SET,4PLDISP,1SET,5PLDISP,11、多自由度振动系统、多自由度振动系统具有黏性阻尼具有黏性阻尼的二自由度系的二自由度系统统强强迫振迫振动动：二自由度系统二自由度系统自由振动：自由振动：五、振动模态分析五、振动模态分析第一主振型 第二主振型二自由度系统的主振型图 (a)平衡状平衡状态态 (b)三三质质量量块产块产生的位移生的位移 (c)三三质质量量块块的分立的分立图图三自由度系三自由度

21、系统统的力学模型的力学模型 运用隔离体法，运用隔离体法，对对每个每个质质量量块进块进行分析，可得行分析，可得该该三自由三自由度系度系统统的运的运动动微分方程微分方程为为：三自由度有阻尼振动系统三自由度有阻尼振动系统三自由度系三自由度系统统及其固有模及其固有模态态振型振型各自由度上的各自由度上的频频率响率响应图应图3、连续体振动系统、连续体振动系统简简支梁的前三支梁的前三阶阶主振型可形如下主振型可形如下图图所示：所示：均匀简支梁：均匀简支梁：悬臂梁的前三阶主振型可形如下图所示：均匀悬臂梁：2、基于、基于ANSYS的振动模态分析的振动模态分析结构振动模态分析，分析类型结构振动模态分析，分析类型AN

22、TYPE=MODAL或或2选择模态分析的方法：选择模态分析的方法：MODOPT,Method Method=REDUC降阶法，降阶法，=SUBSP次空间法次空间法在降阶法中选择主自由度：在降阶法中选择主自由度：M,NODE,Lab1,NEND,NINC,Lab2,声明模态阶数或频率范围：声明模态阶数或频率范围：MXPAND,NMODE,FREQB,FREQE,实例实例1：长方形截面悬臂梁，梁属性：长方形截面悬臂梁，梁属性：材料属性：材料属性：质量块：质量块：程序清单：程序清单：/UNITS,SI/PREP7ET,1,BEAM3ET,2,MASS21,4R,1,0.003,6.25E-7,0.0

23、5R,2,1.5MP,EX,1,207E9MP,NUXY,1,0.33MP,DENS,1,7800N,1,0,0N,20,1.2,0FILL,1,20TYPE,1MAT,1REAL,1E,1,2EGEN,19,1,1,1,1TYPE,2REAL,2E,20FINISH/SOLUANTYPE,MODALMODOPT,REDUCMXPAND,5D,1,ALL,0M,2,UY,20,1!SOLVE!FINISH!/SOLU!EXPASS,ONSOLVEFINISH/POST1SET,LISTSET,1,1PLDISPSET,1,2PLDISPSET,1,3PLDISP实例2：COMBIN14为弹簧-

24、阻尼单元 如：ET,1,COMBINE14,1 ！表示以UX为自由度方向的线性1-D纵向弹簧-阻尼单元；ET,1,COMBINE14,2 ！表示以UY为自由度方向的线性1-D纵向弹簧-阻尼单元；ET,1,COMBINE14,2 ！表示X-Y平面内的线性2-D纵向弹簧-阻尼单元；MASS21为结构点质量单元，有各方向的质量和转动惯量。如：ET,MASS21,4 ！表示无转动惯量的平面2-D质量。M1=1kg,M2=2kg,M3=3kgK1=1000N/m,K2=2000,K3=2000,K4=1000/UNITS,SI/PREP7ET,1,COMBIN14,1ET,2,MASS21,4R,1,10R,2,20R,3,1R,4,2R,5,3N,1,0,0N,2,1,0N,3,2,0N,4,3,0N,5,4,0TYPE,1REAL,1E,1,2E,4,5TYPE,1REAL,2E,2,3E,3,4TYPE,2REAL,3E,2REAL,4E,3REAL,5E,4FINISH/SOLUANTYPE,2MODOPT,SUBSP,3D,1,ALL,0,5,4D,2,UY,0,4,1SOLVEFINISH/POST1SET,1,1PLDISP程序清单：