试验六平板的有限元建模与变形分析

目录
第一章有限元方法实验 (1)
实验一有限元软件的基本使用 (1)
实验二一个悬臂梁的基本分析 (5)
实验三平面结构的静力分析 (12)
实验四结构瞬态分析 (22)
实验五坝体的有限元建模与应力应变分析 (28)
实验六平板的有限元建模与变形分析 (30)
第二章常用优化算法程序及示例 (32)
实验一进退法 (32)
实验二黄金分割法 (36)
实验三二次插值法 (40)
实验四共轭方向法（Powell法） (44)
实验五变尺度法 (52)
实验六约束随机方向法 (62)
实验七复合形法 (69)
第三章基于MathCAD的齿轮减速器的优化设计 (80)
参考文献 (87)
i
第一章有限元方法实验
实验一有限元软件的基本使用
一、实验目的
✧初步掌握有限元软件的基本使用方法
✧了解软件进行结构分析的基本功能
✧了解用户界面
✧掌握基本操作
二、实验设备的基本配置
✧实验采用有限元分析软件ANSYS/ED版本
✧微机安装Windows 98, Windows NT4.0以上的操作系统。

至少需要200兆硬
盘，16MB内存。

17”以上显示器，显示分辨率为1024X768。

三、实验步骤
1、启动ANSYS程序
✧单击“开始”按钮，选择
“程序”，选择
ANSYS/ED5.X
✧单击“Interactive”进
入ANSYS交互式操作程
序，出现初始窗口如图。

✧选择ANSYS产品
✧选择ANSYS的工作目录，
ANSYS所有生成的文件都
写入此目录下。

✧选择图形显示方式,如配
置3D显卡，则选择3D。

✧设定初始工作文件名，缺
省为上次运行的文件名，
第一次为file。

✧设定ANSYS工作空间及数据库大小。

✧选择Run 运行ANSYS。

2、ANSYS用户界面
ANSYS软件提供友好的交互式的图形用户界面（GUI），通过GUI可以方便
访问程序的各种功能、命令、联机文档和参考资料，并可以一步一步的完
成整个分析，使ANSYS易学易用。

ANSYS提供四种方法输入命令
✧菜单
✧对话框
✧工具杆
✧直接输入命令
ANSYS有7个菜单窗口，如图，功能如表
3、ANSYS基本操作
ANSYS通过一些基本操作和选择具有不同功能的处理器模块来完成一个分析任务。

ANSYS主菜单提供了完成一个工程分析所必须的处理器模块，它包括一个前处理器、一个求解器、两个后处理器和其他辅助处理器等。

ANSYS 常用的处理器及其功能、操作命令如表。

ANSYS使用统一的集中式数据库存储所有的模型数据和结果，模型数据包括实体模型、有限元模型、材料特性等通过前处理器写入数据库，载荷和求解结果通过求解器写入数据库，后处理结果通过后处理器写入数据库，数据一写入数据库，可以被其他的处理器调用。

ANSYS运行过程中以文件的形式保存数据，文件格式为文本文件和二进制文件格式，常见文件如下：
ANSYS的文件操作：
✧保存文件
⏹以当前工作名保存，GUI方式：Utility Menu>File>Save as
jobname.db
⏹换名保存，GUI方式：Utility Menu>File>Save as,弹出的对话框
中输入文件名。

✧恢复数据库文件
⏹恢复当前工作名数据库文件，GUI方式：Utility Menu>File>Resume
⏹恢复其他数据库文件，GUI方式：Utility Menu>File>Resume from
✧清楚当前数据库，GUI方式：Utility Menu>File>Clear&start new
✧读如命令流文件，GUI方式：Utility Menu>File>Read input from
4、使用ANSYS帮助系统
ANSYS的帮助系统包括所有命令解释和分析指南。

帮助系统可以通过三种方式进入。

✧应用菜单中选取
✧在ANSYS程序组选取 Start>Programes>ANSYS5x>Help system
✧在任何对话框中选取Help
5、退出ANSYS
三种方式退出ANSYS：
✧菜单方式: Utility Menu>File>Exit
✧工具栏: 单击QUIT按钮
✧命令方式：输入窗口输入”/EXIT”
四、实验报告要求
✧记录ANSYS软件的使用过程
实验二一个悬臂梁的基本分析
一、实验目的
✧掌握有限元软件完成一个分析问题的基本过程。

✧独立完成一个悬臂梁的基本分析
二、实验设备的基本配置
a)实验采用有限元分析软件ANSYS/ED版本
b)微机安装Windows 98, Windows NT4.0以上的操作系统。

至少需要200兆硬
盘，16MB内存。

17”以上显示器，显示分辨率为1024X768。

三、实验步骤
不同的问题有不同的分析方法，对多数问题而言，分析问题的基本步骤是相同的。

一个典型的分析过程可以表示如下：
✧建立有限元模型
✧施加载荷及边界条件并求解
✧检验分析结果
1.建立有限元模型
完成一个有限元分析需要把一个物理模型转化成一个合理的由节点和单元表达的数学模型。

在ANSYS前处理模块中，可以完成模型的建立，该模型由节点、单元及其它物理特征构成。

其主要过程如下：
1)定义工作名称
2)定义标题名称
3)设定单位
4)定义单元类型
5)单元实常数
6)定义材料属性
7)创建有限元分析模型
该过程及有关说明如表：
2.施加载荷及边界条件并求解
ANSYS的加载和求解由求解器完成，在求解器中需要完成以下几步。

✧定义分析类型和分析选项
✧施加载荷
✧设定载荷步选项
✧求解
1).定义分析类型和分析选项
在ANSYS程序中，可以进行静态、模态、谐响应、瞬态、谱、特征值失稳和子结构等类型的分析。

可以根据载荷条件和计算的响应选择分析类型。

针对不同的分析类型，分析选项提供了许多具体的选择项。

如：求解器选项、应力硬化选项和非线性选项等。

✧定义分析类型：GUI方式：Main Menu>Solution>New Analysis
✧选择相应的分析选项命令：GUI方式：Main Menu>Solution>Analysis
options
注意：在第一次求解后，不能改变分析类型和分析选项。

模型中使用的单元类型隐含了分析的学科类型（结构、热、磁场等）。

2).施加载荷：
载荷包括边界条件和作用载荷，边界条件一般有约束、边界场参数等，ANSYS 中载荷大致可以分为自由度约束、集中载荷、分布载荷、体积载荷、惯性载荷、耦合场载荷六种。

这些载荷大部分可以直接施加到关键点、线、面、体等几何元素构成的实体模型或由点和单元构成的有限元模型上。

✧施加载荷：GUI方式：Main Menu>Solution>Apply
3).设定载荷步选项：
载荷步选项是用于有关载荷步的选项，如载荷步、子步、时间等。

ANSYS程序中，能够得到一个确定解的载荷配置，称之为一个载荷步。

如：对于同时承受重力和压力的结构物，作为线性静力问题处理时，可以同时施加重力和压力载荷，作为一个载荷步求解。

也可以把重力载荷作为第一个载荷步，压力载荷作为第二个载荷步，最后将两个解进行叠加。

对瞬态动力学问题，一个载荷历程可以分成不同的载荷步可以得到不同阶段的结果。

此外一个载荷步分为多个子步，每个子步代表一个步长，同时子步也称为时间步，代表一段时间。

在瞬态分析和非线性分析中，使用子步用来提高分析精度和帮助收敛。

ANSYS程序在瞬态分析中，时间代表实际时间，在静态和稳态分析中，时间作为计数器表示载荷步和子步。

✧根据不同的分析类型，载荷步选项可有可无。

设定载荷步选项，GUI方
式：Main Menu>Solution>Time/Frequence
4).求解
ANSYS使用求解命令从数据库中得到模型和载荷信息，计算结果，将结果写入结果文件和数据库文件。

✧对当前的载荷步求解，使用GUI方式：Main Menu>Solution>Current LS
✧对多个的载荷步求解，使用GUI方式：Main Menu>Solution>From LS file
5).分析结果
对完成的计算，ANSYS提供两个后处理器查看结果，一个是通用后处理器POST1，另一个是时间历程后处理器 POST26
POST1用于查看整体或部分模型在某一个子步的结果，可以得到等值线显示、变形形状、以及检查和解释分析结果的列表显示，同时提供误差估计等其它功能。

/post1命令的使用GUI方式：Main Menu>General Postproc
用于查看模型的特定点在整个或部分时间历程的结果。

可以得到结果数据对时间或频率的关系的图形曲线和列表。

同时提供数学运算等其它功能。

/post26命令的使用GUI方式：Main Menu>Timehist Postproc
四、使用ANSYS软件完成一个基本分析
根据以上的基本分析过程，下面完成一个简单的悬臂梁分析示例。

1、问题说明：
一个悬臂梁，一端固定，另一端受到集中载荷f的作用，计算最大应力和位移。

材料为A3钢。

截面的几何尺寸见图2.1。

相关的材料常数和其它输入
数据如下：
材料常数：弹性模量EX=2e11pa
几何尺寸：
载荷：f=100n
图2.1:几何尺寸
2、分析方案：
这是一个简单的静力问题。

有限元模型采用二维弹性梁单元beam3，需要输入的实常数为Area=bh；惯性矩Izz=bh3/12确定。

梁固定端约束全部自由度，另一端施加集中载荷f。

求解步骤：
第一步、定义工作名称
1、在ANSYS启动时选择Interactive
2、在随后的设置中指定Jobname 为example, 单击Run按钮，进入 ANSYS 图形界面。

第二步、定义标题名称
1、选择菜单Utility Menu>File>Change title
2、在弹出的对话框中输入beam，单击“ok”。

第三步、定义单位
1、输入窗口中输入/units,si回车。

(表示采用国际单位制，该步骤可以省略)。

第四步、选择单元类型
z
1、选择菜单Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现Element Type对话框。

2、单击Add，Library of element types对话框出现，在左边的滚动列表框点击"structure beam"，在右边的滚动列表框点击“2D elastic 3"，即beam3单元，单击“ ok”。

第五步、定义单元实常数
1、选择菜单Main Menu>Preprocessor>Real constants.
2、单击Add，选中beam3单元，单击“ok”。

3、第一个输入框中的数字是实常数的编号，选择默认值1。

4、在弹出的对话框输入面积Area=2；惯性矩Izz=8/12，高度h=2，单击“ok”确定。

第六步、定义材料属性
1、选择菜单Main Menu>preprocessor>Material Props>
Constant-Isotropic
2、弹出输入框中的数字是材料属性的编号，选择默认值1，单击“ok”。

3、弹出输入框中输入材料属性，弹性模型EX=2e11, 单击“ok”。

接着建立有限元模型，建立有限元分析模型可以采用先建立几何模型，再进行网格剖分的方式，也可以直接建立节点和单元。

这里采用第二种方式。

第七步、生成节点
1、选择菜单Main Menu>Preprocessors>Create>Nodes>In Active cs,在弹出的对话框输入node=1,x=0,y=0,z=0 ，单击“apply“
2、弹出的对话框输入node=11,x=100,y=0,z=0，单击“ok“
3、选择菜单Main Menu>Preprocessors>Create>Nodes>Fill between nds,出现点取对话框，用鼠标点取节点1和11，单击“ok“,弹出的对话框单击“ok“，图形窗口出现11个节点如图2.2。

图2.2: 生成节点
第八步、生成单元
1、选择菜单Main Menu>Preprocessors>Create>Elments>Auto numbered
-thru nodes, 出现点取对话框，用鼠标点取节点1和2，单击“ok“,生成一个beam3单元。

2、选择菜单Main Menu>Preprocessors>Copy>Elments>Auto numbered, 出
现点取对话框，用鼠标点取单元1，单击“ok“,弹出的对话框输入ITIME=10,NINC=1, 单击“ok“，图形窗口出现11个单元。

第九步、保存数据库文件
选择菜单Utility Menu>Save as，保存对话框中输入example.db。

第十步、定义分析类型和选项
选择菜单Main Menu>Solution>New Analysis,弹出窗口中选择“S tatic”，单击“ok“,表示选择一个静态分析。

第十一步、施加位移约束
1、选择菜单Main Menu>Solution>Loads>Apply>Displacements>On nodes,
出现点取对话框，用鼠标点取节点1，单击“ok“。

2、弹出的对话框选择LAB2=ALL DOF, 单击“ok“.
第十二步、施加集中载荷
1、选择菜单Main Menu>Solution>Loads>Apply>Force/Moments>on nodes,出现点取对话框，用鼠标点取节点11，单击“ok“。

2、弹出的对话框选择LAB=FY,VALUE=100, 单击“ok“.
第十三步、求解
1、选择菜单Main Menu>Solution>Current LS.
2、出现一个状态信息窗口，显示求解的相关信息，浏览后关闭窗口。

3、单击“ok“，开始求解，对于这个静态问题，求解很快结束。

4、弹出求解完成信息框，单击“close“.
第十四步、进入后处理器检验分析结果
1、进入通用后处理器，并读入结果
选择菜单Main Menu>General Postproc>Read Results>First set 2、绘制变形图，显示Y方向的位移
选择菜单Main Menu>General Postproc>Plot results>Nodal Solu>，
在弹出对话框中选择COMP中左边滚动框选择“DOF S olution”,右边
滚动框选择“Translation UY”,单击“ok“.
3、列表显示节点的轴向应力
选择菜单Main Menu>General Postproc>List Results>Element
Solution>，在弹出对话框中选择ITEM中左边滚动框选择“By Sequence
N umber”,右边滚动框选择“NMISC,1”,单击“ok“.
4、列表显示反作用力
选择菜单Main Menu>General Postproc>List results>Reaction Solu>，
在弹出对话框中选择Struct Force FY”,单击“ok“.
比较结果
结果显示梁自由端出现最大位移，固定端出现最大应力和理论解保持一致。

用ANSYS软件计算的结果和理论解的比较见表2.2。

五、实验报告要求
1、记录ansys软件进行分析的基本过程
参考示例，改变参数如下：材料常数：弹性模量EX=2e11Pa
几何尺寸：l=1000m, b=1m, h=2m 载荷：f=500N
2、完成分析，记录计算过程和应力、位移的结果，并存盘保存。

实验三平面结构的静力分析
一、实验目的
✧掌握有限元软件进行结构静态分析方法。

✧掌握建立2D有限元模型。

✧掌握结构静态分析求解过程。

✧掌握结果后处理方法。

二、实验设备的基本配置
✧实验采用有限元分析软件ANSYS/ED版本
✧微机安装Windows 98, Windows NT4.0以上的操作系统。

至少需要200兆硬
盘，16MB内存。

17”以上显示器，显示分辨率为1024X768。

三、实验步骤
静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，不考虑惯性和阻尼的影响，静力分析可以是线性或非线性的，结构线性静力分析过程可以表示如下：
✧建立有限元模型
✧施加载荷及边界条件求解。

✧结果评价和检验分析
1、建立有限元模型
现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型建模，类似于CAD，ANSYS以数学方式表达结构的几何形状，用于在里面填充节点和单元，还可以在几何模型边界上方便地施加载荷。

但是，几何实体模型并不参与与有限元分析。

所以施加在几何
（节点或单元上）进行求解，实体边界上的载荷或结束必须最终传递到有限元模型上，
由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分（Meshing)
2、工作平面
工作平面（WP）是一个可移动的参考平面，Utility Menu>WorkPlane>
3、2-D体素
体素是指预先定义好的，具有共同形状的面或状
创建2D体素：Main Menu>Preprocessor>Modeling-Create>
4、布尔操作：
是指几何图元进行组合计算。

ANSYS 的布尔操作包括Add,Subtract,Intersect,
Divide,Glue ,以及Overlap，它们不仅适用于简单的体素中的图元，也适用于从CAD 系统传入的复杂几何模型。

使用布尔操作：Main Menu>Preprocessor>Modeling-Create>
5、单元属性，材料属性，定义单元类型，定义实常数，网格划分，模型修正
6、求解
7、后处理
四、结构静态分析
问题描述
这是一个单载荷步的结构静态分析的例子，一块带销孔的角铁如图所示，其左上端的销孔四周被全部结束住（焊接），右下端销孔下半周受压力作用，并假定为平面压力状态。

通过这个例子使大家了解典型的ANSYS分析过程，包括建模，划分网络，施加结束与载荷，求解，后处理等。

图3.1: 几何尺寸
问题详细说明
角铁的几何尺寸如图3.1所示，材料为A3钢，相关的材料常数如下：杨氏模量：=2e11 psi，泊松比=0.27
解题步骤
第一步：指定jobname(可选）
有两种方法来指定jobname：
✧在ANSYS启动时选择Interactive ,在ANSYS启动设置中直接指定jobname，
✧在ANSYS 系统中选取菜单Utility Menu :File >Change Title 在弹出的
对话框中输入jobname
第二步：指定分析标题（可选）
1选取菜单Utility Menu>Change Title
2在弹出的对话框中输入“Comer Bracket”
第三步：设置分析范畴
1、选取菜单Main Menu>Proference
2、单击Structure选项，使之为选中，然后单击OK。

第四步:定义单元类型
1、选取菜单Main Menu:Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现Element Type 对话框。

2、单击ADD，Library of Element Types 对话框出现。

3、在左边的滚动列表框中点击“Structural Solid”。

4、在右边的滚动列表框中点击“Quad 8node 82”，即四边形八节点平面单元（PLANE82），单击OK。

5在Library of element Types 对话框中点击Options ,在Options对话框的Element Behavior选项中选Plane stress with thickness。

6、关闭Library of element Types 对话框。

第五步：定义实常数
1、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Real Constants.
2、点击ADD，选中plane82，点“OK”
3、点击Help可获取关于单元plane82的帮助
4、选File >Exit 退出帮助系统
5、在第一个输入框的数字是该实常数集的编号，接受默认值1
6、在THK中输入0.013，即板的厚度，关闭所有对话框
第六步：定义材料常数
1、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Material Props >Constant-Isotropic
2、点OK，进下一个对话框
3、在EX处输入2e11
4、在NUXY处输入.27
5、OK，关闭材料常数定义对话框
接下去的第七步到第十八步为建立几何模型，在这儿用到了画矩形、圆，倒角，布尔运算以及工作平面等
第七步：画矩形
ANSYS 的建模采用两种方法：自顶向下和自底向上。

比较好的方法是，将一个欲分析的模型分解成若干个ANSYS 的基本图元，如平面图形有：矩形，圆等，再通过某种布尔运算形成整个模型，针对这个问题，可以发现，整个模型是由矩形和圆组成，如图所示
下面从画矩形开始
1`、选取总体坐标原点（global origin）
ANSYS 分析与坐标系无关，但是为了便于建模，ANSYS 提供了一个总体坐标系，我们要做的是把模型的哪一点作为原点，在这里，我们取左上角销孔的圆心为原点
2、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling -Create>Dimensions
3、在对应的输入框中键入X1=0 X2=0.015 Y1=-0.0025 Y2=0.0025
4、点APPLY 产生第一个矩形
5、在输入框中键入X1=0.010 X2=0.015 Y1=-0.0025 Y2=-0.0075
6、点OK形成第二个矩形
第八步：改变绘图控制
上面我们建立了两个矩形的面，他们以相同的颜色显示，如何来区分不同的面呢？ANSYS 可以用编号或颜色来区分。

方法是
1、选菜单Utility Menu>PlotCtrls>Numbering
2、点击Area numbers 选项使之为ON
3、点击OK，关闭对话框，自动重画绘图区域，可以看到两个面编号分别为A1，A2，并以不同的颜色显示
第九步：保存数据库文件
在使用ANSYS 程序时，经常保存数据是一个很好的习惯，操作很简单，选Toolbar> SAVE_DB，保存的目的是为减少由于误操作而造成的重复工作量，因为，ANSYS的恢复操作能恢复到最后一次保存的状态
第十步：将工作平面变为极坐标，产生第一个圆
接下来是建立两个半圆，我们实际上是画两个实心的圆，然后，通过波尔“加”运算，把圆和矩形合并起来
1、选菜单Utility Menu>PlotCtrls>Pan ,Zoom ,Rotate
2、点取小圆点，把图形缩小ZOOM OUT
3、选菜单Utility Menu>Work Plane >Display Working Plane (toggle on )
4、选菜单Utility Menu>WorkPlane >WP Settings
5、选中Polar ,Grid and Triad
6、在Snap inc 中输入1
7、OK，关闭对话框
8、选取菜单Main Menu>Preprocessor >Modeling -Create>Area-Circle> Solid Circle
9、在WPX和WPY中输入0
10在Radius中输入1，OK
第十一步：移动工作平面
1、选菜单Utility Menu>WorkPlane>Offset WP to>Keypoints
2、分别点取矩形A2的左下角和右下角
3、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling -Create>Area -Circle > Solid Circle
4、在WPX和WPY中输入0
5、在Radius中输入1，OK
6、Toolbar:SAVE_DB
第十二步面的合并
1、选取菜单 Main Menu>Preprocessor>Modeling-Operate>Booleans-Add
>Areas
2、点pick all,对所有面合并
3、Toolbar:SAVE_DB
第十三步：产生倒角
1、选菜单Utility Menu>Plotctrls>Numbering
2、选中Line Numbering
3、OK，关闭对话框，自动重画绘图区，出现线段编号
4、选菜单Utility Menu>Workplane>Display Working Plane(toggle off).
5、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling-Create>Lines-Line Fillet
6、点取线段17和8
7、OK，关闭拾取对话框
8、在Fillet Radius中输入0.01
9、OK，产生倒角弧线
10、选菜单Utility Menu>Plot>Lines
第十四步：产生倒角区域的面
1、选菜单Utility Menu>Plotctrls>Pan,Zoom,Rotate
2、点击Zoom按钮。

3、移动鼠标到倒角区域，按左键，移动鼠标形成一个框，再按左键，此选中框即为放大区域
4、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling-Create>Area-Arbitrary>By Lines
5、点取围成倒角区域的三条线L4，L5和L1
6、OK，产生倒角区域面
7、在Pan,Zoom,Rotate对话框中点Fit，使整个图形正好显示在显示窗口内
8、选菜单Utility Menu>Plot>Areas
9、Toolbar:SAVE_DB
第十五步：合并两个面
1.选取菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling-Operate>Booleans-Add>
Areas
2、点pick all对所有面合并
3、Toolbar:SAVE_DB
第十六步：产生第一个销孔
1、选菜单Utility Menu>Workplane>Display Working Plane(toggle on)
2、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling-Create>Area-Circle>Solid Circle.
3、在WPX和WPY中输入0
4、在Radius中输入0.01，OK
第十七步：移动工作平面产生第二个销孔
1、选菜单Utility Menu>Workplane>Offset WP to>Golbal Origin
2、选取菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling-Create>Area-Circle>Solid Circle.
3、在WPX和WPY中输入0
4、在Radius中输入0.01，OK
5、选菜单Utility Menu>Workplane>Display Working Plane(toggle off)
6、选菜单Utility Menu>Plot>Replot
7、选菜单Utility Menu>Plot>Lines
8、Toolbar:SAVE_DB
第十八步：用布尔“减”形成销孔
1.选取菜单Main Menu>Preprocessing>Modeling-Operate>Booleans-
Substract>Areas
2、点取大的面为基面，点APPLY
3、点取两销孔处的小圆为被减去的面
4、OK，形成两销孔
至此，建模完成，接下去进行网格划分，在划分网格前，先将建模的数据保存的指定文件中，以备下次回到建模状态，重新进行网格划分，
第十九步：将数据存入model.db文件
1、选菜单Utility Menu>Save as
2、在保存对话框中输入model.db（扩展名不要省略）
第二十步：网格划分
ANSYS程序的一个最大优点是能自动进行网格划分，如果你的网格密度不能确定时，建议先采用此方法，不过，此方法一般会产生较多的网格，所以，如果你用的是ANSYS/ED版的话，此方法可能行不通，这时，我们可以通过单元尺寸控制人为控制网格密度，步骤如下：
1、选取菜单Main menu>Preprocessor>Mesh Tool
2、点取Global set
3、在SIZE 输入框中输入0.01
4、选择Area Mesh
5、点Mesh
6、在拾取对话框中点pick all
7、关闭Meshtool，完成网格划分，接下去是求解过程，包括：施加约束，载荷，指定分析类型和相关选项等。

图3.2：有限元模型
第二十一步：施加位移约束
1、选菜单Main Menu>Solution>Loads-Apply>Structural Displacements>On Keypoints.
2、点取左端销孔上的四个关键点
3、OK，关闭拾取菜单，弹出apply U,ROT on KPs对话框
4、选中ALL DOF（限制所有自由度，即固定约束）
5、在Displacement Value中输入0（如果此输入框为空，缺省值为0）
6、在Expand DISP to nodes选项点取成YES ，表示将位移约束扩展到节点
7、OK，关闭对话框，产生约束
第二十二步，施加压力载荷(1dyn=1e-5 N)
1、选菜单Main Menu>Solution>Loads-Apply>Structural-Pressure>on lines
2、选取右端销孔左下端的四分之一圆周
3、点APPLY，弹出加压对话框
4、在VALUI中输入50e-5/0.013/0.02
5、点APPLY，选取右端销孔右下端的四分之一圆周
6、点APPLY，弹出加压对话框
7、在VALUI中输入50e-5/0.013/0.02
8、OK
第二十三步：求解
1、选菜单Main Menu>Solution>Current LS.
2、出现一个状态信息窗口，显示求解相关信息，大致浏览后关闭该窗口
3、点OK ，开始求解，由于是静态分析，求解过程很快，几秒种就完成
4、弹出求解结束信息框
5、点Close
第二十四步：后处理
后处理用于检查分析结果，ANSYS 可以对计算结果进行显示和列表，下面针对本算列介绍几个后处理
1、进入通用后处理（/POST1）并读入结果
选Main Menu>General Postproc>Read Results>First set
2、绘制变形图
✧选Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape
✧选Def+Undeformed
✧OK
图3.3：变形图
3、绘制Von Mises应力图
✧选Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour-nodal Solu
✧在左边列表框选Stress.
✧在右边列表框选Von Mises SEQV
✧OK
4、列表显示反作用力
✧选Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu
✧在列表框中选 ALL ITEMS
✧OK
第二十五步：退出ANSYS程序
1、点TOOLBAR:QUIT或选File>Exit
2、选Quit>no Save
3、OK ，即不保存数据退出
五、实验报告
对上述模型，改变约束在下部圆孔，内压力在上部圆孔，均布且大小为18MPA，计算并分析应力和位移结果。

分析结果存盘，写电子文档报告一份，报告中记录详细操作过程及部分结果图形。

实验四结构瞬态分析
一、实验目的
✧熟悉瞬态分析过程
✧完成瞬态分析实验报告
二、实验设备的基本配置
✧实验采用有限元分析软件ANSYS/ED版本
✧微机安装Windows 98, Windows NT4.0以上的操作系统。

至少需要200兆硬
盘，16MB内存。

17”以上显示器，显示分辨率为1024X768。

三、实验步骤
瞬态(FULL)完全法分析板-梁结构实例
如图4.1所示板-梁结构，板件上表面施加随时间变化的均布压力，计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。

全部采用A3钢材料，材料特性：杨氏模量2e112
N，泊松比0.3，密度
/m
7.8e33
/m
Kg,
板壳：厚度=0.02m
四条腿（梁）的几何特性：截面面积=2e-42
m，宽度=0.01m，
m，惯性矩=2e-84
高度=0.02m
图4.1: 质量梁-板结构及载荷示意图
压力载荷与时间的关系曲线见下图4.2所示。

压力（N/m2
s）
图4.2: 板上压力-时间关系
分析过程
第1步：设置分析标题
1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。

2.输入“ The Transient Analysis of the structure”，然后单击OK。

第2步：定义分析参数
1.选取菜单途径Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，弹出Scalar
Parameters窗口，在Selection输入行输入：width=1，单击Accept。

2.依次在Selection输入行输入：length=2、high=-1和mass_hig=0.1，每次
单击Accept。

3.单击Close，关闭Scalar Parameters窗口。

第3步：定义单元类型（省略）
第4步：定义单元实常数（省略）
第5步：定义材料特性（省略）
第6步：建立有限元分析模型（有限元网格模型，省略）
第7步：瞬态动力分析
1.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis，弹出New
Analysis对话框。

2.选择Transient，然后单击OK。

3.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequency>
Damping，弹出Damping Specifications窗口。