ANSYS实例分析75道(含结果)

【ANSYS 算例】3.4.2(1) 基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step)
下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。

背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)，见图3-22。

该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。

桥长L=32m,桥高H=5.5m 。

桥身由8段桁架组成，每段长4m 。

该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg ，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P 1 ，P 2和P 3 ，其中P 1= P 3=5000 N, P 2=10000N ，见图3-23。

图3-22位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)
图3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)
表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数
构件 惯性矩m 4 横截面积m 2
顶梁及侧梁(Beam1) 643.8310m -⨯
322.1910m -⨯ 桥身弦梁(Beam2) 61.8710-⨯
31.18510-⨯ 底梁(Beam3)
68.4710-⨯ 33.03110-⨯
解答 以下为基于ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。

(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）:TrussBridge → Run → OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu ：Preferences… → Structural → OK
(3) 定义单元类型
ANSYS Main Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Beam: 2d elastic 3 →OK（返回到Element Types窗口）→Close
(4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add…→select Type 1 Beam 3 →OK →input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) →Apply →input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) →Apply →input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) →OK (back to Real Constants window) →Close (the Real Constants window)
(5) 定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) →OK →Density(定义材料密度) →input DENS: 7800, →OK →Close（关闭材料定义窗口）
(6) 构造桁架桥模型
生成桥体几何模型
ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 →Apply →同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为(4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)）→Lines →Lines →Straight Line →依次分别连接特征点→OK
网格划分
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK →select REAL: 1, TYPE: 1 →Apply →选择桥体弦杆→OK →select REAL: 2, TYPE: 1 →Apply →选择桥底梁→OK →select REAL: 3, TYPE:1 →OK →ANSYS Main Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set →Element Size on Picked →Pick all →Apply →NDIV：1 →OK →Mesh →Lines →Pick all →OK (划分网格)
(7) 模型加约束
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement →On Nodes →选取桥身左端节点→OK →select Lab2: All DOF(施加全部约束)→Apply →选取桥身右端节点→OK →select Lab2: UY(施加Y方向约束)→OK
(8) 施加载荷
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK →select Lab: FY，Value: -5000 →Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→OK →select Lab: FY，Value: -10000 →OK →ANSYS Utility Menu：→Select →Everything
(9) 计算分析
ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK
(10) 结果显示
ANSYS Main Menu：General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def shape only →OK （返回到Plot Results）→Contour Plot →Nodal Solu →DOF Solution, Y-Component of Displacement →OK（显示Y方向位移UY）(见图3-24(a))
定义线性单元I节点的轴力
ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_I], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close
定义线性单元J节点的轴力
ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_J], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close
画出线性单元的受力图(见图3-24(b))
ANSYS Main Menu →General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Line Elem Res →LabI: [ bar_I], LabJ: [ bar_J], Fact: [1] →OK
(11) 退出系统
ANSYS Utility Menu：File →Exit →Save Everything →OK
(a)桥梁中部最大挠度值为0.003 374m (b)桥梁中部轴力最大值为25 380N
图3.24 桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果
【ANSYS算例】3.4.2(2) 基于命令流方式的桁架桥梁结构分析
!%%%%% [ANSYS算例]3.4.2(2) %%%%% begin %%%%%%
!------注：命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行------
/prep7 !进入前处理
/PLOPTS,DA TE,0 !设置不显示日期和时间
!=====设置单元和材料
ET,1,BEAM3 !定义单元类型
R,1,2.19E-3,3.83e-6, , , , , !定义1号实常数用于顶梁侧梁
R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定义2号实常数用于弦杆
R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定义3号实常数用于底梁
MP,EX,1,2.1E11 !定义材料弹性模量
MP,PRXY,1,0.30 !定义材料泊松比
MP,DENS,1,,7800 !定义材料密度
!-----定义几何关键点
K,1,0,0,, $ K,2,4,0,, $ K,3,8,0,, $K,4,12,0,, $K,5,16,0,, $K,6,20,0,, $K,7,24,0,, $K,8,28,0,, $K,9,32,0,, $K,10,4,5.5,, $K,11,8,5.5,, $K,12,12,5.5,, $K,13,16,5.5,, $K,14,20,5.5,, $K,15,24,5.5,, $K,16,28,5.5,,
!-----通过几何点生成桥底梁的线
L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9
!------生成桥顶梁和侧梁的线
L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10
!------生成桥身弦杆的线
L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16
!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
LSEL,S,,,9,16,1,
LA TT,1,1,1,,,,
!-----选择桥身弦杆指定单元属性
LSEL,S,,,17,29,1,
LA TT,1,2,1,,,,
!-----选择桥底梁指定单元属性
LSEL,S,,,1,8,1,
LA TT,1,3,1,,,,
!------划分网格
AllSEL,all !再恢复选择所有对象
LESIZE,all,,,1,,,,,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置
LMESH,all !对所有几何线进行单元划分
!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/solu
NSEL,S,LOC,X,0 !根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,ALL,,,,, !对所选择的节点施加位移约束
AllSEL,all !再恢复选择所有对象
NSEL,S,LOC,X,32 !根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,,UY ,,,, !对所选择的节点施加位移约束
ALLSEL,all !再恢复选择所有对象
!------基于几何关键点施加载荷
FK,4,FY ,-5000 $FK,6,FY ,-5000 $FK,5,FY ,-10000
/replot !重画图形
Allsel,all !选择所有信息(包括所有节点、单元和载荷等)
solve !求解
!=====进入一般的后处理模块
/post1 !后处理
PLNSOL, U,Y , 0,1.0 !显示Y 方向位移
PLNSOL, U,X, 0,1.0 !显示X 方向位移
!------显示线单元轴力------
ETABLE,bar_I,SMISC, 1
ETABLE,bar_J,SMISC, 1
PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 !画出轴力图
finish !结束
!%%%%% [ANSYS 算例]3.4.2(2) %%%%% end %%%%%%
四杆桁架结构的有限元分析
下面针对【典型例题】3.2.5(1)的问题，在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。

即如图3-8所示的结构，各杆的弹性模量和横截面积都为4229.510N/mm E , 2100mm A ，基于ANSYS 平台，求解该结构的节点位移、单元应力以及支反力。

图3-8 四杆桁架结构
解答对该问题进行有限元分析的过程如下。

以下为基于ANSYS图形界面( graphic user interface，GUI)的菜单操作流程；注意：符号“→”表示针对菜单中选项的鼠标点击操作。

关于ANSYS的操作方式见附录B。

1．基于图形界面的交互式操作(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): planetruss→Run →OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences… →Structural →OK
(3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →Link：2D spar 1 →OK (返回到Element Types窗口)→Close
(4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic:EX:2.95e11 (弹性模量)，PRXY: 0 (泊松比)→OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口
(5) 定义实常数以确定单元的截面积
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), AREA: 1e-4 (单元的截面积)→OK→Close
(6) 生成单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:0.4,Y:0,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0.4,Y:0.3,Z:0→Apply→Node number 4 →X:0,Y:0.3,Z:0→OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create →Elements→Elem Attributes（接受默认值）→User numbered→Thru nodes→OK→选择节点1，2→Apply→选择节点2，3→Apply→选择节点1，3→Apply→选择节点3，4→Apply→OK
(7)模型施加约束和外载
添加位移的约束，分别将节点1 X和Y方向、节点2 Y方向、节点4的X和Y方向位移约束。

ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Displacement→On Nodes→用鼠标选择节点1→Apply →Lab2 DOFs: UX，UY ，V ALUE：0→Apply→用鼠标选择节点2→Apply →Lab2 DOFs: UY ，V ALUE：0→Apply→用鼠标选择节点4→Apply →Lab2 DOFs: UX,UY ，V ALUE：0→OK
加载集中力
ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Force/moment→On Nodes→用鼠标选择结构节点2→Apply→FX，V ALUE: 20000 →Apply→用鼠标选择结构节点3→Apply→FY，V ALUE: －25000 →OK
(9) 分析计算
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
(10) 结果显示
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape …→Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results) →Contour Plot→Nodal Solu …→DOF solution→Displacement vector sum (可以看到位移云图)
ANSYS Main Menu: General Postproc →List Results→Nodal solution →DOF solution→Displacement vector sum (弹出的文本文件显示各个节点的位移)
ANSYS Main Menu: General Postproc →List Results→Reaction Solu→ALL items→OK (弹出的文本文件显示各个节点反力)
(11) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK
2．完整的命令流
以下为命令流语句。

注意：以“!”打头的文字为注释内容，其后的文字和符号不起运行作用。

关于命令流的调用方式见附录B。

!%%%%%%%% [典型例题]3.2.5(1) %%%% begin %%%%%%
/ PREP7 !进入前处理
/PLOPTS,DA TE,0 !设置不显示日期和时间
!=====设置单元、材料，生成节点及单元
ET,1,LINK1 !选择单元类型
UIMP,1,EX, , ,2.95e11, !给出材料的弹性模量
R,1,1e-4, !给出实常数(横截面积)
N,1,0,0,0, !生成1号节点,坐标(0,0,0)
N,2,0.4,0,0, !生成2号节点,坐标(0.4,0,0)
N,3,0.4,0.3,0, !生成3号节点,坐标(0.4,0.3,0)
N,4,0,0.3,0, !生成4号节点,坐标(0,0.3,0)
E,1,2 !生成1号单元(连接1号节点和2号节点)
E,2,3 !生成2号单元(连接2号节点和3号节点)
E,1,3 !生成3号单元(连接1号节点和3号节点)
E,4,3 !生成4号单元(连接4号节点和3号节点)
FINISH !前处理结束
!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/SOLU !进入求解状态(在该状态可以施加约束及外力)
D,1,ALL !将1号节点的位移全部固定
D,2,UY，!将2号节点的Y方向位移固定
D,4,ALL !将4号节点的位移全部固定
F,2,FX,20000, !在2号节点处施加X 方向的力(20000)
F,3,FY ,-25000, !在3号节点处施加Y 方向的力(-25000)
SOLVE !进行求解
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
!%%%%%%%% [典型例题]3.2.5(1) %%%% end %%%%%%
【ANSYS 算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析
针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。

结构中各个截面的参数都为：113.010Pa E ，746.510m I ，426.810m A ，相应的有限元分析模型见图3-20。

在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。

图3-19 框架结构受一均布力作用
（a）节点位移及单元编号（b）等效在节点上的外力
图3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载
解答对该问题进行有限元分析的过程如下。

1．基于图形界面的交互式操作(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): beam3→Run →OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu:Preferences… →Structural →OK
(3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →beam：2D elastic 3 →OK (返回到Element Types窗口) →Close
(4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu:Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”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 Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close
(6) 生成几何模型
生成节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK
生成单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元1)→apply →选择节点1，3(生成单元2)→apply →选择节点2，4(生成单元3)→OK
(7)模型施加约束和外载
左边加X方向的受力
ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→
上方施加Y方向的均布载荷
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK
左、右下角节点加约束
ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK
(8) 分析计算
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 →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results)
(10) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK
(11) 计算结果的验证
与MA TLAB支反力计算结果一致。

2．完全的命令流
!%%%%%%%%%% [典型例题]3.3.7(3) %%% begin %%%%%
/ PREP7 !进入前处理
ET,1,beam3 !选择单元类型
R,1,6.5e-7,6.8e-4 !给出实常数(横截面积、惯性矩)
MP,EX,1,3e11 !给出材料的弹性模量
N,1,0,0.96,0 !生成4个节点,坐标(0,0.96,0)，以下类似
N,2,1.44,0.96,0
N,3,0,0,0
N,4,1.44,0,0
E,1,2 !生成单元(连接1号节点和2号节点) ，以下类似
E,1,3
E,2,4
D,3,ALL !将3号节点的位移全部固定
D,4,ALL !将4号节点的位移全部固定
F,1,FX,3000 !在1号节点处施加X方向的力(3000)
SFBEAM,1,1,PRESS,4167 !施加均布压力
FINISH !结束前处理状态
/SOLU !进入求解模块
SOLVE !求解
FINISH !结束求解状态
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !显示变形状况
FINISH !结束后处理
!%%%%%%%%%% [典型例题]3.3.7(3) %%% end %%%%%
实验一衍架的结构静力分析
一、问题描述
图1所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一
个方向向下的力F y ,衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。

试计算各杆件的受力。

其他已知参数如下:
弹性模量（也称扬式模量）
E=206GPa；泊松比μ=0.3；
作用力F y =-1000N；杆件的
横截面积A=0.125m2.
显然，该问题属于典型的衍架
静力分析问题，通过理论求解
方法（如节点法或截面法）也可以很容易求出个杆件的受力，但这里为什么要用ANSYS软件对其分析呢？
三、结果演示
通过使用ANSYS8.0软件对该衍架结构进行静力分析，其分析结果与理论计算结果如表1所示。

表1 ANSYS分析结果与理论计算结果的比较
杆件序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ANSYS分
析结果/N
333.33 333.33 666.67 -471.40 0 -666.67 471.40 666.67 -947.81
理论计算结果/N 333.333 333.333 666.667 -471.40
5
0 -666.667 471.405 666.667 -942.80
9
误差/% 0.3 0.3 0.3 0.5 0 0.3 0.5 0.3 0.1 比较结果表明，使用ANSYS分析的结果与理论计算结果的误差不超过0.5%，因此，利用ANSYS软件分析来替代理论计算是完全可行的。

四、实训步骤
（一） ANSYS8.0的启动与设置
1．启动。

点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS，即可进入ANSYS图形用户主界面。

如图2所示。

其中，几个常用的部分有应用菜单，命令输入栏，主菜单，图形显示区和显示调整工具栏，分别如图2所示。

图1衍架结构简图
2．功能设置。

电击主菜单中的“Preference”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural”复选框，点击“OK”按钮，关闭对话框，如图3所示。

本步骤的目的是为了
图3 Preference参数设置对话框
仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。

3．系统单位设置。

由于ANSYS软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。

在命令输入栏中键入“/UNITS，SI”，然后回车即可。

（注：SI表
图4单元类型库对话框图5单元类型对话框
示国际公制单位）
（二）单元类型，几何特性及材料特性定义
1．定义单元类型。

电击主菜单中的“Preference >Element Type>Add/Edit/Delete”，弹出对话框，点击对话框中的“Add…”按钮，又弹出一对话框（图4），选中该对话框中的“Link”和“ 2D spar 1”选项，点击“OK”，关闭图4对话框，返回至上一级对话框，此时，对话框中出现刚才选中的单元类型：LINK1，如图5所示。

点击“Close”，关闭
图6单元类型对话框图7 实常数对话框
图8 材料特性对话框
图5所示对话框。

注：LINK1属于二维平面杆单元，即我们常说的二力杆，只承受拉压，不考虑弯矩。

2．定义几何特性。

在ANSYS中主要是实常数的定义：点击主菜单中的“Preprocessor>RealContants>Add/Edit/Delete”, 弹出对话框，点击“Add…”按钮，第二（1）步定义的LINK1单元出现于该对话框中，点击“OK”，弹出下一级对话框，如图6所示。

在AREA一栏杆件的截面积0.125，点击“OK”，回到上一级对话框，如图7所示。

点
击“Close ”，关闭图7所示对话框。

3．定义材料特性。

点击主菜单中的“Preprocessor>Material Props> Material Models ”, 弹出对话框，如图8所示,逐级双击右框中“Structural,Linear,Elastic,Isotropic ”前图标，弹出下一级对话框，在弹性模量文本框中输入：206E9，在泊松比文本框中输入：0.3，如图9所示，点击“OK ” 返回上一级对话框，并点击“关闭”按钮，关闭图8所示对话框。

（三） 衍架分析模型的建立
1． 生成节点。

图10所
示衍架中共有6个节点，其坐
标根据已知条件容易求出如
下：1（0，0，0），2（1，0，
0），3（2，0，0），4（3，0，
0），5（1，1，0），6（2，1，
0）。

点击主菜单中的
“Preprocessor>Modeling>C
reate>Nodes>In Active CS ”,
弹出对话框.在“Node number ”一栏中输入节点号1，在“XYZ Location ”一栏中输入节点1的坐标（0，0，0），如图10所示，点击“Apply ”
按钮，在生成1节点的同
时弹出与图10一样的对话
框，同理将2-6点的坐标
输入，以生成其余5个节点。

此时，在显示窗口上图9 材料特性参数对话框
图10 节点生成参数输入对话框
图11 生成节点显示
显示所生成的6个节点的位置，如图11所示。

2．生成单元格。

点击主菜单中的
“Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>Thru Nodes”,弹出“节点选择”对话框，如图12所示。

依次点选节点1、2，点击Apply按钮，既可生成①单元。

同理，分别点击2、3；
3、4；1、5；2、5；5、6；3、5；3、6；
4、6可生成其余8个单元。

生成后的单元如图13所示。

（四）施加载荷
1．施加位移约束。

点击主菜单中的
“Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes”,弹出与图12所示类似的“节点选择”对话框，点选1
节后，然后点击“Apply”按钮，弹出对话框如图14所示，选择右上列表框中的“All DOF”,并点击“Apply” 按钮，弹出对话
框如图14所示，选择右上列表框中的UY，并点击“OK”按钮，即可完成对节点4沿y方向的位移约束。

图12 节点选择对话框
图13 生成单元显示
2．施加集中力载荷。

点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>Define
Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes”,弹出对话框如图15所示，在
“Direction of force/mom”一项中选择：“FY ”，在“For ce/Moment value” 一项中输入：-1 000（注：负号表示力的方向与Y 的正向相反），然后点击“OK ”按钮关闭对话框，这样，就在节点3处给桁架结构施加了一个竖直向下的集中载荷。

说
明：根据
图1所示
有限元分
析的基本
过程，到
此为止，
有限元分
析的前置
处理部分
已经结束。

但在使用ANSYS 软件进行分析的过程中，施加载荷这一步骤往往既可以在前置处理中完成（如本实训一样），也可以在求解器中完成（如点击主菜单中的“Solution>Define Loads>Apply>Stuctural…”,实现过程完全一样）。

（五）开始求解 图14 节点1的位移约束
图15 施加载荷
点击主菜单中的
“Solution>Solve>Current
LS”,弹出对话框（图16），
点击“OK”按钮，开始进
行分析求解。

分析完成后，
又弹出一信息窗口（图17）
提示用户已完成求解，点
击“Close”按钮关闭对话框即可。

至于在求解时产生的STATUS Command窗口，点击“File>Close”关闭即可。

说明：到此为止，有限元分析的求解器计算部分已经结束。

（六）分析结果显示
1．显示变形图。

点击主菜单中的“General Postproc>Plot Results>Deformed Shape”,弹出对话框如图18所示。

选中“Def + undeformed”选项，并点击“OK”按钮，即可显示
本实训桁架结构变形前后的结果，如图19所示。

图2-3 用户主界面
图16 求解对话框图17 求解完成
图18 显示变形图设置
2显示变形动
画。

点击应用菜单
（Utility Menu ）中
的Plot
Ctrls >Animate>De
formed Shape…,弹
出对
话框
如图
20所
示。

选
中
Def+u
ndefo
rmed
”选
项，并
在
“Time delay ”文本框中输入：0.1,然后点击“OK ”按钮，即可显示本实训桁架结构的变性动画。

由于集中力FY 作用在3节点上，因此，3节点产生的位移最大。

图21是动画片、显示桁架受力变形的过程，右边窗口是动画显示的控制窗口，可以暂停，也可以拖动显示进度条。

图19 用户主界面
图20 变形动画参数设置
3．列举支反力计算结果。

点击主菜单中的“General Postproc>List Results> Reaction Solu ”，
弹出对话
框如图22
所示。

接
受缺省设
置，点击
“OK ”按
钮关闭对
话框，并
弹出一列
表窗口，显示了两铰链点（1、4节点）所受的支反力情况，如图23所示。

4.列举各杆件的轴向力计算结果。

点击主菜单中的“General Postproc>List Result> Element Solution ”，弹出对话框如图24所示，在中间列表框中移动滚动条至最后，选择“By Sequence num ”选项，右上列表框中选择“SMISC ”选项，右下文本框中输入“SMISC ，1”，点击“OK ”按钮关闭对话框，并弹出一列表窗口，显示了9个杆单元所受的轴向力，如图25所示，此外，还给出了最大、最小力及其发生位置。

说明：到此为止，有限元分析的后置处理部分就可以结束了。

实际上，ANSYS 软件的后置处理功能非常强大，除了能显示上述结果外，还可以显示其他许多结果，比如，各节点产图21 动画仿真控制对话框
图22 显示支反力参数设置对话框
图23 显示支反力列表
生的位移（General Postproc >List
Results> Nodal Solution）和各节点所受
载荷（General Postproc >List Results>
Nodal Loads）等等，有兴趣的读者可自行
尝试。

（七）ANSYS软件的保存与退出
1．保存。

点击应用菜单中的
“File>Save as Jobname.db,ANSYS”自动
将结果保存，缺省的文件名为：下次打开
时，可直接点击“file.db”
2．退出。

点击应用菜单中的
“File>Exit…”，弹出保存对话框，选中
“Save Everything”，点击“OK”按扭，
即可退出ANSYS。

图25显示轴向力列表
图24 单元求解结果参数选择对话框
实验二 三维实体结构的分析
介绍三维实体结构的有限元分析。

一、问题描述
图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为，
m d m c m b m a m l 03.0,02.0,2.0,16.0,0.1=====。

试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。

其他已知参数如下：
弹性模量（也称杨式模量） E= 206GPa ；泊松比3.0=u ；
材料密度3
/7800m kg =ρ；重力加速度2/8.9s m g =； 作用力Fy 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N
三、结果演示
图25 工字钢结构示意图
使用ASSYS 8。

0软件对该工字钢梁进行结构静力
分析，显示其节点位移云图。

四、实训步骤
（一）ASSYS8.0的启动与设置
与实训1第一步骤完全相同，请参考。

（二）单元类型、几何特性及材料特性定义
1定义单元类型。

点击主菜单中的
“Preprocessor>Element
Type >Add/Edit/Delete ”，弹
出对话框，点击对话框中的
“Add…”按钮，又弹出一对
话框（图26），选中该对话
框中的“Solid ”和“Brick
8node 45”选项，点击“OK ”，
关闭图26对话框，返回至上
一级对话框，此时，对话框
中出现刚才选中的单元类型：Solid45，如图27所示。

点击“Close ”，关闭图27所示对话框。

注：Solid45单元用于建立三维实体结构的有限元分析模型，该单元由8个节点组成，每个节点具有X 、Y 、Z 方向的三个移动自由度。

图26单元类型库对话框
图27 单元类型对话框
图28 材料特性参数对话框
2．定义材料特性。

点击主菜单中的“Preprocessor>Material Props >Material Models”，弹出窗口如图28所示，逐级双击右框中“Structural\ Linear\ Elastic\ Isotropic”前图标，弹出下一级对话框，在“弹性模量”（EX）文本框中输入：2.06e11，在“泊松比”（PRXY）文本框中输入：0.3，如图29所示，点击“OK”按钮，回到上一级对话框，然后，双击右
图28 材料特性对话框
框中的“Density”选项，在弹出对话框的“DENS”一栏中输入材料密度：7800，点击“OK”按钮关闭对话框。

最后，点击图2-31所示窗口右上角“关闭”该窗口。

（三）工字钢三维实体模型的建立
图30 节点生成参数输入对话框
1．生成关键点。

图30所示的工字钢梁的横截面由12个关键点连线而成，其各点坐标分别为：1（-0.08,0,0）、2（0.08,0,0）、3（0.08,0.02,0）、4（0.015,0.02,0）、5（0.015,0.18,0）、6（0.08,0.18,0）、7（0.08,0.20,0）、8（-0.08,0.20,0）、9（-0.08,0.18,0）、10（-0.015,0.18,0）、11（-0.015,0.02,0）、12（-0.08,0.02,0）。

点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create>
Keypoints>In Active CS ”，弹出对话框。

在“Keypoint number ”一栏中输入关键点号1，在“XYZ Location”一栏中输入关键点1的坐标（-0.08，0，0），如图30所示，点击“Apply ”按钮，同理将2~12点的坐标输入，此时，在显示窗口上显示所生成的12个关键点的位置。

2．生成直线。

点击主菜单中的
“Preprocessor>Modeling>Create >Lines >Lines>StraightLine ”，弹出关键点选择对话框，依次点选关键点1、2，点击“Apply ”按钮，即可生成第一条直线。

同理，分别点击2、3；3、4；4、5；5、6；6、7；7、8；8、9；9、10；10、11；11、12；12、1可生成其余11条直线。

生成后的组成工字钢梁横截面的直线如图31所示。

3．生成平
面。

点击主菜单
中的
“Preprocessor>
Modeling>Creat
e >Areas>Arbitr
ary>By Lines ”，
弹出“直线选择”对话框，依次点图31 生成直线显示
图32 面选择对话框
图33 平面拉伸成体的参数设置
选1~12直线，点击“OK ”按钮关闭对话框，即可生成工字钢的横截面。

4．生成三维实体。

点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>>Operate>Extrude>Areas >Along Normal ”，弹出平面选择对话框32，点选上一步骤生成的平面，点击“OK ”按钮。

之后弹出另一对话框33，在“DIST ”一栏中输入：1（工字钢梁的长度），其他保留缺省设置，点击OK 按钮关闭对话框，即可生成工字钢梁的三维实体模型。

如图34所示。

（四）网络划
分
1．设定单
元大小。

点击
主菜单中的
“Preprocess
or>Meshing>M
eshTool ”,弹
出对话框，在
“Size
Control ”标
签中的Global
一栏点击Set
按钮，弹出 “网格尺寸设置”对话框，在SIZE 一栏中输入：
0.02，其他保留缺省设置，点击OK 按钮关闭对话
框。

2．接着上一步，在图35的划分网格的对话框
中，选中单选框“Hex ”和“Sweep ”，其他保留缺
省设置，然后点击“Sweep ”按钮，弹出体选择对
话框，点选34中的工字钢梁实体，并点击OK 按钮，即可完成对整个实体结构的网格划分，其结果如36所示。

（五）施加载荷 图34 工字钢梁三维实体模型
图36 划分网格后的工字钢梁模型
1．施加位移约束。

点击主菜单的
“Preprecessor>Loads>Define
Loads>Apply>Structuaral>Displacemengt>On Areas”，
弹出面选择对话框，点击该工字梁的左端面，点击“OK”
按钮，弹出对话框如图示，选择右上列表框中的“All DOF”，
并点击“OK”按钮，即可完成对左端面的位移约束，相当
于梁的固定端。

同理，对工字钢的右端面进行固定端约束。

2．施加分布力（Fy）载荷。

（1）选择施力节点。

点击应用菜单中的
“Select>Entities...”，弹出对话框如图37所示，在
第一个列表框中选择“Nodes”选项，第二个列表框中选
择“By Location”选项，选中“Zcoordinates”单选框，
并在“Min,Max”参数的文本框中输入：0.5（表示选择工
字钢梁沿的中间横截面上的所有节点），其他参数保留缺
省设置，点击“Apply”按钮完成选择。

点击“Plot”按
钮，在显示窗口上显示出工字钢梁中间横截面上的所有节
点。

然后，在图37所示对话框中选中“Ycoordinates”
单选框，在“Min,Max”参数文本框中输入：0.2（表示工
字钢梁的上表面），选中“Reselect”（表示在现有活动
节点——即上述选择的中间横截面中，再选择y坐标等于
0.2的节点为活动节点）单选框，其他参数保留缺省设置
（参见图37），然后依次点击“Apply”和“Plot”按钮，
即可在显示窗口上显示出工字钢梁上表面沿长度方向中
线处的一组节点，这组节点即为施力节点。

图35 网格划分对话框（2）施加载荷。

点击主菜单中的
“Preprocessor>Loads>Define
Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Loads”，弹出“节点选择”对话框，点击“Pick All”按钮，即可选中（1）中所选择的这组需要施力的节点，之后弹出另一个对话框，在该对话框中的“Direction of force/mom”一项中选择：“FY,在Force/moment value”一项中输入：-5000（注：负号表示力的方向与Y的方向相反），其他保留缺省装置，如图38。