基于ANSYS的有限元分析

基于ANSYS的有限元分析
有限元大作业
基于ansys的有限元分析
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ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。

是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机
械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。

ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。

目前，中国100多所理工院校采用ANSYS 软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。

2D Bracket
问题描述:
We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element.
1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm
2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa.
3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge.
4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. The
load is 2625 N/m.
5.Objective: a.Plot deformed shape
b.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these)
c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see how
d.principal stress and von Mises stress chang
e.
一，建立模型
1设置工作平面
在ansys主菜单里找到workplane>wp settings,输入如下参数。

2建立关键点如图
3连接各点组成下图所示的线段
4上述6条线段组成封闭的面
5作出如图所示的倒角，半径为0.025m。

6画出两圆位置如图，将各组成面进行布尔和组成一个面。

7修改工作平面尺寸，画出图示两小圆，与大平面进行布尔差
二，设置材料属性
材料性质为线弹性，杨氏模量为200GPa，泊松比为0.3。

三，设置网格单元属性并划分网格
1选择单元类型为8节点应力单元
2设置平面应力单元厚度为0.3125m。

3设置单元大小
在平板外围轮廓线上设置为长度0.0125m，在两空孔内部曲线上设置为长度0.001m。

4划分网格
四，载荷与边界条件
1将平板左边完全固定
2在平板上部施加压力载荷，大小为2625N/m。

五，计算与后处理
1新建分析文件，设置为静态。

2后处理
位移云图
Mises应力云图
第一主应力云图
第二主应力云图第三主应力云图
1由mises应力云图可以看出在圆角处和上表面最左端应力最大。

2由主应力云图可以看出结构上最大压应力大于拉应力，倒角区域的压应力是破坏结构的主要因素。

3由变形云图可知平板最右端位移最大。

六，修改倒角半径
R=0.012m时应力云图和变形云图
变形云图
Mises应力云图
主应力云图
R=0.006m时应力云图和变形云图
变形云图
Mises应力云图
主应力云图
对比分析可以发现，圆角半径越小，圆角处的应力越大，应力集中越明显，结构所能承受的载荷越小。

3D Solid 问题描述：
Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa.
Boundary conditions: The object is fixed around the inner surface of the hole.
Loading: The object is loaded uniformly (1000 N/cm2) along the top surface of the extended beam.
Objective:
To plot deformed shape.
To determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these. Do not print the stress list)
What is the maximum load the object can take. Clearly mention the yield
stress that you have assumed for steel. Also assume factor of safety of 1.25.
一，建立模型
1设置工作平面
在ansys主菜单里找到workplane>wp settings,
输入如下参数。

2建立一个长5cm宽1cm高8cm的长方体
3在长方体上开两个小孔，孔径5mm。

4以平板一面为基准依次建立的长方体
二，设置材料属性
材料性质为线弹性，杨氏模量为200GPa，泊松比为0.3。

三，设置网格单元属性并划分网格
1选择单元类型为10节点应力单元
2划分网格
四，载荷与边界条件
将基准平板两孔内表面完全约束，在悬臂上施加大小为10兆Pa压强。

五，计算与后处理
1新建分析文件，设置为静态。

2后处理
变形云图
Mises应力云图
主应力云图
从应力云图图可以看出在两孔处应力较大，在伸
出端和平板连接的上下两处应力较大，在伸出端上靠近平板处应力增大。

左右方向的伸出端无应力集中，应力也不大。

3计算最大载荷
这里假设使用的是常见的Q235号钢，屈服极限为235Mp。

根据题设给出的安全系数s=1.25可以算出材料许用应力为188MPa，结构危险截面应力不允许达到188MPa。

根据上述分析可知在10MPa压力下结构最大应力为1290MPa，对于线弹性问题，载荷与应力成正比，可以反求出当应力在188MPa时结构承受载荷为1.5MPa压力。

六，Abaqus对比分析
1软件介绍：ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。

ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。

ABAQUS 的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。

由于ABAQUS 优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS 被各国
的工业和研究中所广泛的采用。

ABAQUS 产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。

2同样的，在abaqus中建立上述模型，并计算的到如下结果。

mises应力云图
主应力云图
对比ANSYS和Abaqus的分析结果，显然计算结果大致相同，足以验证上述分析的正确性。

3验证最大载荷
在abaqus中，将载荷修改成1.5MPa计算得到的最大mise应力为180MPa，符合上述分析得到的结论。

七，总结
ANSYS大作业在历时一个星期的坎坷中完成了，心中的喜悦难以言喻。

第一次听到ANSYS这个软件还从老师课上的说教，真正接触到这个软件，深深的觉得它难学，难用，跟我之前学过的catia以及abaqus有着很大的区别。

在学习它的过程中，逐渐的体会用数学的思维解决工程实际问题这一思想。

使用ANSYA完成大作业是我的一次大胆尝试，在完成大作业的过程中我遇到了各种各样的困难，由于初学ANSYS，对软件的不熟悉，造成了我分析的困难，这也促进了我去图书管看辅导书，在网上看教程，一次一次尝试。

在ANSYS上建模是一件非常痛苦的事情，起初我想用catia画，导入到ANSYS中分析，尝试多次还是失败了。

用ANSYS和catia进行联合仿真是我今后往下学习的方向，并坚信最终可以完成。

说到CAE这门课，它深奥难懂，内容繁多，学习起来困难，幸在老师讲课深入浅出，绘声绘色，让我们接受起来不那么晦涩。

最后，感谢大作业给我带来的锻炼和提高，
我深知今后要学习的东西还有很多，我也会继续将ANSYS学习下去，完成将来所遇到的问题。