ANSYS进行有限元静力学分析

一、设计大纲概述

1、设计目的

（1）熟悉有限元分析的基本原理和基本方法；

（2）掌握有限元软件ANSYS的基本操作；

（3）对有限元分析结果进行正确评价。

2、设计原理

利用ANSYS进行有限元静力学分析。

3、设计仪器设备

1）安装windows 2000以上版本的微机；

2）ANSYS 8.0以上版本软件。

4、实验内容与步骤

1）熟悉ANSYS的界面和分析步骤；

2）掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；

3）掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；

4）实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。

二、题目：

如图试样期尺寸为100mm*5mm*5mm,下端固定，上端受拉

力10000N作用。已知该试样材料的应力-应变曲线如图

所示。计算试样的位移分布。

三、分析步骤：

分析：从应力-应变关系可以看出该材料的屈服极限是225MPa 左右，弹性部分曲线的斜率为常数75GPa。之后材料进入塑性变形阶段，应力-应变关系为非线性的。估计本题应力10000/（0.05*.005）=400MPa,因此材料屈服进入塑性，必须考虑材料非线性影响。

（1）建立关键点。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In

ActiveCS，建立两个关键点（0，0，0）和（0，100，

0）。

（2）建立直线。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Staight

Line,在关键点1、2之间建立直线。

（3）定义单元类型。单击菜单Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,

定义单元Structural>Link>2D spar1(LINK1)

（4）定义单元常数。单击菜单Main Menu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,

在弹出的Real Constants for LINK1对话框中，输入

如下的单元几何参数：截面面积AREA=25 出始应

变=0

（5）定义材料属性。

1）单击菜单Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material

Models>Structural>Linear>Elastic>Isotropic,在弹出的对话

框中，输入如下的材料属性：杨氏模量EX=73e3 泊松

比PRXY=.3

2）单击菜单Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material

Models>Structural>Nonlinear>Elastic>Mutilinear Elastic,弹

出如图所示的对话框。在STRAIN和STRESS域输入如

表所示的两组数据。其表中的数据是从如图所示的应力-

应变关系中得来，中间点采用了线性插值的计算方法。输

入第一对数据后，单击[Add Point]按钮，可以输入第二对

数据。

曲线点Strain Stress

1 0 0

2 0.01 75

3 0.002 150

4 0.003 225

5 0.004 240

6 0.005 250

7 0.025 300

8 0.06 355

9 0.1 390

10 0.15 420

11 0.2 435

12 0.25 449

13 0.275 450

3）数据输入完毕，在Mutilinear Elastic for Material Number 1对话框中单击Graph按钮，得到如图所示的应力-应变图

形，这个图形应该和本例开始给出的应力-应变曲线符合。

单击[OK]按钮确定输入数据。

4）单击菜单Utility Menu>Plot>Replot,重新绘制问题的几何模型。

（6）定义单元尺寸。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size

Cntrls>ManualSize>Lines>All Lines,指定单元边长

5。

（7）划分网络。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines,在弹出的

对话框中单击[Pick All]按钮。

（8）定义分析类型。单击菜单Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,选择

Static选项。

（9）设置解选项。单击菜单Main Menu>Solution>Analysis Type>Sol’n Control,弹出如

图所示对话框。按照图中所示在Basic标签页下做

如下的设置：

●在Analysis Options域选择Large Displacement Static选

项。这样ANSYS将考虑到大变形的效应。

●在Time Control域的Automatic time stepping列表选择

On。Automatic time stepping将运行ANSYS自动决定将载荷步划分成合适数目的子步。激活Automatic time stepping选项同时也将降火二分法确保收敛功能。

●在Time Control域的Number of substeps文本框输入子步

数目20。这样ANSYS计算的第一个子步载荷将是总载荷的1/20。因为现在将Automatic time stepping激活，所以剩余的子步步长将由ANSYS根据前一个子步的计算结果自动调整。

●在Time Control域的Max no of substeps文本框输入最大

子步数目1000。如果经过1000个子步迭代，仍然得不到收敛的解，ANSYS将停止继续求解。

●在Time Control域的Min no of substeps文本框输入最小

子步数目1。

●在Write Items to Results File域中选择All solutions items

选项，在Frequncy列表中选择Write Every Substep选项，这样可以保存每个子步的计算结果，便于作出系统的时间响应曲线。

切换到Nonlinear标签页，如图所示，做以下设置。