有限元法基础讲稿-第15讲新
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图4-57 六方孔螺钉头用扳手简图
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
1、定义工作文件名和工作标题
Utility Menu>File>Change Jobname ：“wrench” ，选择【 New log and error files】复选框。 Utility Menu>File>Change Title ：“Static Analysis of an Allen Wrench” 。 Utility Menu>Plot>Replot
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYБайду номын сангаас 入门
结构线性静力分析示例
8、创建倒角圆曲线 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines> Line Fillet，弹出图4-66的【Line Fillet】拾取对话窗口。在绘图 区域选取线8和9。单击”OK”，弹出创建倒角圆对话框。在 “Fillet radius”一栏中输入“BENDRAD”，单击”OK”关闭窗 口。
0.0075
单元长度0.0075m=0.30in
2
沿截面的分段数
2.5E-6
所选结点的容许公差
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
4、定义单元类型及材料属性
Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/ Delete 在左侧的滚动框中选择“Structural Solid”。在右侧的滚动框中 选择“Brick 8node 45”。 单击“Apply” 。建立单元类型1。在 右侧的滚动对话框中选择“Quad 4node 42”。单击“OK” 。建 立单元类型2。
图4-61 【建立六变形的对话】窗口
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
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结构线性静力分析示例
6、创建关键点 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Keypoints> In Active CS 在关键点号码一栏中输入“7”，单击”Apply”，则默认关键 点的“X,Y,Z”坐标值为“0,0,0”(图4-63 )。继续在关键点号 码一栏中输入“8”，在“X,Y,Z”坐标值一栏相应地输入“0 ，0，-L_SHANK”， 单击”Apply”。继续在关键点号码一栏 中输入“9”，在“X,Y,Z”坐标值一栏相应地输入“0， L_HANDLE,-L_SHANK”，并单击”OK”关闭对话窗口。
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ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
2、设置系统单位制 输入命令“/UNITS，SI”并回车。 Utility Menu>Parameters>Angular Units，弹出设置角度单 位的参数功能对话框。在下拉菜单中选择“Degrees DEG”，如图4-58所示。
图4-67 【Divide Area by Line】拾取对话框
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ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
9、创建扳手断面 Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component，打 开创建构件的对话窗口如图4-68。在构件名一栏中输入 “BOTAREA”。在“Component is made of”下拉菜单中选择 “Areas”选项。单击”OK”。
Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 在【Material Models Available】窗口中双击下面的路径： Structural>Linear>Elastic>Isotropic，打开另一对话框。在弹性 模量EX一项中输入“EXX”，PRXY一项中输入0.3，关闭对 话框。
ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
12、进行网格划分 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas> Mapped>3 or 4 sided，弹出【Mesh Areas】拾取对话框,单击“Pick All” 选择所有面进行网格划分。选择菜单路径Utility Menu>Plot>Elements进行显示，如图4-74所示。
图4-69 【Element Sizes On Picked Lines】窗口
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结构线性静力分析示例
11、设置网格密度 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Elements> Elem Attributes，打开单元属性窗口4-70。在单元类型号的下拉 菜单中，选择“2PLANE42”并单击”OK”。
图4-66 【Line Fillet】拾取对话窗口
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9、创建扳手断面 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，将关键点的复选框设置 为Off。 Utility Menu>Plot>Areas。 Main Menu> Preprocessor>Modeling>Operate> Booleans> Divide>With Options>Area by Line。在绘图区域选择截面并 单击；选择标号为7的直线，单击”OK”，则出现图4-67所 示对话框，在“Subtracted lines will be”下拉菜单中，选择 “Kept”，确定后关闭窗口。
在Mesher Type区域，选择
“Mapped”选项并单击，弹出图4-
72所示的【Set Element Shape】对
。
话框。选择程序的默认设置，并单
击
图4-72 【Set Element Shape】对话框 图4-71 【Mesher Options】 对话窗口
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图4-58 【设置系统单位制】对话框
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结构线性静力分析示例
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
3、定义参数表
Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters
参数名 EXX W_HEX W_FLAT L_SHANK L_HANDLE BENDRAD L_ELEM NO_D_HEX TOL
表4-2 参数名和参数值
参数值
说明
2.07E11
杨氏弹性模量为2.07E11Pa=30E6psi
0.01
横截面的宽度为0.01m=0.39in
W_HEX*TAN(30)
六边形的边长
0.075
短手柄的长度0.075m=3.0in
0.2
长手柄的长度0.2m=7.9in
0.01
弯角半径0.01m=0.39in
图4-70 单元属性窗口
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结构线性静力分析示例
11、设置网格密度 Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls> ManualSize> Lines> Picked Lines.依次选取编号为1,2,6的线，然后单击 “ OK”。弹出【Element Sizes On Picked Lines】窗口如图469。在单元的分段数“No. of element divisions”一栏中输入 “NO_D_HEX”，然后单击“OK”。
图4-65 【Angle of Rotation】对话窗口
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结构线性静力分析示例
7、创建直线
Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，进入图形编号对话框。 选中关键点复选框使其处于“On”状态。同样，选中直线复 选框使其处于“On”状态。单击”OK”。
图4-63 【Create Keypoints in Active Coordinate System】窗口
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7、创建直线
Utility enu>PlotCtrls >Window Controls >Window Options， 打开窗口如图4-64所 示。在图形显示下拉 菜单中选择“At top left”。 单击”OK”。
图4-64 【Window option】 窗口
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7、创建直线 Utility Menu>PlotCtrls>Pan/Zoom/Rotate，打开【Pan-ZoomRotate】工具栏。单击”ISO”，选择视图角度，并关闭此工具 条。 选择菜单路径Utility Menu>PlotCtrls> View Settings> Angle of Rotation，打开【Angle of Rotation】对话框如图4-65所示， 进行角度旋转设置。在“angle in degrees”一栏中输入“90” 。在“Axis of rotation”下拉菜单中选择“Global Cartes X”。 单击”OK” 。
图4-69 【Element Sizes On Picked Lines】窗口
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11、设置网格密度
Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts，打开【
Mesher Options】 对话窗口如图4-71所示。
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结构线性静力分析示例
• 问题说明:为一个截面宽度为10mm的内六角扳手，在手柄的端部
施加扭转力100N，然后在相同的部位施加垂直向下的力20N，分析在 这两种载荷作用下扳手的应力分布。在问题中使用的尺寸参数如下所 示。截面宽度为10 mm、截面形状为正六边形、手柄长度：20cm、杆 长：7.5cm、倒角半径：1cm、弹性模量：2.07×1011Pa，泊松比为 0.3。
Main Menu>Preprocessor>Modeling> Create> Lines> Lines>Straight Line，打开【Create Straight Line】对话窗口 。在绘图区域使用鼠标选中关键点4和1，可在两关键点之 间建立一条直线。同样，选中关键点7和8，可在关键点7 和8之间建立一条直线。选中关键点8和9建立一条直线。
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5、建立正六边形作为横截面 Main menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas> Polygon> By Side Length
打开通过边长建立六变形的对话窗口如图4-61。在边的 数目一栏中输入“6”。在边长一栏中输入“W_FLAT”。
图4-68 【Create Component】对话框
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10、设置网格密度 Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls> ManualSize> Lines> Picked Lines.依次选取编号为1,2,6的线，然后单击 ”OK”。弹出【Element Sizes On Picked Lines】窗口如图469。在单元的分段数“No. of element divisions”一栏中输入 “NO_D_HEX”，然后单击“OK”。
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1、定义工作文件名和工作标题
Utility Menu>File>Change Jobname ：“wrench” ，选择【 New log and error files】复选框。 Utility Menu>File>Change Title ：“Static Analysis of an Allen Wrench” 。 Utility Menu>Plot>Replot
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8、创建倒角圆曲线 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines> Line Fillet，弹出图4-66的【Line Fillet】拾取对话窗口。在绘图 区域选取线8和9。单击”OK”，弹出创建倒角圆对话框。在 “Fillet radius”一栏中输入“BENDRAD”，单击”OK”关闭窗 口。
0.0075
单元长度0.0075m=0.30in
2
沿截面的分段数
2.5E-6
所选结点的容许公差
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4、定义单元类型及材料属性
Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/ Delete 在左侧的滚动框中选择“Structural Solid”。在右侧的滚动框中 选择“Brick 8node 45”。 单击“Apply” 。建立单元类型1。在 右侧的滚动对话框中选择“Quad 4node 42”。单击“OK” 。建 立单元类型2。
图4-61 【建立六变形的对话】窗口
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6、创建关键点 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Keypoints> In Active CS 在关键点号码一栏中输入“7”，单击”Apply”，则默认关键 点的“X,Y,Z”坐标值为“0,0,0”(图4-63 )。继续在关键点号 码一栏中输入“8”，在“X,Y,Z”坐标值一栏相应地输入“0 ，0，-L_SHANK”， 单击”Apply”。继续在关键点号码一栏 中输入“9”，在“X,Y,Z”坐标值一栏相应地输入“0， L_HANDLE,-L_SHANK”，并单击”OK”关闭对话窗口。
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结构线性静力分析示例
2、设置系统单位制 输入命令“/UNITS，SI”并回车。 Utility Menu>Parameters>Angular Units，弹出设置角度单 位的参数功能对话框。在下拉菜单中选择“Degrees DEG”，如图4-58所示。
图4-67 【Divide Area by Line】拾取对话框
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
9、创建扳手断面 Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component，打 开创建构件的对话窗口如图4-68。在构件名一栏中输入 “BOTAREA”。在“Component is made of”下拉菜单中选择 “Areas”选项。单击”OK”。
Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 在【Material Models Available】窗口中双击下面的路径： Structural>Linear>Elastic>Isotropic，打开另一对话框。在弹性 模量EX一项中输入“EXX”，PRXY一项中输入0.3，关闭对 话框。
ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
12、进行网格划分 Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas> Mapped>3 or 4 sided，弹出【Mesh Areas】拾取对话框,单击“Pick All” 选择所有面进行网格划分。选择菜单路径Utility Menu>Plot>Elements进行显示，如图4-74所示。
图4-69 【Element Sizes On Picked Lines】窗口
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
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结构线性静力分析示例
11、设置网格密度 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create> Elements> Elem Attributes，打开单元属性窗口4-70。在单元类型号的下拉 菜单中，选择“2PLANE42”并单击”OK”。
图4-66 【Line Fillet】拾取对话窗口
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
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结构线性静力分析示例
9、创建扳手断面 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，将关键点的复选框设置 为Off。 Utility Menu>Plot>Areas。 Main Menu> Preprocessor>Modeling>Operate> Booleans> Divide>With Options>Area by Line。在绘图区域选择截面并 单击；选择标号为7的直线，单击”OK”，则出现图4-67所 示对话框，在“Subtracted lines will be”下拉菜单中，选择 “Kept”，确定后关闭窗口。
在Mesher Type区域，选择
“Mapped”选项并单击，弹出图4-
72所示的【Set Element Shape】对
。
话框。选择程序的默认设置，并单
击
图4-72 【Set Element Shape】对话框 图4-71 【Mesher Options】 对话窗口
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图4-58 【设置系统单位制】对话框
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3、定义参数表
Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters
参数名 EXX W_HEX W_FLAT L_SHANK L_HANDLE BENDRAD L_ELEM NO_D_HEX TOL
表4-2 参数名和参数值
参数值
说明
2.07E11
杨氏弹性模量为2.07E11Pa=30E6psi
0.01
横截面的宽度为0.01m=0.39in
W_HEX*TAN(30)
六边形的边长
0.075
短手柄的长度0.075m=3.0in
0.2
长手柄的长度0.2m=7.9in
0.01
弯角半径0.01m=0.39in
图4-70 单元属性窗口
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11、设置网格密度 Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls> ManualSize> Lines> Picked Lines.依次选取编号为1,2,6的线，然后单击 “ OK”。弹出【Element Sizes On Picked Lines】窗口如图469。在单元的分段数“No. of element divisions”一栏中输入 “NO_D_HEX”，然后单击“OK”。
图4-65 【Angle of Rotation】对话窗口
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结构线性静力分析示例
7、创建直线
Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，进入图形编号对话框。 选中关键点复选框使其处于“On”状态。同样，选中直线复 选框使其处于“On”状态。单击”OK”。
图4-63 【Create Keypoints in Active Coordinate System】窗口
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
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结构线性静力分析示例
7、创建直线
Utility enu>PlotCtrls >Window Controls >Window Options， 打开窗口如图4-64所 示。在图形显示下拉 菜单中选择“At top left”。 单击”OK”。
图4-64 【Window option】 窗口
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
ANSYS 入门
结构线性静力分析示例
7、创建直线 Utility Menu>PlotCtrls>Pan/Zoom/Rotate，打开【Pan-ZoomRotate】工具栏。单击”ISO”，选择视图角度，并关闭此工具 条。 选择菜单路径Utility Menu>PlotCtrls> View Settings> Angle of Rotation，打开【Angle of Rotation】对话框如图4-65所示， 进行角度旋转设置。在“angle in degrees”一栏中输入“90” 。在“Axis of rotation”下拉菜单中选择“Global Cartes X”。 单击”OK” 。
图4-69 【Element Sizes On Picked Lines】窗口
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
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结构线性静力分析示例
11、设置网格密度
Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts，打开【
Mesher Options】 对话窗口如图4-71所示。
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1
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结构线性静力分析示例
• 问题说明:为一个截面宽度为10mm的内六角扳手，在手柄的端部
施加扭转力100N，然后在相同的部位施加垂直向下的力20N，分析在 这两种载荷作用下扳手的应力分布。在问题中使用的尺寸参数如下所 示。截面宽度为10 mm、截面形状为正六边形、手柄长度：20cm、杆 长：7.5cm、倒角半径：1cm、弹性模量：2.07×1011Pa，泊松比为 0.3。
Main Menu>Preprocessor>Modeling> Create> Lines> Lines>Straight Line，打开【Create Straight Line】对话窗口 。在绘图区域使用鼠标选中关键点4和1，可在两关键点之 间建立一条直线。同样，选中关键点7和8，可在关键点7 和8之间建立一条直线。选中关键点8和9建立一条直线。
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5、建立正六边形作为横截面 Main menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas> Polygon> By Side Length
打开通过边长建立六变形的对话窗口如图4-61。在边的 数目一栏中输入“6”。在边长一栏中输入“W_FLAT”。
图4-68 【Create Component】对话框
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10、设置网格密度 Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls> ManualSize> Lines> Picked Lines.依次选取编号为1,2,6的线，然后单击 ”OK”。弹出【Element Sizes On Picked Lines】窗口如图469。在单元的分段数“No. of element divisions”一栏中输入 “NO_D_HEX”，然后单击“OK”。