ANSYS机械工程应用精华60例(第4版)

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2.3
线的创建
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一、线的类型 直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。 二、创建方法 1.创建直线 （ Create>Lines >Lines> Straight Line） 在任意情况下，均创建直线。 2.在活跃坐标系上 （ Create>Lines >Lines> In Active Coord ） 创建线的类型与活跃坐标系有关。 3.垂线（ Create>Lines >Lines> Normal to Lines） 4.角度线 （ Create>Lines >Lines> At angle to line） 5.三点圆弧（ Create>Lines >Arcs > Through 3KPs） 拾取3个关键点创建圆弧。 第1、2个关键点为圆弧的端点， 第3个为中间点。 圆弧的圆心角必须小于180°。
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2.3
线的创建
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6.CR圆弧（ Create>Lines >Arcs > By Cent & Radius） 通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。 该圆弧在工 作平面上。 7.倒圆角（ Create>Lines > Line Fillet） 要求两线有公共关键点。 三、实例-正弦曲线的创建 （一）创建原理
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1.4 ANSYS应用实例-平面桁架
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实例：用ANSYS软件求解平面桁架问 题。已知长度L=0.1 m，各杆横截面 面积均为A=1×10-4 m2，力P=2000 N。 试计算各杆的轴向力Fa、轴向应力σa。 求解步骤： 1. 过滤界面。 2. 选择单元类型LINK180(3D finit str 180)。 3. 定义实常数，指定横截面面积1E-4 。 4. 定义材料模型。 5. 创建节点1(0,0,0)、2(0.1,0,0)、3(0.2,0,0)、4(0.1,0.1,0)。 6. 显示节点号、单元号。 7. 创建单元。
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屈曲分析
热分析
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1.1 ANSYS的基础知识（二）
二、ANSYS的特点 1.具有强大的建模能力 ，仅靠ANSYS本身即能创建出各 种复杂的几何模型。 2.具有强大的求解能力 。 3.具有强大的非线性分析功能。 4.可以进行单独物理场分析，也可以耦合场分析。 5.具有强大的网格划分功能。 t1 6.具有强大的后处理功能。 t2 7.具有强大的二次开发功能。 耦合场-热应力 8.提供了常用CAD软件的数据接口。 状态非线性 几何非线性 材料非线性 9.可以在有限元分析的基础上，进行优化设计。 10.集前后处理、求解功能于一体，使用统一的数据库。
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2.3
（二）创建步骤
线的创建
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1.创建圆弧，Center(0，0)、 R=1、α=90°。 2.打开关键点号、线号。 3.显示多类型实体。 4.创建圆弧的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全 球圆柱坐标系。 (2)填充关键点，数量4个、 起始编号3、编号增量1。 5.创建关键点，x=1+π/2、y=0、z=0。
2.1
概述
一、创建有限元模型的方法 1.直接生成法 人工定义节点和单元，适合创 建简单模型。 2.实体建模法 先人工创建几何体，再划分单元，形成有限元模型。适合 创建大型模型。 二、几何实体的等级 体 面 由关键点、线、面到体，等级 线 依次提高。 关键点 关键点与节点是不同性质的点。 不能单独删除依附于高级实体上的低级实体。
本章提示
1. 掌握ANSYS软件前处理时创建简单实体的方法、特点 和适用范围。 2. 掌握由简单实体形成复杂实体的方法、过程、特点及适 用范围。 3. 了解如何将实际中的物体转化为ANSYS中用于模拟的 实体模型。 4. 了解ANSYS软件几何模型以及有限元模型的使用、创 建。
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本章提示
1. 掌握ANSYS界面的组成、特点及使用方法。 2. 掌握ANSYS软件的基础知识。
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1.1 ANSYS的基础知识（一）
一、ANSYS的功能 (一)结构分析 用于分析在力载荷作用下结构的 变形、应力和应变和反力。 1. 静力分析：载荷不随时间变化时。 机械结构 建筑结构 是最常用、最基本的一种分析类型。 2. 动力学分析： 模态分析用于分析结构的固有频率和振型。 谐响应分析用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。 瞬态动力学分析用于分析结构在随时间呈任意规律变化 载荷作用下的响应。 谱分析用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（如地 震载荷）的动力响应。
.RST .RTH .RMG .RFL
运算过程中所有结果数 据
二进制
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1.1 ANSYS的基础知识（四）
四、ANSYS主要产品 1. 经典版ANSYS（Mechanical APDL） ANSYS Multiphysics包括工程学科的所有功能。 ANSYS Mechanical用于结构及热分析； ANSYS Emag用于电磁场分析； ANSYS FLOTRAN用于计算流体动力学分析。 2. ANSYS Workbench 继承了经典版ANSYS的绝大多数功能，具有强大的模 型创建、网格划分能力，使用和学习十分方便。 3. ANSYS LS-DYNA 为显式动力学分析软件，用于求解高度非线性问题。
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1.1 ANSYS的基础知识（一）
(一)结构分析 3. 其它结构分析功能： 随机振动分析、结构屈曲分 析、 用ANSYS/LS-DYNA进 行结构显式动力学分析。 (二)热分析 用于计算系统随时间变化 的温度场和其他热参数。 (三)电磁场分析 (四)流体动力学分析
Toolbar： 用于快速执行命令，常用的有Text Toolbar、 Standard Toolbar、Display Toolbar。 Status and Prompt Area：用于向用户显示提示信息， 显示当前单元属性设置和当前激活坐标系等。
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1.3 ANSYS的使用方法
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1.2 ANSYS的用户界面
ห้องสมุดไป่ตู้
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Main Menu： 包含了各个处理器下的基本命令。为树状弹 出式菜单结构。 Utility Menu：包含了ANSYS的全部公共命令。 该菜单为 下拉菜单结构。 Graphics Window： 用于显示ANSYS的模型以及分析得到 的图形结果等。 Command Input Area：用于输入ANSYS命令。 Output Window：用于显示软件运行过程的文本输出。
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第2章 ANSYS的建模
本章提示 2.1 概述 2.2 关键点的创建 2.3 线的创建 2.4 面的创建 2.5 工作平面 2.6 体的创建 2.7 对话框及元素 2.8 复杂实体的创建方法 2.9 单元的划分
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目
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章
录
ANSYS简介 ANSYS的建模 结构静力学分析 结构动力学分析 ANSYS Workbench简介 非线性分析 其它应用
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第1章 ANSYS简介
本章提示 1.1 ANSYS的基础知识 1.2 ANSYS的用户界面 1.3 ANSYS的使用方法 1.4 ANSYS应用实例-平面桁架
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1.3 ANSYS的使用方法
二、命令输入方法
1.菜单法（GUI法） 通过拾取菜单或按钮执行命令。 该方法方便易用，适合 初学者，但效率低，操作步骤较多时容易出错且不便改正。 2.命令流法 通过在命令窗口输入命令流执行命令。该方法可以克服 菜单法的缺点，适合对ANSYS较熟悉者解决复杂问题时使 用。
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2.1
概述
三、实体建模法 1.自上而下法 用ANSYS命令直接创建高级实体，而依附的低级实体自 然被创建。
2.自下而上法 先创建低级实体，再创建高级实体。
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2.2
关键点的创建
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1.在工作平面上 （Create>Keypoints > On Working Plane ） 创建的关键点在工作平面上。 2.在活跃坐标系上（ Create>Keypoints > In Active CS） 关键点的坐标与活跃坐标系有关。 3.在线上 （ Create>Keypoints > On 如何作三角形 的中线AE？ Line w/Ratio） 4.填充关键点 （Create>Keypoints >Fill between KPs） 填充关键点的方向与活 跃坐标系有关。
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2.3
线的创建
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6.创建直线的等分点。 (1)切换活跃坐标系为全球 直角坐标系。 (2)填充关键点，数量4个、 起始编号8、编号增量1。 7.创建铅垂线。 (1)复制关键点，Δx=0、 Δy=1、 Δz=0。 (2)创建直线。 8.创建投影线。 9.创建样条曲线并删除其余线。
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1.4 ANSYS应用实例-平面桁架
8. 施加约束；在节点1UX、UY=0，在 节点3UY=0 。 9. 在节点施加载荷，FY=-2000。 10. 求解。 11. 定义单元表FA(SMISC,1)、SA(LS,1)。 12. 列表单元表数据。 习题：杆AD、CD为钢制，横截 面面积为2.5cm2，E=2.02×1011 Pa，μ=0.3。杆BD为铜制， E=1×1011 Pa，μ=0.3，横截面 面积为3cm2，力F=-2000N。试 计算各杆的轴向力、轴向应力。
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软件及应用
高耀东 内蒙古科技大学
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前
言
本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。 其主要任务是： 1．巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。 2．学习通用有限元软件ANSYS的使用方法，了解有限元分析的 前后处理、求解过程的步骤、方法、特点和理论。 3．掌握用有限元法求解机械结构静力学、动力学问题的方法和 步骤。 4. 培养学生运用理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工 程意识。 5. 帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际 发展动态，开阔学生视野，培养学生探索新知识的兴趣，增强 学生进行国际学术交流的能力。
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1.1 ANSYS的基础知识（三）
三、ANSYS的结构 1.处理器（即程序模块，共9个） 预处理器（PREP7）：创建有限元模型。 求解器（SOLUTION）：施加约束、载荷，求解。 普通后处理器（POST1）： 显示在指定时间点上选定模 型的计算结果。 时间历程后处理器（POST26）： 显示模型上指定点在 整个时间历程上的结果。 优化处理器（OPT）：优化设计。 2.ANSYS文件 ANSYS执行一个分析任务时，要使用大量的文件。这些 文件以工作名（JOBNAME）为基础。
一、解题步骤 1.前处理 先指定任务名和分析标题，然后在PREP7预处理器下选 择单元类型、定义单元实常数和材料特性、创建有限元模 型等。 2.求解 在SOLUTION求解器下选择分析类型，指定分析选项； 然后施加载荷和约束，指定载荷步长并对有限元求解进行 初始化并求解。 3.后处理 使用POST1普通后处理器或POST26时间历程后处理器 对结果进行查看。
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1.1 ANSYS的基础知识（三）
文件类型 数据库文件 记录文件 扩展名 .DB .LOG .ERR 存 储 文件格式 二进制 ASCⅡ ASCⅡ
模型、载荷、约束、输
入输出数据 运行过程中的每一个命 令 运行过程中的所有错误 和警告信息
错误与警告文件 结果文件：
结构和耦合场分析 热分析 磁场分析 流体力学分析
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线的创建
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10.镜像样条曲线。 (1)偏移工作平面到关键点。 (2)切换活跃坐标系为工作 平面坐标系。 (3)镜像样条曲线，镜面为Y-Z plane。 11.对样条曲线求和。 (1)合并关键点。 (2)布尔add运算。