ANSYS经典应用实例(结构分析详细讲解)ppt课件
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平面应变 两个坐标轴的尺寸；垂直于Z轴各截面的形状和尺寸
平
均相同；所有外力与Z轴垂直且不随Z坐标变化；物体
面
的约束条件不随Z坐标而变化。在这种情况下，可以 认为物体沿Z轴方向各截面没有z向位移，而沿x和y向
问
的位移对各截面均相同（与z坐标无关），各截面内
题
将产生平面应变。
平面应力
特点：物体沿某坐标轴（如Z轴）的尺寸远小于其它两 个坐标轴的尺寸；外力沿周边作用且与XY平面平行， 且体积力也垂直于z轴；由于物体在z方向厚度很小， 故外载的表面力和体积力都可看成是沿z向不变化的。 约束条件在XY平面内。在这种情况下，可以认为物体 沿Z轴方向无应力，所有应力都发生在XY平面内。
SURF174 CONTAC48，CONTAC49 CONTAC12，CONTAC52， CONTAC26
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2 结构静力学分析的类型
线性静力分析
静 力 分 析
线性静力分析根据结构 特征和所受外载荷的形 式通常归结为如下几个 问题：平面问题、轴对 称问题、周期对称问题、 三维问题等。
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
ANSYS软件中结构静力分析用来分析由于稳态外载荷引 起的系统或部件的位移、应变、应力和力。稳态外载荷包括稳 定的惯性力（如重力、旋转件所受的离心力）和能够等效为静 载荷的随时间变化的载荷。这种分析类型有很广泛的应用，如 确定确定结构应力集中程度，预测结构最大应力等。
VISO89
大应变
VISO107
P单元
SOLID147，SOLID148
四边形
轴对称
wk.baidu.com
6.
壳层
SHELL93，SHELL63，SHELL41， SHELL43，SHELL181 SHELL51，SHELL61
SHELL91，SHELL99
剪切板
SHELL28
P单元
SHELL150
第5章 ANSYS静力分析实例
5.1 结构静力学分析中用到的单元
类别
1.
杆
2.
梁
形状和特性 普通 双线性 普通 截面渐变 塑性 考虑剪切变形
单元类型 LINK1,LINK8 LINK10 BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 BEAM188,BEAM189
第5章 ANSYS静力分析实例
周期对称结构问题
特点：
如果结构绕其轴旋转一个角度，结构（包 括材料常数）与旋转前完全相同，则将这种 结构称为周期对称结构（循环对称结构）。 符合这一条件的最小旋转角
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.3 杆系结构分析实例
第5章 ANSYS静力分析实例 [实例1] 平面桁架分析
中南大学
问题描述： 图5-1所示为一平面桁架，长度L=0.1m，各杆横截
中南大学
类别 3. 管
4. 二维实体
形状和特性 普通 浸入 塑性 三角形 四边形 超弹性单元 粘弹性 大应变 谐单元 P单元
单元类型 PIPE16，PIPE17，PIPE18 PIPE59 PIPE20，PIPE60 PLANE2 PLANE42，PLANE82，PLANE182 HYPER84，HYPER56，HYPER74 VISCO88 VISO106，VISO108 PLANE83，PLANE25 PLANE145，PLANE146
-141.4
④
0
0
⑤
-1414.2
-141.4
表5-1 各杆的轴向力和轴向应力
第5章 ANSYS静力分析实例
求解步骤：
⑴ 创建单元类型 选择Structusral Beam类的2D elastic 3。
中南大学
⑵ 定义实常数 定义AREA=1E-4。
⑶ 定义材料特性 输入Ex=2e11，PRXY=0.3。
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
类别
形状和特性
单元类型
块
SOLID45，SOLID95，SOLID73，
四面体 5. 三维实体 层
SOLID185 SOLID92，SOLID72
SOLID46
各向异性
SOLID64，SOLID65
超弹性单元 HYPER86，HYPER58，HYPER158
粘弹性
非线性静力分析
非线性静力分析允许 有大变形、蠕变、应 力刚化、接触单元、 超弹性单元等。
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2.1 平面问题
任何机械零部件，一般说来都是空间结构。但是在某些条件
下，它们可以简化为平面问题来处理。平面问题包括平面应变问 题和平面应力问题两类。
特点：物体沿某坐标轴（如Z轴）的尺寸远大于其它
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2.2 轴对称结构问题与周期对称结构问题
轴对称结构问题
特点：
（1）结构为回转体（截面绕它的回转中心 轴旋转而形成）；（2）载荷关于轴心线对 称。
ANSYS软件中提供了专门的分析方法对 这类问题进行求解，与普通方法相比可以节 约大量的人力和计算机资源，大大提高求解 问题的效率。
MASS21
COMBIN37 SURF19，SURF22，SURF153，SURF154 COMBIN7 LINK11 MATRIX27，MATRIX50
第5章
类别
9. 耦合场
ANSYS静力分析实例
中南大学
形状和特性
声学 压电 热－应力 磁－结构 流体－结构
单元类型 TARGET169，TARGET170， SURF171，SURF172，SURF173
⑷ 创建节点 GUI ：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→ Nodes→In Active cs
中南大学
类别
形状和特性
面－面
7. 接触单元 点－面 点－点
刚性表面
弹簧
8. 专业单元
质量 控制单元 表面效应单元
铰 线性激发器
矩阵
单元类型 TARGET169，TARGET170，SURF171，SURF172， SURF173 SURF174 CONTAC48，CONTAC49 CONTAC12，CONTAC52，CONTAC26 COMBIN14，COMBIN39，COMBIN40
面面积均为A=1 10-4m2 ，力P=2000N，计算各杆 的轴向力Fa、轴向应力σa。
图5-1 平面桁架
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
思考:
根据静力平衡条件，很容易计算出轴向力Fa、轴向 应力σa，如表5-1所示。
杆
轴向力Fa/N
轴向应力
σa/MPa
①
1000
100
②
1000
100
③
-1414.2
平
均相同；所有外力与Z轴垂直且不随Z坐标变化；物体
面
的约束条件不随Z坐标而变化。在这种情况下，可以 认为物体沿Z轴方向各截面没有z向位移，而沿x和y向
问
的位移对各截面均相同（与z坐标无关），各截面内
题
将产生平面应变。
平面应力
特点：物体沿某坐标轴（如Z轴）的尺寸远小于其它两 个坐标轴的尺寸；外力沿周边作用且与XY平面平行， 且体积力也垂直于z轴；由于物体在z方向厚度很小， 故外载的表面力和体积力都可看成是沿z向不变化的。 约束条件在XY平面内。在这种情况下，可以认为物体 沿Z轴方向无应力，所有应力都发生在XY平面内。
SURF174 CONTAC48，CONTAC49 CONTAC12，CONTAC52， CONTAC26
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2 结构静力学分析的类型
线性静力分析
静 力 分 析
线性静力分析根据结构 特征和所受外载荷的形 式通常归结为如下几个 问题：平面问题、轴对 称问题、周期对称问题、 三维问题等。
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
ANSYS软件中结构静力分析用来分析由于稳态外载荷引 起的系统或部件的位移、应变、应力和力。稳态外载荷包括稳 定的惯性力（如重力、旋转件所受的离心力）和能够等效为静 载荷的随时间变化的载荷。这种分析类型有很广泛的应用，如 确定确定结构应力集中程度，预测结构最大应力等。
VISO89
大应变
VISO107
P单元
SOLID147，SOLID148
四边形
轴对称
wk.baidu.com
6.
壳层
SHELL93，SHELL63，SHELL41， SHELL43，SHELL181 SHELL51，SHELL61
SHELL91，SHELL99
剪切板
SHELL28
P单元
SHELL150
第5章 ANSYS静力分析实例
5.1 结构静力学分析中用到的单元
类别
1.
杆
2.
梁
形状和特性 普通 双线性 普通 截面渐变 塑性 考虑剪切变形
单元类型 LINK1,LINK8 LINK10 BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 BEAM188,BEAM189
第5章 ANSYS静力分析实例
周期对称结构问题
特点：
如果结构绕其轴旋转一个角度，结构（包 括材料常数）与旋转前完全相同，则将这种 结构称为周期对称结构（循环对称结构）。 符合这一条件的最小旋转角
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.3 杆系结构分析实例
第5章 ANSYS静力分析实例 [实例1] 平面桁架分析
中南大学
问题描述： 图5-1所示为一平面桁架，长度L=0.1m，各杆横截
中南大学
类别 3. 管
4. 二维实体
形状和特性 普通 浸入 塑性 三角形 四边形 超弹性单元 粘弹性 大应变 谐单元 P单元
单元类型 PIPE16，PIPE17，PIPE18 PIPE59 PIPE20，PIPE60 PLANE2 PLANE42，PLANE82，PLANE182 HYPER84，HYPER56，HYPER74 VISCO88 VISO106，VISO108 PLANE83，PLANE25 PLANE145，PLANE146
-141.4
④
0
0
⑤
-1414.2
-141.4
表5-1 各杆的轴向力和轴向应力
第5章 ANSYS静力分析实例
求解步骤：
⑴ 创建单元类型 选择Structusral Beam类的2D elastic 3。
中南大学
⑵ 定义实常数 定义AREA=1E-4。
⑶ 定义材料特性 输入Ex=2e11，PRXY=0.3。
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
类别
形状和特性
单元类型
块
SOLID45，SOLID95，SOLID73，
四面体 5. 三维实体 层
SOLID185 SOLID92，SOLID72
SOLID46
各向异性
SOLID64，SOLID65
超弹性单元 HYPER86，HYPER58，HYPER158
粘弹性
非线性静力分析
非线性静力分析允许 有大变形、蠕变、应 力刚化、接触单元、 超弹性单元等。
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2.1 平面问题
任何机械零部件，一般说来都是空间结构。但是在某些条件
下，它们可以简化为平面问题来处理。平面问题包括平面应变问 题和平面应力问题两类。
特点：物体沿某坐标轴（如Z轴）的尺寸远大于其它
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
5.2.2 轴对称结构问题与周期对称结构问题
轴对称结构问题
特点：
（1）结构为回转体（截面绕它的回转中心 轴旋转而形成）；（2）载荷关于轴心线对 称。
ANSYS软件中提供了专门的分析方法对 这类问题进行求解，与普通方法相比可以节 约大量的人力和计算机资源，大大提高求解 问题的效率。
MASS21
COMBIN37 SURF19，SURF22，SURF153，SURF154 COMBIN7 LINK11 MATRIX27，MATRIX50
第5章
类别
9. 耦合场
ANSYS静力分析实例
中南大学
形状和特性
声学 压电 热－应力 磁－结构 流体－结构
单元类型 TARGET169，TARGET170， SURF171，SURF172，SURF173
⑷ 创建节点 GUI ：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→ Nodes→In Active cs
中南大学
类别
形状和特性
面－面
7. 接触单元 点－面 点－点
刚性表面
弹簧
8. 专业单元
质量 控制单元 表面效应单元
铰 线性激发器
矩阵
单元类型 TARGET169，TARGET170，SURF171，SURF172， SURF173 SURF174 CONTAC48，CONTAC49 CONTAC12，CONTAC52，CONTAC26 COMBIN14，COMBIN39，COMBIN40
面面积均为A=1 10-4m2 ，力P=2000N，计算各杆 的轴向力Fa、轴向应力σa。
图5-1 平面桁架
第5章 ANSYS静力分析实例
中南大学
思考:
根据静力平衡条件，很容易计算出轴向力Fa、轴向 应力σa，如表5-1所示。
杆
轴向力Fa/N
轴向应力
σa/MPa
①
1000
100
②
1000
100
③
-1414.2