有限元实验内容_带孔板受拉分析实例

实验一ANSYS软件环境

一、实验目的：

熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。

二、实验设备：

微机（P4配置），ANSYS软件（教学版）。

三、实验内容：

ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。

四、实验步骤：

1、ANSYS界面介绍：

ANSYS软件功能非常强大，应用范围很广，并具有友好的图形用户界面（GUI）和优秀和程序架构。基于Motif标注的GUI主要由主窗口和输出窗口组成。随着版本的不断升级，ANSYS界面不断改进，不同版本间的界面存在着较大差别。下面介绍ANSYS7.0的用户界面。

（1）主窗口

ANSYS7.0的主窗口主要由以下5个部分组成。

①Utility菜单

这些菜单主要通过ANSYS的相关功能组件起作用，比如文件控制、参数选择、图像参数控制及参数输入等。

②Input Line(Input Window命令输入窗口)

命令输入窗口（也称为命令栏）用于显示程序的提示信息并允许用户直接输入命令，简化分析过程。

③工具栏（Toolbar）

工具栏主要由按钮组成，这些按钮都是ANSYS中的常用命令。用户可以根据工作类型定义自己的工具栏以提高分析效率。

④主菜单（Main Menu）

主菜单包括了ANSYS最主要的功能，分为前处理器（Preprocessor）、求解器（Solution）、通用后处理器（General Postprocessor）、设计优化器（Design Optimizer）。展开主菜单可以看到非常多的树状建模命令，这也是ANSYS7.0版本和以前版本的一个显著差别。虽然菜单的外观改变了，但是菜单结构没有变化，这对ANSYS用户平滑升级非常有利。

⑤图形窗口（Graphic Windows）

图形窗口用于显示分析过程的图形，实现图形的选取。在这里可以看到实体建模各个过程的图形并可查看随后分析的结果。

（2）输出窗口（Output Windows）

输出窗口用于显示程序的文本信息，即以简单表格形式显示过程数据等信息。通常，输出窗口被主窗口遮盖，当然，如果需要随时可以将输出窗口拖到前面。

注意：

应该在ANSYS分析的各个步骤中随时查看输出窗口中的信息，检验分析过程是否正确，以便及时调整。

通过GUI可以方便地交互式访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料，一步步地完成整个分析，很好地体现出ANSYS的易用性。同时，ANSYS软件也提供了完整的在线说明和帮助文件，以协助有经验的用户进行高级应用。

在用户界面中，ANSYS软件提供了4种通用的命令输入方式：菜单、对话框、工具栏和直接输入命令。

2、ANSYS分析过程：

一个典型的ANSYS分析过程包含3个主要步骤，每个主要步骤及其子步骤如下：

（1）建立有限元模型

在ANSYS中建立有限元模型的过程大致可分为以下3个主要步骤：

①建立或导入几何模型

②定义材料属性

③划分网格建立有限元模型

（2）施加载荷并求解

在ANSYS中施加载荷及求解的过程大致可以分为以下3个主要步骤：

①定义约束

②施加载荷

③设置分析选项并求解

（3）查看分析结果

在ANSYS中查看分析结果的过程大致可以分为以下2个主要步骤：

①查看分析结果

②检验分析结果（验证结果是否正确）

ANSYS 典型实例分析

如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。

已知条件：F＝20N/mm，L＝200mm，b＝100mm，圆孔半径r＝20，圆心坐标为（100，

50），E＝200Gpa。板的左端固定。

图1-2 带孔平板模型

1．问题描述

难度级别：普通级别。

所需时间：一个小时或者更多（视ANSYS操作熟练程度而定）。

实例类型：ANSYS结构分析。

分析类型：线性静力分析。

单元类型：PLANE82

ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧。

ANSYS帮助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis 分析知识，在ANSYS Elements Reference部分了解Plane82单元的详细资料。

2．建立有限元模型

1)．建立工作目录并添加标题

以Interactive 方式进入ANSYS，File菜单中设置工作文件名为Plane、

标题为plane。

2)．创建实体模型

（1）创建矩形

通过定义原点、板宽和板高定义矩形，其操作如下：

GUI：PreProcessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By 2

Corners

弹出Rectangle by 2 corners对话框（如图1-3所示），如图填写。WP X 和

WP Y表示左下角点坐标。

命令：BLC4,0,0,200,100

（2）生成圆面

首先在矩形面上生成圆，然后挖去生成圆孔。

生成圆面得操作如下：

GUI ：PreProcessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid

Circle

弹出Solid Circular Area 对话框（如图1-4 所示），依图输入圆面几何参

数。

命令：CYL4,100,50,20

下面通过布尔“减”操作生成圆孔，其操作如下：

GUI ：Processor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Areas

先选择矩形面为Base Area ，单击OK 按钮，然后选择圆，单击OK 按钮。

布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板。

3)．定义材料属性

材料属性是与几何模型无关的本构关系，如弹性模量、密度等。虽然

材料属性不是与单元直接相联系在一起，但是由于计算单元矩阵时需要材

料属性，ANSYS 为了用户分析过程中定义材料属性方便，对每个单元类型

进行了相应的分类。根据不同类型的应用，材料属性可以是线性或非线性的。与单元类型相似，材料也可以定义多个，系统自动根据材料定义的顺序编号。本问题只有一种材料，因此只需定义一种材料，而且只需定义弹性模量和泊松比，

其操作如下：

GUI ：PreProcessor > Material Props > Material models > Structural > Linear > Elastic >Isotropic 在弹出对话框中键入EX=200000（单位Mpa ），PRXY ＝0.3。

4)．划分网格

划分网格首先选择合理的单元类型，然后定义单元的实常数，最后根据分析问题的需要

划分网格。

（1）选择单元

对于任何分析，必须在单元类型库中选择一种或者多种合适的单元类型。单元类型决定了附加的自由度（位移，转角、温度等）。许多单元还需要设置一些单元选项，比如单元特性和假设。单元结果的打印输出选项等，对于本问题选择Plane82单元。选择单元得操作如下：

GUI ：PreProcessor Menu > Element Type > Add/Edit/Delete

选择Plane82，弹出单元类型对话

框（如图1-5 所示）。单击OK

按钮。

命令：ET ，1，plane82

（2）定义单元实常数

有限单元的几何特性，不能

仅用其节点的位置充分表达，这

时需要提供一些实常数来补充

几何参数。典型的实常数有壳单

元的厚度，梁单元的横截面参数，板单元的厚度等。这些单元类型所需要的实常数以实数数值的形式输入。本问题所用单元类型为带厚度平面应力分析，因此分析类型设定为Plane strs w/thk 类型，操作如下：

图1-3 生成矩形

图1-4 生成圆 图1-5 选择单元