有限元分析和ansys实例报告.doc
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有限元分析和ansys实例报告.doc
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有限元分析和
ANSYS实例报告
一、三维托架实体受力分析
二、地震位移谱分析
三.铸造热分析
四、MCM多芯片组件加散热器(热沉)的冷却分析
三维托架实体受力分析
题目:
1、三维托架实体受力分析:
托架顶面承受50psi的均匀分布载荷。
托架通过有孔的表面固定在墙上,托架是钢制的,弹性模量E=29×106psi,泊松比v=0.3.试通过ANSYS输出其变形图及其托架的vonMises应力分布。
分析:
先进行建模,此建模的难点在对V3的构建。
建模后,就对模型进行网格的划分,实行MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,先对网格尺寸进行编辑,选0.1,然后点Meshing,Pickall进行网格划分,所得结果如图1-1。
划分网格后,就可以对模型施加约束,接着就可以对实体进行加载求解了,载荷是施加在三维托架的最顶上的表面的,加载后求解运算,托架的变形图如图1-2。
图1-2输出的是原型托架和施加载荷后托架变形图的对比,由于载荷的作用,托架上面板明显变形了,变形最严重的就是红色部分,这是因为没有任何物体与其承受载荷,故其较容易变形甚至折断。
图1-1托架网格图
如图1-3所示是托架应力分布图,由图易看出主要在两孔处出现应力集中。
在使用托架的时候,应当注意采取一些设施减缓其应力集中,特别是在施加载荷时,绝对不能够超过托架所能承受的极限,否则必将导致事故的发生。
图1-2托架位移图
图1-3托架应力分布图
一、指定分析标题
1、修改文件名:
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeJobname,将文件名改为“bracket”。
2、修改标题:
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeTitle,将标题名改为“pressanalysisofbracketstructure”。
二、定义单元类型
选择结构壳单元类型:
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete,在对话框中单击“StructuralSolid”,在右边的滚动框中选择“10node92”。
三、指定材料特性
1、材料模型定义:
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels,依次选择Structural,Linear,Elastic和Isotropic。
2、在EX文本框中输入2.9E7,PRXY文本框中输入0.3。
定义材料的弹性
模量为2.9E6N/m2,泊松比为0.3。
3、保存数据库文件。
四、建立托架的有限元模型
1.根据坐标创建体:
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Volume|Block|ByDimensions,在对话框输入:
X1,X2X-coordinates:
-1,1;Y1,Y2;Y-coordinates:
-1.5,1.5;Z1,Z2Z-coordinates:
0,1/8;然后单击“APPLY”按钮,再次在对话框输入:
X1,X2X-coordinates:
-1,1;Y1,Y2Y-coordinates:
1.5,1.625;Z1,Z2Z-coordinates:
0,3。
2、体相加:
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Volumes,在对话框单击“PICKALL”。
3、建线:
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|StrainghtLine,选择关键点5、13生成L13直线。
4.生成面:
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Area|Arbitrary|ByLines,选择直线L1,L9,L13,L20,L24,L25生成面A4。
5.将面拉成体:
面选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|AlongNormal,选择面A4,拉伸值为“-1/8”,然后做体相加的操作。
6.做圆:
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Circle|SolidCircle,圆的坐标分别为(0,-0.5)、(0,0.5),半径为0.25。
然后将圆拉成体,拉伸值为“1/8”。
7.体相减:
选取路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Subtract|Volumes用整个体减去两个圆体完成体相减操作。
五、.网格划分
选取路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool将弹出MeshTool对话框,单击“Mesh”按钮,弹出另一对话框,再次单击“PICKALL”按钮完成网格划分。
六、施加约束,载荷并求解
1.施加约束:
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Loads|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnAreas,选择两圆孔。
2.施加载荷:
选取菜单路径MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Pressure|OnAreas,选择面A10,A19,载荷为50。
3.求解:
选取菜单路径MainMenu|Solution|Solve|CurrentLS。
4.位移图:
选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu,选择NodalSolution|DOFSolution|Displacementvectorsum将得到图1-2。
5.应力图:
选取菜单路径MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|ContourPlot|NodalSolu,选择NodalSolution|Stress|vonMisesStress将得到如1-3。
附命令代码
/BATCH
/COM,ANSYSRELEASE10.0UP2005071821:
59:
1412/13/2011
/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1
/GRA,POWER
/GST,ON
/PLO,INFO,3
/GRO,CURL,ON
/CPLANE,1
/REPLOT,RESIZE
WPSTYLE,,,,,,,,0
/CWD,'C:
\DocumentsandSettings\蓝诺\桌面\新建文件夹\新建文件夹\三维托架'
/REPLOT,RESIZE
/FILNAME,bracke,0
/TITLE,pressanalysisofbracketstructure
/PREP7
!
*
ET,1,SOLID92
!
*
!
*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.9E7
MPDATA,PRXY,1,,0.3
SAVE
BLOCK,-1,1,-1.5,1.5,0,1/8,
BLOCK,-1,1,1.5,1.625,0,3,
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-2
VADD,P51X
/VIEW,1,1,1,1
/ANG,1
/REP,FAST
LSTR,5,13
/REPLOT,RESIZE
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/DIST,1,0.924021086472,1
/REP,FAST
/FOC,1,,0.3,,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.08222638492,1
/REP,FAST
LPLOT
FLST,2,6,4
FITEM,2,1
FITEM,2,9
FITEM,2,13
FITEM,2,20
FITEM,2,24
FITEM,2,25
AL,P51X
/REPLOT,RESIZE
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
APLOT
/ANG,1,-30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
!
*
VOFFST,4,-1/8,,
FLST,2,2,6,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,3
VADD,P51X
CYL4,0,-0.5,0.25
CYL4,0,0.5,0.25
!
*
VOFFST,1,1/8,,
!
*
VOFFST,2,1/8,,
FLST,3,2,6,ORDE,2
FITEM,3,1
FITEM,3,3
VSBV,2,P51X
/VIEW,1,1,1,1
/ANG,1
/REP,FAST
MSHAPE,1,3D
MSHKEY,0
!
*
CM,_Y,VOLU
VSEL,,,,4
CM,_Y1,VOLU
CHKMSH,'VOLU'
CMSEL,S,_Y
!
*
VMESH,_Y1
!
*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!
*
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,-30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,-30,XS,1
/REP,FAST
FLST,2,8,5,ORDE,7
FITEM,2,4
FITEM,2,7
FITEM,2,-8
FITEM,2,10
FITEM,2,14
FITEM,2,29
FITEM,2,-31
!
*
/GO
DA,P51X,ALL,
/UI,MESH,OFF
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
/ANG,1,30,XS,1
/REP,FAST
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,18
FITEM,2,26
/GO
!
*
SFA,P51X,1,PRES,50
FINISH
/SOL
/STATUS,SOLU
SOLVE
FINISH
/POST1
!
*
/EFACET,1
PLNSOL,U,SUM,0,1.0
!
*
/EFACET,1
PLNSOL,S,EQV,0,1.0
SAVE
FINISH
!
/EXIT,MODEL
二.地震位移谱分析
如图所示为一板梁结构,试计算在Y方向地震位移谱作用下的构件响应情况。
板梁结构相关参数见下表所示。
表1-1板梁结构几何参数和材料参数
板厚度
T/mm
梁宽度
B/mm
梁高度
H/mm
梁截面面积
S/mm2
梁惯性矩
IZZ/mm4
梁惯性矩
IYY/mm4
弹性模量
E/GPa
泊松比
密度
Kg/m3
2
3
4
12
16
9
220
0.3
7800
频率
0.5
1.0
2.4
3.8
17
18
20
32
位移
1.0
0.5
0.8
0.7
1.0
0.7
0.8
0.3
表1-2相应谱
图2-1板梁结构模型图
分析:
第一步是建立实体模型,并选择梁单元和壳单元模拟梁和板进行求解。
求解时,首先进行的就是模态分析,约束好六条梁,就可以进行模态的分析求解了。
模态分析后,相应的就进行频谱分析,在输入频率和位移后开始运算求解。
此后进行模态扩展分析,最后进行模态合并分析。
分析完后,再对结果进行查看。
通过命令MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution查看节点位移结果、节点等效应力结果(图2-3)及反作用力结果(图2-4)。
图2-2划分网格的梁和板模型
一、指定分析标题
1、修改文件名:
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeJobname,将文件名改为“EXERCISE7”。
2、修改标题:
选取菜单路径UtilityMenu|File|ChangeTitle,将标题名改为“responseanalysisofabeam-shellstructure”。
二、定义单元类型
结构壳单元类型:
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete,在左边的滚动框中选“StructuralShell”,选择结构壳单元类型。
在右边的滚动框中选“Elastic4node63”。
接着继续在LibraryofElementTypes(单元类型库)对话框的左边滚动框中单击“StructuralBeam”,在右边的滚动框中单击“3Delastic4”。
三、定义单元实常数
1.单元类型:
选取菜单途径MainMenu|Preprocessor|RealConstants,在选择单元类型列表框中,单击“Type1SHELL63”使其高亮度显示,选择第一类单元SHELL63。
2.在对话框中的ShellthicknessatnodeITK(I)(壳的厚度)文本框中输入2E-3,定义板壳的厚度为2E-3m。
3.重复步骤1的过程,在框中单击“Type2BEAM4”,在对话框中的文本框中分别输入下列数据:
AREA为1.2E-5,IZZ和IYY分别为16E-12,9E-12,TKZ和TKY分别为3E-3,4E-3。
四、.指定材料特性
1.材料模型定义:
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels,依次双击Structural,Linear,Elastic和Isotropic,在EX文本框中输入2.2E11,PRXY文本框中输入0.3。
定义材料的弹性模量为2.2E11N/m2,泊松比为0.3。
2.接着双击Density,在DENS文本框中输入7.8E3,设定1号材料密度为7.8E3Kg/m3。
3.单击ANSYS6.1的ANSYSToolbar(工具条)上的“SAVE”按钮,保存数据库文件
五、建立梁有限元模型
1.创建关键点:
选取路径路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|InActiveCS,在对话框中输入Keypointnumber为1,X,Y,Z位置分别为0,0,0。
对下面的关键点及X,Y,Z位置重复这一过程:
关键点2:
0,0,0.5;关键点3:
0,0,1.0;关键点4:
0,0,1.5。
2.创建直线:
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|Straightline,在图形窗口中单击关键点1、2创建直线L1。
然后依次单击关键点2、3和关键点3、4,创建直线L2,L3。
3.选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering,将弹出PlotNumberingControls(序号显示控制)对话框。
4.在PlotNumberingControls(序号显示控制)对话框中单击Keypointnumbers、Linenumbers和Areanumbers所对应的复选框,使其变为“On”。
5.选取菜单路径UtilityMenu|Multi-Plots,对图形输出窗口中的所建几何模型根据前面的设置重新显示。
6.选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool,将弹出MeshTool(网格划分工具)对话框。
单击对话框中的单元属性设置区中的下拉框中的Lines,然后单击右边的“SET”按钮,将弹出线属性设置拾取对话框,单击其中的“PICKALL”按钮。
将会弹出LineAttributes(线单元属性设置)对话框。
7.单击对话框中的Materialnumber(材料序号)下拉框,Realconstantsetnumber(实常数序号)和Elementtypenumber(单元序号)下拉框,将其分别设置为:
Materialnumber为1,Realconstantsetnumber为2,Elementtypenumber为2BEAM4。
8.在MeshTool(网格划分工具)对话框中的SizeControls(尺寸控制)区中,单击线单元的“SET”按钮,单击对话框中的“PICKALL”按钮,在对话框中的No.ofelementdivisions(分割单元数)文本框中输入“6”,定义在选定的每条线上将划分6个单元。
9.在网格划分工具对话框中,单击Mesh下拉框中的Lines,选定分网对象是线。
单击对话框中的“MESH”按钮,单击对话框中的“PICKALL”按钮,选定所有创建的线进行分网。
10.选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Copy|Lines单击对话框中的“PICKALL”按钮,选择所有的线。
在线拷贝对话框中的Y-offsetinactiveCS文本框中输入“0.5”,Itemstobecopied拉框中选择LinesandMesh,设置拷贝项目为线及其网格。
11.重复操作步10,在弹出的线拷贝对话框中,删掉Y-offsetinactiveCS文本框中的“0.5”,在X-offsetinactiveCS文本框中输入“0.5”。
12.选择菜单路径UtilityMenu|Select|Entities,在对话框中最上面下拉框中单击Lines选项,指定选择对象为线。
在接下来的下拉框中单击ByLocation选项,单击“Xcoordinates”单选按钮,并在下面的Min,Max文本框中输入“0.5”,指定选择对象位置为X坐标值为“0.5”的所有对象。
单击“FromFull”单选按钮,指定选取范围为全部。
然后单击“SELEALL”按钮,再单击“OK”按钮关闭对话框,完成选择操作。
13.重复操作步10
14.选择菜单路径UtilityMenu|Select|Everything,选择模型中的所有元素。
选择菜单路径UtilityMenu|Plot|Replot,对建立好的所有单元进行显示。
六、建立板壳有限元模型
1.选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering,单击Linenumbers(线的序号)和Areanumbers(面的序号)所对应的复选框,使其变为“Off”。
然后单击Elem/Attribnumbering下拉框中的Nonumbering选项,不显示任何单元序号。
仅保留Keypointnumbers(关键点序号)的设置为“On”。
2.选取菜单路径UtilityMenu|PlotCtrls|Viewsetting|ViewingDirection,将会弹出ANSYS6.1提供的ViewingDirection(观察方向)对话框。
3.在对话框中的XV,YV,ZVCoordsofviewpoint文本框中分别输入:
-0.5、-0.9、1。
在Coordaxisorientation(坐标轴方向)下拉框中单击“X-axisdown”。
4.创面:
选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Arbitrary|ThroughKPs,在图形窗口中依次单击关键点:
2,6,14和10创面。
5.选取菜单路径MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool,将弹出MeshTool(网格划分工具)对话框。
6.单击对话框中ElementAttributes拉框中的“Global”,然后单击下拉框右边的“SET”按钮,将弹出单元属性设置对话框,单击对话框中的Elementtypenumber(单元类型序号)、Materialnumber(材料序号)下拉框、Realconstantsetnumber(实常数序号
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