ANSYS机械工程应用精华50例(第3版).ppt
- 文档编号:18916646
- 上传时间:2024-02-12
- 格式:PPT
- 页数:89
- 大小:5.11MB
ANSYS机械工程应用精华50例(第3版).ppt
《ANSYS机械工程应用精华50例(第3版).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ANSYS机械工程应用精华50例(第3版).ppt(89页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用11软件及应用软件及应用高耀东高耀东内蒙古科技大学内蒙古科技大学有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用22前前言言本本课程程是是一一门介介绍有有限限元元法法在在机机械械工工程程中中应用用的的专业基基础课。
其主要任其主要任务是:
是:
1巩固学生所学巩固学生所学习有限元法理有限元法理论知知识的基的基础。
2学学习通通用用有有限限元元软件件ANSYS的的使使用用方方法法,了了解解有有限限元元分分析析的的前后前后处理、求解理、求解过程的步程的步骤、方法、特点和理、方法、特点和理论。
3掌掌握握用用有有限限元元法法求求解解机机械械结构构静静力力学学、动力力学学问题的的方方法法和和步步骤。
4.培培养养学学生生运运用用理理论知知识解解决决实际问题的的能能力力、自自学学能能力力和和工工程意程意识。
5.帮助学生掌握本学科的帮助学生掌握本学科的专业英英语术语以及本以及本专业的最新国的最新国际发展展动态,开,开阔学生学生视野,培养学生探索新知野,培养学生探索新知识的的兴趣,增趣,增强强学生学生进行国行国际学学术交流的能力。
交流的能力。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用33第第1章章ANSYS简介简介第第2章章ANSYS的建模的建模第第3章章结构静力学分析结构静力学分析第第4章章结构动力学分析结构动力学分析第第5章章ANSYSWorkbench简介简介第第6章章非线性分析非线性分析第第7章章其它应用其它应用目目录录有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用44本章提示本章提示1.1ANSYS的基础知识的基础知识1.2ANSYS的用户界面的用户界面1.3ANSYS的使用方法的使用方法1.4ANSYS应用实例应用实例-平面桁架平面桁架第第11章章ANSYSANSYS简介简介有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用55本章提示本章提示1.掌握掌握ANSYS界面的组成、特点及使用方法。
界面的组成、特点及使用方法。
2.掌握掌握ANSYS软件的基础知识。
软件的基础知识。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用661.1ANSYS的基的基础知知识
(一)
(一)一、一、ANSYS的功能的功能(一一)结构分析结构分析1.静力分析静力分析:
机械结构机械结构建筑结构建筑结构用于分析用于分析在力载荷作用下在力载荷作用下结构的结构的变形、应力和应变和反力变形、应力和应变和反力。
载荷不随时间变化载荷不随时间变化时。
时。
是最常用、最基本的一种分析类型。
是最常用、最基本的一种分析类型。
2.动力学分析动力学分析:
模态分析模态分析用于分析结构的固有频率和振型。
用于分析结构的固有频率和振型。
谐响应分析谐响应分析用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。
用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。
瞬态动力学分析瞬态动力学分析用于分析结构在随时间呈任意规律变化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。
载荷作用下的响应。
谱谱分析分析用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷(如地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。
震载荷)的动力响应。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用771.1ANSYS的基的基础知知识
(一)
(一)(一一)结构分析结构分析3.其它结构分析功能其它结构分析功能:
随机振动分析、随机振动分析、结构结构屈曲分屈曲分析、析、用用ANSYS/LS-DYNA进进行行结构结构显式动力学分析显式动力学分析。
屈曲分析屈曲分析(二二)热分析热分析(三三)电磁场分析电磁场分析用于计算系统随时间变化用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。
的温度场和其他热参数。
(四四)流体动力学分析流体动力学分析热分析热分析有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用881.1ANSYS的基的基础知知识
(二)
(二)二、二、ANSYS的特点的特点1.具有强大的建模能力具有强大的建模能力,仅靠,仅靠ANSYS本身即能创建出各本身即能创建出各种复杂的几何模型。
种复杂的几何模型。
2.具有强大的求解能力具有强大的求解能力。
3.具有强大的非线性分析功能。
具有强大的非线性分析功能。
几何非线性几何非线性材料非线性材料非线性状态非线性状态非线性4.可以进行单独物理场分析,也可以耦合场分析。
可以进行单独物理场分析,也可以耦合场分析。
t1t2耦合场耦合场-热应力热应力5.具有强大的网格划分功能。
具有强大的网格划分功能。
6.具有强大的后处理功能。
具有强大的后处理功能。
7.具有强大的二次开发功能。
具有强大的二次开发功能。
8.提供了常用提供了常用CAD软件的数据接口。
软件的数据接口。
9.可以在有限元分析的基础上,进行优化设计。
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。
集前后处理、求解功能于一体,使用统一的数据库。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用991.1ANSYS的基的基础知知识(三)(三)三、三、ANSYS的结构的结构1.处理器(即程序模块,共处理器(即程序模块,共9个)个)预处理器(预处理器(PREP7):
):
求解器(求解器(SOLUTION):
):
创建有限元模型。
创建有限元模型。
普通后处理器(普通后处理器(POST1):
):
施加约束、载荷,求解。
施加约束、载荷,求解。
时间历程后处理器(时间历程后处理器(POST26):
):
显示在指定时间点上选定模显示在指定时间点上选定模型的计算结果。
型的计算结果。
优化处理器(优化处理器(OPT):
):
显示模型上指定点在显示模型上指定点在整个时间历程上的结果。
整个时间历程上的结果。
优化设计。
优化设计。
2.ANSYS文件文件ANSYS执行一个分析任务时,要使用大量的文件。
这些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(文件以工作名(JOBNAME)为基础。
为基础。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用10101.1ANSYS的基的基础知知识(三)(三)文文件件类型型扩展展名名存存储文文件件格格式式数据数据库文件文件.DB模型模型、载荷、荷、约束、束、输入入输出数据出数据二二进制制记录文件文件.LOG运行运行过程中的每一个命程中的每一个命令令ASC错误与警告文件与警告文件.ERR运行运行过程中的所有程中的所有错误和警告信息和警告信息ASC结果文件:
果文件:
结构和耦合构和耦合场分析分析热分析分析磁磁场分析分析流体力学分析流体力学分析.RST.RTH.RMG.RFL运算运算过程中所有程中所有结果数果数据据二二进制制有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用11111.1ANSYS的基的基础知知识(四)(四)四、四、ANSYS主要产品主要产品1.经典版经典版ANSYS(MechanicalAPDL)ANSYSMultiphysics包括工程学科的所有功能。
包括工程学科的所有功能。
ANSYSMechanical用于结构及热分析用于结构及热分析;ANSYSEmag用于电磁场分析用于电磁场分析;ANSYSFLOTRAN用于计算流体动力学分析。
用于计算流体动力学分析。
2.ANSYSWorkbench继承了经典版继承了经典版ANSYS的绝大多数功能,具有强大的的绝大多数功能,具有强大的模模型创建型创建、网格划分能力,使用和学习十分方便。
、网格划分能力,使用和学习十分方便。
3.ANSYSLS-DYNA为显式动力学分析软件,为显式动力学分析软件,用于求解高度非线性问题用于求解高度非线性问题。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用1212用于向用户显示提示信息,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。
显示当前单元属性设置和当前激活坐标系等。
用于快速执行命令,常用的有用于快速执行命令,常用的有TextToolbar、StandardToolbar、DisplayToolbar。
用于显示软件运行过程的文本输出。
用于显示软件运行过程的文本输出。
用于输入用于输入ANSYS命令。
命令。
用于显示用于显示ANSYS的模型以及分析得到的模型以及分析得到的图形结果等。
的图形结果等。
该菜单为该菜单为下拉菜单结构。
下拉菜单结构。
为树状弹为树状弹出式菜单结构。
出式菜单结构。
1.2ANSYS的用的用户界面界面MainMenu:
包含了各个处理器下的基本命令。
包含了各个处理器下的基本命令。
UtilityMenu:
包含了包含了ANSYS的全部公共命令。
的全部公共命令。
GraphicsWindow:
CommandInputArea:
OutputWindow:
Toolbar:
StatusandPromptArea:
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用13131.3ANSYS的使用方法的使用方法一、解题步骤一、解题步骤1.前处理前处理2.求解求解先指定任务名和分析标题,然后在先指定任务名和分析标题,然后在PREP7预处理器下选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。
型等。
3.后处理后处理在在SOLUTION求解器下选择分析类型,指定分析选项;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。
初始化并求解。
使用使用POST1普通后处理器或普通后处理器或POST26时间历程后处理器时间历程后处理器对结果进行查看。
对结果进行查看。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用1414该方法方便易用,适合该方法方便易用,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。
初学者,但效率低,操作步骤较多时容易出错且不便改正。
1.3ANSYS的使用方法的使用方法二、命令输入方法二、命令输入方法1.菜单法(菜单法(GUI法)法)2.命令流法命令流法通过拾取菜单或按钮执行命令。
通过拾取菜单或按钮执行命令。
该方法可以克服该方法可以克服菜单法的缺点,适合对菜单法的缺点,适合对ANSYS较熟悉者解决复杂问题时使用。
较熟悉者解决复杂问题时使用。
通过在命令窗口输入命令流执行命令。
通过在命令窗口输入命令流执行命令。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用15151.4ANSYS应用用实例例-平面桁架平面桁架实例:
实例:
用用ANSYS软件求解平面桁架问题。
软件求解平面桁架问题。
已知长度已知长度L=0.1m,各杆横截面面积,各杆横截面面积均为均为A=110-4m2,力,力P=2000N。
试。
试计算各杆的轴向力计算各杆的轴向力Fa、轴向应力、轴向应力a。
求解步骤:
求解步骤:
1.过滤界面。
过滤界面。
2.选择单元类型选择单元类型BEAM3。
3.定义实常数,指定横截面面积定义实常数,指定横截面面积1E-4。
4.定义材料模型。
定义材料模型。
5.创建节点创建节点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。
显示节点号、单元号。
7.创建单元。
创建单元。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用16161.4ANSYS应用用实例例-平面桁架平面桁架8.施加约束;在节点施加约束;在节点1UX、UY=0,在节,在节点点3UY=0。
9.在节点施加载荷,在节点施加载荷,FY=-2000。
10.求解。
求解。
11.定义单元表定义单元表FA(SMISC,1)、SA(LS,1)。
12.列表单元表数据列表单元表数据。
习题:
习题:
杆杆AD、CD为钢制,横截面面积为钢制,横截面面积为为2.5cm2,E=2.021011Pa,=0.3。
杆。
杆BD为铜制,为铜制,E=11011Pa,=0.3,横截,横截面面积为面面积为3cm2,力,力F=-2000N。
试计算各。
试计算各杆的轴向力、轴向应力。
杆的轴向力、轴向应力。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用1717第第2章章ANSYS的建模的建模本章提示本章提示2.1概述概述2.2关键点的创建关键点的创建2.3线的创建线的创建2.4面的创建面的创建2.5工作平面工作平面2.6体的创建体的创建2.7对话框及元素对话框及元素2.8复杂实体的创建方法复杂实体的创建方法2.9单元的划分单元的划分有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用1818本章提示本章提示1.掌握掌握ANSYS软件前处理时创建简单实体的方法、特点软件前处理时创建简单实体的方法、特点和适用范围。
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。
用范围。
3.了解如何将实际中的物体转化为了解如何将实际中的物体转化为ANSYS中用于模拟的中用于模拟的实体模型。
实体模型。
4.了解了解ANSYS软件几何模型以及有限元模型的使用、创软件几何模型以及有限元模型的使用、创建。
建。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用19192.1概述概述一、创建有限元模型的方法一、创建有限元模型的方法1.直接生成法直接生成法2.实体建模法实体建模法人工定义节点和单元,人工定义节点和单元,适合创适合创建简单模型。
建简单模型。
二、几何实体的等级二、几何实体的等级先人工创建几何体,再划分单元,形成有限元模型。
先人工创建几何体,再划分单元,形成有限元模型。
适合适合创建大型模型。
创建大型模型。
关键点关键点线线面面体体由关键点、线、面到体,等级由关键点、线、面到体,等级依次提高。
依次提高。
关键点与节点是不同性质的点。
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。
不能单独删除依附于高级实体上的低级实体。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用20202.1概述概述三、实体建模法三、实体建模法1.自上而下法自上而下法2.自下而上法自下而上法用用ANSYS命令直接创建高级实体,而依附的低级实体自命令直接创建高级实体,而依附的低级实体自然被创建。
然被创建。
先创建低级实体,再创建高级实体。
先创建低级实体,再创建高级实体。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用21212.2关关键点的点的创建建1.在工作平面上在工作平面上2.在活跃坐标系上在活跃坐标系上创建的关键点在工作平面上。
创建的关键点在工作平面上。
3.在线上在线上关键点的坐标与活跃坐标系有关。
关键点的坐标与活跃坐标系有关。
4.填充关键点填充关键点填充关键点的方向与活填充关键点的方向与活跃坐标系有关。
跃坐标系有关。
(CreateKeypointsOnWorkingPlane)(CreateKeypointsInActiveCS)(CreateKeypointsOnLinew/Ratio)(CreateKeypointsFillbetweenKPs)如何作三角形如何作三角形的中线的中线AE?
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用22222.3线的的创建建一、线的类型一、线的类型二、创建方法二、创建方法直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。
直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。
1.创建直建直线2.在活在活跃坐坐标系上系上在任意情况下,均创建直线。
在任意情况下,均创建直线。
3.垂垂线创建线的类型与活跃坐标系有关。
创建线的类型与活跃坐标系有关。
(CreateLinesLinesStraightLine)(CreateLinesLinesInActiveCoord)4.角度角度线(CreateLinesLinesNormaltoLines)5.三点三点圆弧弧(CreateLinesLinesAtangletoline)(CreateLinesArcsThrough3KPs)拾取拾取3个关键点创建圆弧。
个关键点创建圆弧。
第第1、2个关键点为圆弧的端点,个关键点为圆弧的端点,第第3个为中间点。
个为中间点。
圆弧的圆心角必须小于圆弧的圆心角必须小于180。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用23232.3线的的创建建6.CR圆弧弧7.倒倒圆角角通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。
通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。
(CreateLinesArcsByCent&Radius)该圆弧在工该圆弧在工作平面上。
作平面上。
(CreateLinesLineFillet)要求两线有公共关键点。
要求两线有公共关键点。
三、实例三、实例-正弦曲线的创建正弦曲线的创建
(一)创建原理
(一)创建原理有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用24242.3线的的创建建
(二)创建步骤
(二)创建步骤1.创建建圆弧,弧,Center(0,0)、R=1、=90。
2.2.打开关键点号、线号。
打开关键点号、线号。
3.3.显示多类型实体。
显示多类型实体。
4.创建建圆弧的等分点。
弧的等分点。
(1)切切换活活跃坐坐标系系为全全球球圆柱坐柱坐标系。
系。
(2)填充关填充关键点,数量点,数量4个、个、起始起始编号号3、编号增量号增量1。
5.创建关建关键点,点,x=1+/2、y=0、z=0。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用25252.3线的的创建建6.创建直建直线的等分点。
的等分点。
(1)切切换活活跃坐坐标系系为全球全球直角坐直角坐标系。
系。
(2)填充关填充关键点,数量点,数量4个、个、起始起始编号号8、编号增量号增量1。
7.7.创建铅垂线。
创建铅垂线。
(1)复制关复制关键点,点,x=0、y=1、z=0。
(2)创建直建直线。
8.创建投影建投影线。
9.创建建样条曲条曲线并并删除其余除其余线。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用26262.3线的的创建建
(1)偏移工作平面到关偏移工作平面到关键点。
点。
(2)切切换活活跃坐坐标系系为工作工作平面坐平面坐标系。
系。
(3)镜像像样条曲条曲线,镜面面为Y-Zplane。
11.对样条曲条曲线求和。
求和。
(1)合并关合并关键点。
点。
(2)布布尔尔add运算。
运算。
10.镜像像样条曲条曲线。
如何创建其余如何创建其余部分正弦曲线部分正弦曲线?
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用2727各个各个边分分别与与wx和和wy轴平行。
平行。
2.4面的面的创建建一、任意形状的面一、任意形状的面1.通通过关关键点点创建建(CreateAreasArbitraryThroughKPs)所所创建面可能是平面或曲面,与关建面可能是平面或曲面,与关键点的位置有关。
点的位置有关。
2.通通过线创建建(CreateAreasArbitraryByLines)二、矩形面二、矩形面1.通通过两个角点两个角点(CreateAreasRectangleBy2Corners)创建的矩形面建的矩形面为平面,且在工作平面上,平面,且在工作平面上,2.通通过中心、角点中心、角点(CreateAreasRectangleByCentr&Cornr)3.通通过尺寸尺寸(CreateAreasRectangleByDimensions)X1、X2、Y1、Y2分分别确定确定4条条边的位置。
的位置。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用28282.4面的面的创建建三、三、圆形面形面1.实心的心的圆形面形面(CreateAreasCircleSolidCircle)2.空心的空心的圆形面形面(CreateAreasCircleAnnulus)3.局部局部空心的空心的圆形面形面(CreateAreasCirclePartialAnnulus)4.通通过尺寸尺寸(CreateAreasCircleByDimensions)输入入圆形面的内外半径和起始、中止角度,形面的内外半径和起始、中止角度,圆心被缺心被缺省指定在工作平面的原点上。
省指定在工作平面的原点上。
输入入圆形面的形面的圆心和半径。
心和半径。
输入入圆形面的形面的圆心和内外半径。
心和内外半径。
输入入圆形面的形面的圆心、内外半径和起始、中止角度。
心、内外半径和起始、中止角度。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用2929工作平面上二维坐标系类型有笛卡尔坐标系(工作平面上二维坐标系类型有笛卡尔坐标系(Cartesian,直角坐标系)和极坐标系(直角坐标系)和极坐标系(Polar)两种,)两种,2.5工作平面的工作平面的应用用一、工作平面的作用一、工作平面的作用二、工作平面的设置二、工作平面的设置1.创建实体时定位和定向;创建实体时定位和定向;2.作为工具平面使用;作为工具平面使用;3.作为坐标系使用。
作为坐标系使用。
三、工作平面的操作三、工作平面的操作(UtilityMenuWorkPlaneWPSettings)相对应三维的工作相对应三维的工作平面坐标系为直角坐标系和圆柱坐标系。
平面坐标系为直角坐标系和圆柱坐标系。
Snap被被ANSYS作为长度单位使用,缺省值为作为长度单位使用,缺省值为0.05。
偏移偏移工作平面原点到新位置。
工作平面原点到新位置。
令工作平面坐标系的某坐标令工作平面坐标系的某坐标平面绕垂直坐标轴平面绕垂直坐标轴旋转旋转。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用30302.5工作平面的工作平面的应用用1.通通过增量偏移、旋增量偏移、旋转工作平面工作平面(OffsetWPbyIncrement)2.偏移原点到关偏移原点到关键点(点(节点点/原点)原点)(OffsetWPtoKeypoints)3.对齐工作平面到关工作平面到关键点点(AlignWPwithKeypoints)操作中指定操作中指定3个关键点时,第一个关键点被作为工作平面的个关键点时,第一个关键点被作为工作平面的原点,第二个关键点在原点,第二个关键点在+wx轴上,第三个关键点定义工作平面轴上,第三个关键点定义工作平面和和+wy轴。
轴。
4.对齐工作平面到全球直角坐工作平面到全球直角坐标系系(AlignWPwithGlobalCartesian)工作平面恢复到初始位置和方向。
工作平面恢复到初始位置和方向。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用31312.6体的体的创建建一、常见体的创建一、常见体的创建1.块(CreateVolumesBlockByDimension)块的方向和位置由工作平面决定。
块的方向和位置由工作平面决定。
2.圆柱体柱体(CreateVolumesCylinderByDimension)圆柱体的轴线在圆柱体的轴线在wz轴上,底面与工作平面平行。
轴上,底面与工作平面平行。
二、工作平面及体的创建应用实例二、工作平面及体的创建应用实例-相交圆柱体相交圆柱体有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用32322.6体的体的创建建1.创建两个建两个圆柱体,半径分柱体,半径分别为0.03和和0.015,长度度0.08。
2.改变视点。
改变视点。
3.显示体号。
显示体号。
4.偏移工作平面偏移工作平面y=0.05、z=0.03,wywz面面绕wx轴旋旋转60。
5.创建两个建两个圆柱体,半径分柱体,半径分别为0.012和和0.006,长度度0.045。
6.做布做布尔尔减运算,形成内孔。
减运算,形成内孔。
7.重画重画图形。
形。
8.创建建块,x1,x2=-0.002,0.002,y1,y2=-0.013,-0.009,z1,z2=-0,0.008。
有限元专题实践有限元专题实践软件及应用软件及应用33332.6体的体的创建建9.改改变工作平面的坐工作平面的坐标系系为极坐极坐标系。
系。
10.激活工作平面坐标系。
激活工作平面坐标系。
11.环形形复制块。
复制块。
12.做布做布尔尔减运算,形成矩形槽。
减运算,形成矩形槽。
13.重画重画图形。
形。
14.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- ANSYS 机械工程 应用 精华 50