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水下潜器结构的ansys分析

水下潜器结构的ansys分析
水下潜器结构的ansys分析

水下潜器结构的ansys分析

问题描述:海洋是一个神秘的世界,是人类一直以来不断尝试探索其所有的奥秘的地方。在探索海洋,特别是深海时,水下潜器是必不可少的工具。在深海里,一般的密封容器很容易被压瘪。只有特殊结构的密封体才能承受如此巨大的压力。所以耐压性是水下潜器的一个重要参数。除了材料外,潜器的结构对其的影响也十分大。不同的结构可以导致不同的失稳条件,在稳定性不够的情况下,可以通过增加壁厚或者是增加加强筋来达到挺高稳定性的效果。考虑到重量对于水下装置十分重要,所以一般是通过增加加强筋来实现的。加强筋是为了增加刚度、减少形变的,但是壳体内表面的加强筋和外表面的加强筋所达到的效果是不一样的。本文将对一种环肋状潜器结构进行ansys有限元分析,对其两种不同加强筋方式(内表面加强筋、外表面加强筋)分别在内压和外压下进行变形、应力和应变的对比,并将其与一般密封容器进行比较分析。

一、建立有限元模型

Ansysy是一款比较强大的仿真软件,简单的模型可以直接在ansys里建立。此次一共需要建立3个模型,外加强筋、内加强筋和普通的无加强筋模型。三种模型都是采用了相同的厚壁空心圆柱体,为了不加入其他的影响因素,内外加强筋的尺寸都是一样的。唯一的的区别就是一个加强筋一个加在内表面,一个加在外表面。3个模型使用的材料都是结构钢,其弹性模量是2e5MPa,泊松比为0.3,密度为7.85e-6kg/mm3。

首先在ansys里生成关键点,然后利用关键点生成如下图所示的面。壳体壁厚H =20mm,外径R=120mm,矩形截面尺寸为8mm×10mm。

图1 外加强筋二维模型图2 内加强筋二维模型

二维模型建立好了之后利用旋转将面绕轴线旋转360度得到三维体,然后利用布尔运算将旋转的三维体相加得到最终的三维模型。如下图所示。

图3 外加强筋三维模型图4 内加强筋三维模型三维有限元模型建立好了之后,选择添加单元体Solid 185,。然后设置材料属性,弹性模量EX=2e5,泊松比PRXY=0.3,密度DENS=7.85e-6。3种不同的有限元模型的单元体和材料属性都设为一样,以到达更强的对比性。

二、网格划分、施加约束和载荷

网格的划分影响到ansysy的计算时间和计算精度。但是作为对比仿真,只需要将内加强筋和外加强筋网格划分一致,网格大小适中就行。因此本文采用的是控制网格尺寸的自由划分网格方式。网格尺寸Element Size=15。网格划分结果如下图所示。

图5 外加强筋三维模型网格划分图6 内加强筋三维模型网格划分

网格划分完成之后,需要将三维模型进行约束,然后再施加载荷。在此,本文将模型的两个环形端面进行全约束。这种约束可能与实际的情况有偏差,但是结果的可对比性依旧没变,所以就将每个模型的两端面进行约束。

约束完成后,接下来就是对模型施加压力。在此本文将每个模型进行了两种不同的加压的考虑,对每个模型分别施加外压和内压,这样不仅可以增加对比性,还可以得到更多的结果以供讨论。施加压力的大小都为1MPa。施加压力方式如下图所示。

图7 外加强筋三维模型施加外压图8 外加强筋三维模型施加内压

图9 内加强筋三维模型施加外压图10 外加强筋三维模型施加内压

三、计算求解结果

除了内外加强筋的对比之外,本文还引入了普通的无加强筋一起进行对比。本文将主要讨论模型分别在内外压力下的形变、应力和应变。形变、应力和应变分别在计算的结果里可以直接找到。求解的图示结果如下:

图11外加强筋三维模型施加外压的形变样子、形变、应力、应变图

图12外加强筋三维模型施加内压的形变样子、形变、应力、应变图

图13内加强筋三维模型施加外压的形变样子、形变、应力、应变图

图14内加强筋三维模型施加内压的形变样子、形变、应力、应变图

图15内加强筋三维模型施加内压的形变样子、形变、应力、应变图从上面的图形结果来看,3种模型分别在内外压力作用下的变形都基本一致,但是变形、应力和应变的值的大小各不相同。从上图中很难比较这几个值的大小,所以需要提取求解结果的数值解来进行比较。求解的数值结果可以从结果文本里找到。分别提取数值结果并整理成表格如下所示:

加强筋加压最大变形/mm 最大应力MPa 最大应变

外加强筋外压0.24725E-02 5.07430.32983E-04内压0.27118E-02 6.0858 0.39558E-04

内加强筋外压0.29696E-02 6.9626 0.45257E-04内压0.22358E-02 5.25340.34147E-04

无加强筋外压0.32294E-02 6.2084 0.40354E-04内压0.29364E-02 6.18290.40189E-04表1 变形、应力和应变

四、结论

1、从上面的图示结果可以看出3种模型分别在受外压和内压时的变形基本一致,没有背离实际,说明模型没有原则性错误。

2、从上面的图示结果的应力图可以看出还可以看出,内加强筋和外加强筋无论是在受内压还是外压时,模型内表面总是应力和应变最大处。这与相符。

3、从上面整理后得表格可以看出,无加强筋模型无论在受内压还是外压时,它的最大变形、最大应力和应变都基本上明显大于有加强筋的模型,因此加强筋对提高刚度和稳定性的作用确实很有用。

4、从上面整理后得表格还可以看出,外加强筋在受外压、内加强筋在受内压的情况下,它们各自的最大变形、最大应力和应变值最小,也就是说在受外压时,应选用外加强筋;在受内压时,应选用内加强筋。内外加强筋在内外压下分别有各自的优势。这与参考文献[1]的结论略有不同。

参考文献:

[1] 基于ANSYS Workbench 的带环肋耐压壳体的刚度分析,熊传志,机电工程技术第39卷第12期,2010年.

ANSYS框架结构分析

有限元分析大作业报告 一、结构形式及参数 1、结构基本参数 某框架结构如下图所示,为两榀、三跨七层框架。结构由梁板柱组成,梁板柱之间刚结。材料为C35混凝土,弹性模量为3.15e10N/m2,泊松比取0.25,质量密度为2500kg/m3,梁截面为300mm×700 mm,柱截面为500mm×500mm,楼板厚度为120mm。梁和柱采用beam44 单元,板采用shell 63单元。单位采用国际单位制。 二、静力分析及结果 1、荷载详情 荷载包括自重荷载,采用命令acel,0,0,9.8施加;以及垂直板面向下的均布恒荷载0.35 kN/m2和活荷载0.15 kN/m,两者合并后采用命令*do,mm,204,245,1 sfe,mm,2,pres,,500,500,500,500 *end do施加。 2、结构变形:最大变形发生在91号节点,数值为1.573mm,方向竖直向下(-Z方向)。

3、位移云图 4、等效应力云图:最大等效应力发生在78号节点,数值为175064Pa。

5、支座反力(保留两位小数,单位如表中所示) 节点编码FX(kN) FY(kN) FZ(kN) MX(kN﹒m) MY(kN﹒m) MZ(kN﹒m) 1 -3.87 5.33 514.15 -5.19 -3.74 0.00 2 -6.36 0.09 774.5 3 -0.12 -6.13 0.00 3 -6.36 -0.09 774.53 0.12 -6.13 0.00 4 -3.87 -5.33 514.1 5 5.19 -3.74 0.00 5 0.00 8.2 6 693.8 7 -8.00 0.00 0.00 6 0.00 0.06 107.28 -0.08 0.00 0.00 7 0.00 -0.06 107.28 0.08 0.00 0.00 8 0.00 -8.26 693.87 8.00 0.00 0.00 9 3.87 5.33 514.15 -5.19 3.74 0.00 10 6.36 0.09 774.53 -0.12 6.13 0.00 11 6.36 -0.09 774.53 0.12 6.13 0.00 12 3.87 -5.33 514.15 5.19 3.74 0.00 三、模态分析结果 1、各阶振型频率及类型 振型阶次自振频率(Hz)振动形式 1 1.838 2 弯曲振型 2 1.8627 弯曲振型 3 2.2773 扭转振型 4 5.6636 弯曲振型 5 5.7097 弯曲振型

用ANSYS进行桥梁结构分析

用ANSYS进行桥梁结构分析 谢宝来华龙海 引言:我院现在进行桥梁结构分析主要用桥梁博士和BSACS,这两种软件均以平面杆系为计算内核,多用来解决平面问题。近来偶然接触到ANSYS,发现其结构分析功能强大,现将一些研究心得写出来,并用一个很好的学习例子(空间钢管拱斜拉桥)作为引玉之砖,和同事们共同研究讨论,共同提高我院的桥梁结构分析水平而努力。 【摘要】本文从有限元的一些基本概念出发,重点介绍了有限元软件ANSYS平台的特点、使用方法和利用APDL语言快速进行桥梁的结构分析,最后通过工程实例来更近一步的介绍ANSYS进行结构分析的一般方法,同时进行归纳总结了各种单元类型的适用范围和桥梁结构分析最合适的单元类型。 【关键词】ANSYS有限元APDL结构桥梁工程单元类型 一、基本概念 有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。 真实系统有限元模型 自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。

节点和单元 荷载 1、每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。 2、作为一个整体,单元形成了整体结构的数学模型。 3、信息是通过单元之间的公共节点传递的。 4、节点自由度是随连接该节点单元类型变化的。 单元形函数 1、FEA仅仅求解节点处的DOF值。 2、单元形函数是一种数学函数,规定了从节点DOF值到单元内所有点处DOF值的计算方法。 3、因此,单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。 4、单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。 5、单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。 6、DOF值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解,但单元内的平均值与实际情况吻合得很好。 7、这些平均意义上的典型解是从单元DOFs推导出来的(如,结构应力,热梯度)。 8、如果单元形函数不能精确描述单元内部的DOFs,就不能很好地得到导出数据,因为这些导出数

ANSYS分析指南精华:子结构

第四章子结构 什么是子结构? 子结构就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单元的过程。这个单一的矩阵单元称为超单元。在ANSYS分析中,超单元可以象其他单元类型一样使用。唯一的区别就是必须先进行结构生成分析以生成超单元。子结构可以在ANSYS/Mutiphysics,ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。 使用子结构主要是为了节省机时,并且允许在比较有限的计算机设备资源的基础上求解超大规模的问题。原因之一如a)非线性分析和带有大量重复几何结构的分析。在非线性分析中,可以将模型线性部分作成子结构,这样这部分的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算。在有重复几何结构的模型中(如有四条腿的桌子),可以对于重复的部分生成超单元,然后将它拷贝到不同的位置,这样做可以节省大量的机时。 子结构还用于模型有大转动的情况下。对于这些模型,ANSYS假定每个结构都是围绕其质心转动的。在三维情况下,子结构有三个转动自由度和三个平动自由度。在大转动模型中,用户在使用部分之前无须对子结构施加约束,因为每个子结构都是作为一个单元进行处理,是允许刚体位移的。 另外一个原因b)一个问题就波前大小和需用磁盘空间来说相对于一个计算 1

机系统太庞大了。这样,用户可以通过子结构将问题分块进行分析,每一块对于计算机系统来说都是可以计算的。 如何使用子结构 子结构分析有以下三个步骤: ●生成部分 ●使用部分 ●扩展部分 生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界,提取模型的动力学特性。图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。由于接触单元需要迭代计算,将板状构件形成子结构将显著地节省机时。本例中,主自由度是板与接触单元相连的自由度。 图4-1 子结构使用示例 2

ANSYS工程分析 基础与观念Chapter04

第4章 ANSYS结构分析的基本观念Basic Concepts for ANSYS Structural Analysis 这一章要介绍关于ANSYS结构分析的基本观念,熟悉这些基本观念有助于让你很快地区分你的工程问题的类别,然后依此选择适当的ANSYS分析工具。在第1节中我们会对分析领域(analysis fields)做一个介绍,如结构分析、热传分析等。第2节则对分析类别(analysis types)作一介绍,如静力分析、模态分析、或是瞬时分析等。第3节解释何谓线性分析,何谓非线性分析。第4节要对结构材料模式(material models)作一个讨论并作有系统的分类。第5节讨论结构材料破坏准则。第6、7节分别举两个实例,一个是结构动力分析,一个是非线性分析来总合前面的讨论。这两个例子再加上第3章介绍过的静力分析例子,这三个例子可以说是用来做为正式介绍ANSYS命令(第5、6、7章)之前的准备工作。最后(第8节)我们以两个简单的练习题做本章的结束。

第4.1节学科领域与元素类型 Disciplines and Element Types 4.1.1 学科领域(Disciplines) 我们之前提过,ANSYS提供了五大学科领域的分析能力:结傋分析、热传分析、流场分析、电场分析、磁场分析(电场分析及磁场分析可统称为电磁场分析),此外ANSYS也提供了偶合场分析(coupled-field analysis)的能力。为了能分析横跨多学科领域的偶合场,ANSYS提供了一些偶合场元素(coupled-field elements),但是这些元素还是无法涵盖所有偶合的可能性(举例来说,ANSYS 并没有流场与结构的偶合场元素)。但是在ANSYS的操作环境下,再加上利用APDL [Ref. 20],理论上可以进行各种偶合场分析(但是计算时间及收敛性常是问题所在)。下一小节将举几个例子来解说偶合场分析的含义,更详细的偶合场分析步骤你必须参阅Ref. 15。 4.1.2 偶合场分析 以下我们举三个例子来说明何谓偶合场分析。 第一个例子是热应力的计算,这是最常会遇到的问题之一。当你进行热应力分析时,通常分成两个阶段:先做热传分析解出温度分布后,再以温度分布作为结构负载来进行结构分析,而解出应力值。在第一个阶段,热边界条件(thermal boundary conditions)是热传分析的负载,我们希望知道在此热边界条件之下,温度是怎么分布的。因为不均匀的温度分布会造成结构的翘曲变形,所以第二个阶段是希望知道在这些温度分布下结构的变形及应力。这是一个很典型的偶合场分析问题,因为结构怎么变形是依温度怎么分布而定,而温度如何分布则与结构如何变形(变形量很大时,几何形状会改变)有关,这种相依的关系就称为偶合(coupling)。严格来说,前述的分析程序(先做热传分析再做结构分析)观念上不是很正确的,较正确的做法应该是热传与结构分析必须同时进行,也就是说温

ANSYS-结构稳态(静力)分析之经典实例-命令流格式

ANSYS 结构稳态(静力)分析之经典实例-命令流格式.txt两人之间的感情就像织毛衣,建立 的时候一针一线,小心而漫长,拆除的时候只要轻轻一拉。。。。/FILNAME,Allen-wrench,1 ! Jobname to use for all subsequent files /TITLE,Static analysis of an Allen wrench /UNITS,SI ! Reminder that the SI system of units is used /SHOW ! Specify graphics driver for interactive run; for batch ! run plots are written to pm02.grph ! Define parameters for future use EXX=2.07E11 ! Young's modulus (2.07E11 Pa = 30E6 psi) W_HEX=.01 ! Width of hex across flats (.01m=.39in) *AFUN,DEG ! Units for angular parametric functions定义弧度单位 W_FLAT=W_HEX*TAN(30) ! Width of flat L_SHANK=.075 ! Length of shank (short end) (.075m=3.0in) L_HANDLE=.2 ! Length of handle (long end) (.2m=7.9 in) BENDRAD=.01 ! Bend radius of Allen wrench (.01m=.39 in) L_ELEM=.0075 ! Element length (.0075 m = .30 in) NO_D_HEX=2 ! Number of divisions on hex flat TOL=25E-6 ! Tolerance for selecting nodes (25e-6 m = .001 in) /PREP7 ET,1,SOLID45 ! 3维实体结构单元;Eight-node brick element ET,2,PLANE42 ! 2维平面结构;Four-node quadrilateral (for area mesh) MP,EX,1,EXX ! Young's modulus for material 1;杨氏模量 MP,PRXY,1,0.3 ! Poisson's ratio for material 1;泊松比 RPOLY,6,W_FLAT ! Hexagonal area创建规则的多边形 K,7 ! Keypoint at (0,0,0) K,8,,,-L_SHANK ! Keypoint at shank-handle intersection K,9,,L_HANDLE,-L_SHANK ! Keypoint at end of handle L,4,1 ! Line through middle of hex shape L,7,8 ! Line along middle of shank L,8,9 ! Line along handle LFILLT,8,9,BENDRAD ! Line along bend radius between shank and handle! 产生 一个倒角圆,并生成三个点 /VIEW,,1,1,1 ! Isometric view in window 1 /ANGLE,,90,XM ! Rotates model 90 degrees about X! 不用累积的旋转 /TRIAD,ltop /PNUM,LINE,1 ! Line numbers turned on LPLOT

ANSYS 非线性_结构分析

目录 非线性结构分析的定义 (1) 非线性行为的原因 (1) 非线性分析的重要信息 (3) 非线性分析中使用的命令 (8) 非线性分析步骤综述 (8) 第一步:建模 (9) 第二步:加载且得到解 (9) 第三步:考察结果 (16) 非线性分析例题(GUI方法) (20) 第一步:设置分析标题 (21) 第二步:定义单元类型 (21) 第三步:定义材料性质 (22) 第四步:定义双线性各向同性强化数据表 (22) 第五步:产生矩形 (22) 1

第六步:设置单元尺寸 (23) 第七步:划分网格 (23) 第八步:定义分析类型和选项 (23) 第九步:定义初始速度 (24) 第十步:施加约束 (24) 第十一步:设置载荷步选项 (24) 第十二步:求解 (25) 第十三步:确定柱体的应变 (25) 第十四步:画等值线 (26) 第十五步:用Post26定义变量 (26) 第十六步:计算随时间变化的速度 (26) 非线性分析例题(命令流方法) (27) 非线性结构分析 非线性结构的定义 在日常生活中,会经常遇到结构非线性。例如,无论何时用钉书针钉书,金 2

属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状。(看图1─1(a))如果你在一个木架上放置重物,随着时间的迁移它将越来越下垂。(看图1─1(b))。当在 汽车或卡车上装货时,它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化。(看图1─1(c))如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性. 图1─1 非线性结构行为的普通例子 3

非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多,它可以被分成三种主要类型: 状态变化(包括接触) 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如,一根只能拉伸的电缆可能是松散的,也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接有关(如在电缆情况中),也可能由某种外部原因引起(如在冻土中的紊乱热力学条件)。ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。 接触是一种很普遍的非线性行为,接触是状态变化非线性类型形中一个特殊而重要的子集。 几何非线性 如果结构经受大变形,它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应。一个例的垂向刚性)。随着垂向载荷的增加,杆不断弯曲以致于动力臂明显地减少,导致杆端显示出在较高载荷下不断增长的刚性。 4

ansys结构分析基本原理

1 应力-应变关系 本文将介绍结构分析中材料线性理论,在后续再介绍材料非线性的理论。在线弹性理论中应力-应变关系: (1) 其中: {σ}:应力分量,即在ANSYS软件里以S代替σ形式出现。 [D]:弹性矩阵或弹性刚度矩阵或应力-应变矩阵。利用(14)~(19)给出了其具体表达式。(4)给出了其逆矩阵的表达式。通过给出完整的[D]可以定义少数的各向异性单元。在ANSYS中利用命令:TB,ANEL来输入具体数值。 :弹性应变矢量。在ANSY中以EPEL形式输出。 {ε}:总的应变矢量,即 {εth}:热应变矢量,(3)给出了其定义式,在ANSYS中以EPTH形式给出。 注意: {εel}:是由应力引起的应变。 软件中的剪切应变( εxy、εyz和εxz)是工程应变,他们是拉伸应变的两倍。ε通常用来表示拉伸应变,但为了简化输出而采用此表示。将在材料的非线性分析中说明总应变的分量,以EPTO形式输出。 图1 单元的应力矢量图 如图1给出了单元应力矢量图。ANSYS程序中规定正应力和正应变拉伸是为正,压缩时为负。 (1)式还可以被写作以下形式:

(2) 三维情况下,热应变矢量为: (3) 其中: :方向的正割热膨胀系数。 ΔT=T-T ref T:问题中节点当前温度。 :参考温度也就是应变自由时的温度。用TREF或MP命令输入。 T ref 柔度矩阵的定义: (4) 其中: E x: 方向上的杨氏模量,在MP命令中用EX输入。 v xy:主泊松比,在MP命令中用PRXY输入。 :次泊松比,在MP命令中用NUXY输入。 v yx G : 平面上的剪切模量,在MP命令中用GXY输入。 xy 此外,[D]-1是对称矩阵,因此 (5)

ansys子结构分析实例解析

ANSYS中的超单元 从8.0版开始,ANSYS中增加了超单元功能,本文通过一些实际例子,探讨了ANSYS 中超单元的具体使用。 1 使用超单元进行静力分析 根据ANSYS帮助文件,使用超单元的过程可以划分为三个阶段(称为Pass): (1) 生成超单元模型(Generation Pass) (2) 使用超单元数据(Use Pass) (3) 扩展模型(Expansion Pass) 以下摘自htbbzzg邹老师博客,请勿乱传! 下面以一个例子加以说明: 一块板,尺寸为20×40×2,材料为钢,一端固支,另一端承受法向载荷。 首先生成原始模型se_all.db,即按照整个结构进行分析,以便后面与超单元结果进行比较: 首先生成两个矩形,尺寸各为20×2。然后定义单元类型shell63; 定义实常数1为: 2 (板厚度)。 材料性能:弹性模量E=201000;波松比μ=0.3;密度ρ=7.8e-9; 单位为mm-s-N-MPa。 采用边长1划分单元;一端设置位移约束all,另一端所有(21个)节点各承受Z向力5。计算模型如下图:

静力分析的计算结果如下:

为了后面比较的方便,分别给出两个area上的结果:

超单元部分,按照上述步骤操作如下: (1) 生成超单元 选择后半段作为超单元,前半段作为非超单元(主单元)。 按照ANSYS使用超单元的要求,超单元与非超单元部分的界面节点必须一致(重合),且最好分别的节点编号也相同,否则需要分别对各节点对建立耦合方程,操作比较麻烦。 实际上,利用ANSYS中提供的mesh200单元,对超单元和非超单元的界面实体,按照同一顺序,先于所有其它实体划分单元,很容易满足界面节点编号相同的要求。对于多级超单元的情况,则还要结合其它操作(如偏移节点号等)以满足这一要求。 对于本例,采用另一办法,即先建立整个模型,然后再划分超单元和非超单元。即:将上述模型分别存为se_1.db (超单元部分)和se_main.db (非超单元部分)两个文件,然后分别处理。 对于se_1.db模型,按照超单元方式进行处理。由于模型及边界条件已建立,只需删除前半段上的划分,结果就是超单元所需的模型。 然后直接进入创建超单元矩阵的操作,首先说明一下创建超单元矩阵的一般步骤: A进入求解模块: 命令:/Solu GUI:Main menu -> Solution B设置分析类型为“子结构或部件模态综合“

ANSYS分析实例详解

ANSYS分析实例详解 姓名:XXX 学号:XXX 专业:XXX 内容:空调支架的有限元分析 本次作业为对一空调支架的有限元分析,其主要内容包括空调支架的建模、有限元分析、强度校核以及结构优化等。下图为空调支架一侧的实物图片: 1、空调支架的特点分析 由于空调支架为一个完全对称结构,空调的重量均匀分部在两侧对称支架上,因此只要对空调支架的一侧进行分析即可达到对整体空调支架的分析,同时也达到了简化空调支架分析的目的。本次作业可以分三部分来完成:一,空调支架一侧的建模;二,利用商业化有限元分析软件对建好的空调支架模型进行有限元分析;三,根据空调支架模型有限元分析的结果对支架进行强度校核以及结构优化。 2、空调支架的建模 空调支架的具体尺寸图如下图所示:

考虑到空调支架模型结构简单,故在此没有利用三维软件建模而是直接在有限元分析软件中进行建模,本次作业采用的有限元分析软件为美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件ANSYS10.0。建立模型包括设定分析作业名和标题,定义单元类型、定义材料属性、建立三维模型、划分有限元网格。 2.1设定分析作业名和标题 打开ANSYS软件进入ANSYS操作界面,首先从主菜单中选择【Preferences】命令,勾选Structural。然后从实用菜单中选择【Change Jobname】命令,将文件名修改为Ktiao2,从实用菜单中选择【Change Title】命令,将标题修改为Ktiao2。如下图所示: 2.2定义单元类型 在进行有限元分析时,首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等,选定适合具体分析的单元类型。本文中选用8节点六面体单元Solid185。如下图所示:

ANSYS结构力分析实例

基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step) 下面以一个简单桁架桥梁为例,以展示有限元分析的全过程。背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988),见图3-22。该桁架桥由型钢组成,顶梁及侧梁,桥身弦杆,底梁分别采用3 种不同型号的型钢,结构参数见表3-6。桥长L=32m,桥高H=5.5m。桥身由8 段桁架组成,每段长4m。该桥梁可以通行卡车,若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置,假设卡车的质量为4000kg,若取一半的模型,可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1 ,P2 和P3 ,其中P1= P3=5000 N, P2=10000N,见图3-23。 图3-22 位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988) 图3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半) 表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数 解答以下为基于ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。 (1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)

程序→ANSYS →ANSYS Interactive →Working directory(设置工作目录)→Initial jobname (设置工作文件名):TrussBridge →Run →OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu:Preferences… →Structural →OK (3) 定义单元类型 ANSYS Main Menu:Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Beam: 2d elastic 3 →OK(返回到Element Types窗口)→Close (4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add…→select Type 1 Beam 3 →OK →input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3,Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) →Apply →input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3,Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) →Apply →input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3,Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) →OK (back to Real Constants window) →Close (the Real Constants window) (5) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) →OK →Density (定义材料密度) →input DENS: 7800, →OK →Close(关闭材料定义窗口) (6) 构造桁架桥模型 生成桥体几何模型 ANSYS Main Menu:Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →NPT Keypoint number:1,X,Y,Z Location in active CS:0,0 →Apply →同样输入其余15个特征点坐标(最左端为起始点,坐标分别为(4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5))→Lines →Lines →Straight Line →依次分别连接特征点→OK 网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK →select REAL: 1, TYPE: 1 →Apply →选择桥体弦杆→OK →select REAL: 2, TYPE: 1 →Apply →选择桥底梁→OK →select REAL: 3, TYPE:1 →OK →ANSYS Main Menu:Preprocessor →Meshing →MeshTool →位于Size Controls下的Lines:Set →Element Size on Picked →Pick all →Apply →NDIV:1 →OK →Mesh →Lines →Pick all →OK (划分网格) (7) 模型加约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement →On Nodes →选取桥身左端节点→OK →select Lab2: All DOF(施加全部约束) →Apply →选取桥身右端节点→OK →select Lab2: UY(施加Y方向约束) →OK (8) 施加载荷 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点(X坐标为12及20)→OK →select Lab: FY,Value: -5000 →Apply →选取底梁上卡车中部关键点(X坐标为16)→OK →select Lab: FY,Value: -10000 →OK →ANSYS Utility Menu:→Select →Everything (9) 计算分析 ANSYS Main Menu:Solution →Solve →Current LS →OK (10) 结果显示 ANSYS Main Menu:General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def shape only →OK(返回到Plot Results)→Contour Plot →Nodal Solu →DOF Solution, Y-Component of Displacement →OK(显示Y方向位移UY)(见图3-24(a))

工字钢-ANSYS实例分析72道(含结果)

2.3 工字钢-ANSYS 实例分析 (三维实体结构) 介绍三维实体结构的有限元分析。 一、问题描述 图1所示为一工字钢梁,两端均为固定端,其截面尺寸为 1.0,0.16,0.2,0.02,0.02l m a m b m c m d m =====。试建立该工字钢梁的三维实体模型,并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。 图1 工字钢结构示意图 其他已知参数如下: 弹性模量(也称杨式模量) E= 206GPa ;泊松比3.0=u ; 材料密度3 /7800m kg =ρ;重力加速度2/8.9s m g =; 作用力F y 作用于梁的上表面沿长度方向中线处,为分布力,其大小F y =-5000N 。 二、实训步骤 (一) ANSYS10.0的启动与设置 1、启动。点击:开始>所有程序> ANSYS10.0> ANSYS ,即可进入ANSYS 图形用户主界面。 2、功能设置(过滤)。点击主菜单中的“Preference”菜单(Main Menu > Preferences),弹出“参数设置”对话框,选中“Structural”复选框,点击“OK”按钮,关闭对话框,如图2所示。本步骤的目的是过滤不必要的菜单,仅使用该软件的结构分析功能,以简化主菜单中各级子菜单的结构。

图2 Preference参数设置对话框 3、系统单位设置。由于ANSYS软件系统默认的单位为英制,因此,在分析之前,应将其设置成国际公制单位。在命令输入栏中键入“/UNITS,SI”,然后回车即可(系统一般看不出反应,但可以在Output Window 中查看到结果,如图3所示)。(注:SI表示国际公制单位) 设置完成后按主菜单中前处理器(在ANSYS中称为PREP7)设定的先后顺序进行,具体如图4所示。

ANSYS结构分析教程篇

ANSYS结构分析基础篇 一、总体介绍 进行有限元分析的基本流程: 1.分析前的思考 1)采用哪种分析(静态,模态,动态...) 2)模型是零件还是装配件(零件可以form a part形成装配件,有时为了划分六 面体网格采用零件,但零件间需定义bond接触) 3)单元类型选择(线单元,面单元还是实体单元) 4)是否可以简化模型(如镜像对称,轴对称) 2.预处理 1)建立模型 2)定义材料 3)划分网格 4)施加载荷及边界条件 3.求解 4.后处理 1)查看结果(位移,应力,应变,支反力) 2)根据标准规范评估结构的可靠性 3)优化结构设计 高阶篇: 一、结构的离散化 将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元,并通过有限个节点相互连接的离散系统。 这一步要解决以下几个方面的问题: 1、选择一个适当的参考系,既要考虑到工程设计习惯,又要照顾到建立模型的方便。 2、根据结构的特点,选择不同类型的单元。对复合结构可能同时用到多种类型的单元,此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。 3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求,合理确定单元的尺寸和阶次。 4、根据工程需要,确定分析类型和计算工况。要考虑参数区间及确定最危险工况等问题。 5、根据结构的实际支撑情况及受载状态,确定各工况的边界约束和有效计算载荷。 二、选择位移插值函数 1、位移插值函数的要求 在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数,并利用节点处的位移连续性条件,将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式。 位移插值函数需要满足相容(协调)条件,采用多项式形式的位移插值函数,这一条件始终可以满足。

ansys子模型介绍与应用实例

第五章子模型 何为子模型? 子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。在有限元分析中往往出现这种情况,即对于用户关心的区域,如应力集中区域,网格太疏不能得到满意的结果,而对于这些区域之外的部分,网格密度已经足够了。见图5-1。 图5-1 轮毂和轮辐的子模型 a)粗糙模型,b)叠加的子模型 要得到这些区域的较精确的解,可以采取两种办法:(a)用较细的网格重新划分并分析整个模型,或(b)只在关心的区域细化网格并对其分析。显而易见,方法a太耗费机时,方法b即为子模型技术。 子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型分割开的边界。整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。 子模型基于圣维南原理,即如果实际分布载荷被等效载荷代替以后,应力和应变只在载荷施加的位置附近有改变。这说明只有在载荷集中位置才有应力集中效应,如果子模型的位置远离应力集中位置,则子模型内就可以得到较精确的结果。 ANSYS程序并不限制子模型分析必须为结构(应力)分析。子模型也可以有效地应用于其他分析中。如在电磁分析中,可以用子模型计算感兴趣区域的电磁力。 除了能求得模型某部分的精确解以外,子模型技术还有几个优点: 它减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域。 它使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计(如不同的圆角半径)进行分析。 它帮助用户证明网格划分是否足够细。 使用子模型的一些限制如下: 只对体单元和壳单元有效。 子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。用户必须验证是否满足这

个要求。 如何作子模型分析 子模型分析的过程包括以下步骤: 1. 生成并分析较粗糙的模型。 2. 生成子模型。 3. 提供切割边界插值。 4. 分析子模型。 5. 验证切割边界和应力集中区域的距离应足够远。 第一步:生成并分析较粗糙的模型 第一个步骤是对整体建模并分析。(注-为了方便区分这个原始模型,我们将其称为粗糙模型。这并不表示模型的网格划分必须是粗糙的,而是说模型的网格划分相对子模型的网格是较粗糙的。) 分析类型可以是静态或瞬态的,其操作与各分析的步骤相同。下面列出了其他的一些要记住的方面。 文件名——粗糙模型和子模型应该使用不同的文件名。这样就可以保证文件不被覆盖。而且在切割边界插值时可以方便地指出粗糙模型的文件。用下列方法指定文件名: Command: /FILNAME GUI: Utility Menu>File>Change Jobname 单元类型——子模型技术只能使用块单元和壳单元。分析模型中可以有其他单元类型(如梁单元作为加强筋),但切割边界只能经过块和壳单元。 一种特殊的子模型技术,称为壳到体子模型技术,允许用户用壳单元建立粗糙模型而用三维块单元建立子模型。本技术在后面还要讨论。 建模——在很多情况下,粗糙模型不需要包含局部的细节如圆角等,见下图。但是,有限元网格必须细化到足以得到较合理的位移解。这一点很重要,因为子模型的结果是根据切割边界的位移解插值得到的。 图5-2 粗糙模型可以不包括一些细节部分 文件——结果文件(Jobname.RST,Jobname.RMG等)和数据库文件(Jobname.DB,包含几何模型)在粗糙模型分析中是需要的。在生成子模型前应

(完整版)ANSYS模态分析实例和详细过程

均匀直杆的子空间法模态分析 1.模态分析的定义及其应用 模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型),即结构的固有频率和振型,它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时,也可以作为其它动力学分析问题的起点,例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析,其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析,后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等,大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。 ANSYS的模态分析是线形分析,任何非线性特性,例如塑性、接触单元等,即使被定义了也将被忽略。 2.模态分析操作过程 一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。 (1).建模 模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的,主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。 (2).施加载荷和求解 包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项,并进行固有频率的求解等。 指定分析类型,Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。 指定分析选项,Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options,选择MODOPT(模态提取方法〕,设置模态提取数量MXPAND. 定义主自由度,仅缩减法使用。 施加约束,Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解,Main Menu-Solution-Solve-Current LS。 (3).扩展模态 如果要在POSTI中观察结果,必须先扩展模态,即将振型写入结果文件。过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等。 激活扩展处理及其选项,Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定载荷步选项。 扩展处理,Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:扩展模态可以如前述办法单独进行,也可以在施加载荷和求解阶段同时进行。本例即采用了后面的方法 (4).查看结果 模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等

ansys结构瞬态分析实例

第二日练习主题:各种网格划分方法 输入实体模型尝试用映射、自由网格划分,并综合利用多种网格划分控制方法 一个瞬态分析的例子 练习目的:熟悉瞬态分析过程 练习过程:瞬态(FULL)完全法分析板-梁结构实例 如图1所示板-梁结构,板件上表面施加随时间变化的均布压力, 计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。 全部采用A3钢材料,特性: 杨氏模量=2e112/m N 泊松比=0.3 密度=7.8e33/m Kg 板壳:厚度=0.02m 四条腿(梁)的几何特性: 截面面积=2e-42m 惯性矩=2e-84m 宽度=0.01m 高度=0.02m 压力载荷与时间的关系曲线如图 2所示。图1 质量梁-板结构及载荷示意图 压力(N/m 2 )10000 5000 0 1 2 4 6 时间(s ) 图 2 板上压力-时间关系 分析过程 第1步:设置分析标题 1. 选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title 。2.输入“The Transient Analysis of the structure ”,然后单击OK 。 第2步:定义单元类型 单元类型1为SHELL63,单元类型2为BEAM4 第3步:定义单元实常数 实常数1为壳单元的实常数1,输入厚度为0.02(只需输入第一个值,即等78厚度壳)

实常数2为梁单元的实常数,输入 AREA 为2e-4惯性矩IZZ=2e-8,IYY =2e-8宽度TKZ=0.01,高度TKY=0.02。 第5步:杨氏模量EX=2e112/m N 泊松比NUXY=0.3 密度DENS=7.8e33/m Kg 第6步:建立有限元分析模型 1.创建矩形,x1=0,x2=2,y1=0,y2=1 2.将所有关键点沿 Z 方向拷贝,输入DZ =-1 3.连线。将关键点1,5;2,6;3,7;4,8分别连成直线。 4.设置线的分割尺寸为 0.1,首先给面划分网格;然后设置单元类型为2,实常数为2,对线5到8划分网格。第7步:瞬态动力分析 1.选取菜单途径 Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis ,弹出New Analysis 对话框。 2. 选择Transient ,然后单击OK ,在接下来的界面仍然单击OK 。3.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Damping ,弹出Damping Specifications 窗口。 4. 在Mass matrix multiplier 处输入5。单击OK 。5.选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural- Displacement>On Nodes 。弹出拾取(Pick )窗口,在有限元模型上点取节点 232、242、252和262,单击OK ,弹出Apply U,ROT on Nodes 对话框。 6.在DOFS to be constrained 滚动框中,选种“ All DOF ”(单击一次使其高亮度显示,确保其它选项未被高亮度显示) 。单击OK 。7. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything 。8.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File ,弹 出Controls for Database and Results File Writing 窗口。 9.在Item to be controlled 滚动窗中选择All items ,下面的File write frequency 中选择 Every substep 。单击OK 。 10.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time –Time Step ,弹出Time – Time Step Options 窗口。 11.在Time at end of load step 处输入1;在Time step size 处输入0.2;在Stepped or ramped b.c 处单击ramped ;单击Automatic time stepping 为on ;在Minimum time step size 处输入0.05;在Maximum time step size 处输入0.5。单击OK 。 12.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas 。弹 出Apply PRES on Areas 拾取窗口。 13.单击Pick All ,弹出Apply PRES on Areas 对话框。 14.在pressure value 处输入10000。单击OK 15.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File ,弹出Write Load Step File 对话框。 16.在Load step file number n 处输入1,单击OK 。 17.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time –Time Step ,弹出Time – Time Step Options 窗口。 18.在Time at end of load step 处输入2。单击单击OK 。

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