ANSYS有限元分析的基础操作步骤

一 ANSYS安装/卸载/初始化

这里我想强调一下,因为吃过亏。

   ANSYSY软件分为现在的APDL版本(经典版)和Workbench(新版)两种,我的操作过程都是在APDL里完成的,然而现在B站等教程往往是用的新版,界面要美观很多。在安装完成后,开始菜单栏里两个版本都有。可以选择自己熟悉的版本。 ANSYSAPDL界面还很原始,除了GUI界面外还有一个DOS窗口,使用中一定不要关闭。除此之外,每次使用之前最好指定一下文件夹(工作空间),否则会默认使用上次的工作空间发生闪退现象,如果实在不行重启一下电脑再开也可以解决。

   指明工作空间,用Product Lanucher,命名后Run就可。

   需要注意的是,APDL没有撤销(或者默认么有激活撤销!),注意随时保存!

   关于卸载过程,仅仅Uninstall是卸载不干净的!再次安装会很麻烦。一定要在卸载之后去清注册表,和安装目录下的垃圾文件。

二 平面问题的有限元解法——带孔薄板

题目要求如下

   一方板,边长为140mm,板厚10mm,板中心孔直径为20mm,两端受均匀拉伸分布力1E10Pa,材料弹性模量为2E11Pa,泊松比为0.3.如图所示,计算结构应力和变形。
分析:由于板厚只有10mm,中间有个圆孔,且关于板的中心前后对称,没有面内力,因此使用平面应力问题进行计算。

   上下左右皆对称,受力集中于板两端,可以简化为1/4结构。取出来进行有限元分析计算。

  1. 建立几何模型,在前处理模块下,Preprocesser->Modeling->Creat画一个方形和圆形,再通过布尔运算,Operate->Boolean->Substract减去这个孔。
  2. 定义单元类型。ElementType->Add,添加PLANT 183号单元,再在options里修改为带板厚。
  3. 定义其他参数,板厚(Real Constants->Add)和泊松比(Material Props->Material Models)。
  4. 开始划分网格,采用Meshing->Mesh Tool。包括定义单元的尺寸类型,Global Size,这里根据实际问题用的撒种子的方法。

        可以用refine调整细节处,如孔洞周围,分成更细小的网格。
  5. 施加边界条件

        静力学问题,Solution->AnalysisType->NewAnalysis->Static.

        位移约束,DefineLoads->Apply->Displacement->online。左侧边需要约束x方向位移,下侧边需要约束y方向位移。

        压力,DefineLoads->Apply->Pressure->online,右侧边需要施加一个拉力,注意压力为+拉力为﹣。
  6. 求解计算。Solution->Slove->Current LS.
  7. 查看分析结果。

        变形情况,GeneralPostproc->PlotResults->DeformedShape

        应力和应变云图,PlotResults->ContourPlot->ElementSolu->Strss/Strain

        下图为应力云图。
    应力云图

三 板壳问题的有限元解法——槽型悬臂梁

题目要求如下

   横截面为槽形的悬臂梁如图1所示,梁长1.,板厚5mm,其弹性模量为E=2.1e11N/m2,集中载荷的分布长度为500mm,集度为q=1e4N/m2,集中载荷为p=2000N(作用点在上缘中点处),试计算结构的变形与应力。
分析:同样,因为板厚相对整个模型来说可以忽略,所以简化为一个板壳问题。其实ANSYS提供了标准的一些截面悬臂梁(比如工字梁等,以及下面内个就是我按照B站教程来做的),同样题目给的形状也可以自己画。

   参考的一位B站上的up主(链接放下面):
link.

   接下来就是一些参照老师录屏写的步骤,这里就记录一些重要内容:

  1. 建立几何模型。建一个U型截面。

        可以先建一个矩形截面,再把多余的面、线删去。

        然后再在画5个1m外的关键点。

        再将画好的关键点连成线,然后拉伸一下(Operate->Extrude->Lines->Along Lines)这样就建立了一个长度为1m的悬臂梁。

        然后再接再厉,画一个拐子,通过copy点(沿x轴0.5m,沿z轴﹣0.08m)
    copy点

        再接着画线,给连上,

        再沿着画好的线、面拉伸,就得到了拐(雏形)。

        然后做一个几何清理(NumberingCtrls->MergeItems),才算完成。

        所以……可见这个几何体是真的难画!!没有老师给的录屏我根本束手无策……
  2. 建好几何模型后,就赋予单元属性,划分网格单元,施加约束条件,进行受力分析。过程和上面那个例子是一样的,非常流畅的做出来:

        板壳问题——SHELL281单元

        别的都差不多。

        下图为应力/应变云图。
    应力云图

        从这个方向看变形挺明显的~
    某个方向的应力云图

        以及,查看节点的应力/应变、位移情况(QueryResults->SubgridSolu)

        以及,过滤掉应力大/小的部分,显示自己感兴趣的部位——下图为0~1e5(PlotCtrls->Stytle->Contours->UniformConturs)
    应力最小部位

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