有限单元法原理-算例.ppt

3.7 ANSYS桁架结构计算示例桁架结构计算示例=1m;=1m;材料为Q235;（1）选择单元类型选择单元类型 运行PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 在结点8上施加竖直向下的集中载荷F60000N，约束为结点1处约束X,Y方向自由度，结点5处约束Y方向自由度。图3-15 桁架结构示意图 图3-16 桁架各单元横截面图 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法图3-17 单元类型对话框 1图3-18 单元类型库对话框（2）设置材料属性设置材料属性 运行PreprocessorMaterial PropsMaterial Models 图3-19选择材料属性对话框 图3-20设置材料1属性对话（3）设置单元截面形式设置单元截面形式 选择菜单PreprocessorSectionsBeamCommon Sections 图3-21梁截面设置对话框第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法2（4）定义实常数定义实常数运行Real ConstantsAdd/Edit/Delete 图3-22 设置LINK1单元的实常数 （5）建立模型建立模型 首先生成结点，运行主菜单PreprocessorModeling Create Nodes In Active CS;再生成单元，运行主菜单 PreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes穿越结点命令。图3-23 创建结点对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法3图3-24通过结点建立单元 图3-25 桁架的有限元模型（6）施加约束施加约束 运行主菜单SolutionDefine Loads ApplyStructuralDisplacementOn Nodes 图3-26 结点施加约束对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法4 （7）施加载荷施加载荷 运行主菜单S o l u t i o n D e f i n e LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes。图3-27 结点施加载荷对话框 （8）求解求解 运行主菜单 SolutionSolveCurrent LS，分析当前的负载步骤命令，弹出如图3-28所示对话框，单击OK，开始运行分析。分析完毕后，在信息窗口中提示计算完成，单 击C l o s e将 其 关 闭。（9）后处理后处理 运 行 主 菜 单 General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu命令，运行D O F S o l u t i o n Displacement vector sum，出现桁架位移云图。图3-29 云图显示对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法图3-28 求解对话框 5图3-30 位移云图 选择Stressvon Mises stress，则出现桁架轴向应力云图 图3-31 云图显示对话框 图3-32 轴向应力云图 桁架的位移云图可知，最大位移发生在桁架的中部，最大位移为 m。桁架的轴向应力云图可知，最大应力发生在2单元。最大应力45.9MPa。第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法63.8 ANSYS刚架结构计算示例刚架结构计算示例 图3-33 刚架示意图 约束形式为：A、D点施加全约束。在BC梁中点处受到竖直向下集中载荷的作用F1=20000N，AB柱的中点处受 水 平 向 右 的 集 中 载 荷 F2=10000N；AB2m，BC2m，材料为钢材，弹性模量E=2.11011Pa，泊松比=0.3。（1）选择分析范畴选择分析范畴图3-34选择分析范畴对话框 在主菜单中单击Preferences菜单，弹出Preferences for GUI Filtering窗口，选择Structural，然后单击OK按钮。第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法7 （2）选择单元类型选择单元类型 运行PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出Element Types对话框，选择BEAM188单元。图3-35 单元类型对话框图3-36 单元类型库对话框 （3）设置单元截面形式设置单元截面形式 运行PreprocessorSectionBeamCommon Sections，弹出 Beam Tool 对话框，W1选项栏中填写0.1，W2选项栏中填写0.2，t1t4中填写0.008。设置完毕单击OK按钮。图3-37 梁截面设置对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法8 （4）设置材料属性设置材料属性 运行PreprocessorMaterial Props Material Models，弹 出Define Material Model Behavior对话框。双击Isotropic选项，弹出Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，在EX选项栏中设置数值2.1e11，在PRXY选项栏中设置数值0.3。设置完毕单击OK按钮。图3-38 选择材料属性对话框 图3-39 设置材料属性对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法9 （5）建立模型建立模型 设置材料属性对话框运行PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS。创建关键点1，在NPT选项栏中设置数值1，表示设置的关键点号为1，在X,Y,Z栏中设置数值0，0，0，表示关键点1的坐标为：（0,0,0）。同理设置关键点2，3，4。坐标分别为（0,2,0），（2,2,0），（2,0,0）。运行PreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line，弹出Create Straight Line 对话框。分别拾取点 1-2,3-4,2-3。并经过布尔运算将两直线相加。图3-40 创建关键点对话框 图3-41 创建直线对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法10图3-42 刚架模型 （6）划分网格划分网格 选择刚架的单元属性，运行P r e p r o c e s s o r M e s h i n g M e s h AttributesPicked lines，弹出Line Attributes对话框。拾取刚架 后 弹 出M e s h i n g Attributes对话框，采取默认设置。点击OK。图3-43 划分网格拾 取线对话框 图3-44设置网格单元属性第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法11 选择 PreprocessorMeshingSize Cntrls Manual Size LinesPicked Lines，选择刚架，弹出对话框。在NDIV一栏中输入30，单击OK。最后在Mesh Tool中自由划分网格。图3-45 定义单元尺寸拾取线对话框 图3-46 设置线上单元尺寸对话框（7）施加约束施加约束 运 行 Solutiondefine Loads ApplyStructure Displacement On Keypoints，选择关键点1，选择ALL DOF。同理对关键点4进行全约束。第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法12图3-47 对关键点施加全约束 （8）施加载荷施加载荷。将图形结点显示，运行PlotCtrlsNumbering，激活Node Numbers后面的选框，使它变成on形 式。选择菜单SolutionDefine LoadsApplyStructureForce/MomentOn Nodes。拾取结点17，施加集中载荷Fy=-20000N。同理，在结点7上施加 集 中 载 荷Fx=10000N。图3-48 编号显示设置对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法13 图3-49 拾取点对话框 图3-50 施加约束、载荷后的刚架有限元模型（9）求解求解 选择 SolutionSolveCurrent LS，弹出如右图所示对话框，单击OK按钮，开始计算。计算结束会弹出计算完毕对话框，单击Close关闭对话框，计算完毕。图3-51 求解对话框 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法14 （10）后处理后处理 显示位移云图：运行 General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。弹出如下图所示对话框，运行DOF SolutionDisplacement vector sum显示刚架位移云图。图3-52 云图显示对话框 图3-53 刚架的位移云图 第三章第三章 杆系结构静力分析的有限单元法杆系结构静力分析的有限单元法154.5 ANSYS平面结构计算示例平面结构计算示例 问题描述问题描述 如图4-7所示长方形板ABCD，板厚0.04m，孔半径r=0.2m，E=210GPa，泊松比=0.3，约束条件：在长方形底边AD约束全部自由度,BC边施加垂直向下均布载荷g=10000000N/m。图4-7 长方形板结构 4.5.2 ANSYS求解操作过程求解操作过程 打开Ansys软件，在Ansys环境下做如下操作。第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法16图4-8 单元类型对话框 （1）选择单元类型选择单元类型 运行PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出Element Types对话框，如图4-8所示。单击Add，弹出Library of Element Types窗口，如图4-9所示，依次选择Structural Solid，Quad 8 node 82，单击OK。图4-9 单元类型库对话框第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法17 在Element Types对话框中，如图4-10所示，单击Options，弹出如图4-11所示对话框，设置K3选项栏为Plane strs w/thk，设置K5选项栏为Nodal stress，设置K6选项栏为No extra output。表示单元是应用于平面应力问题，且单元是有厚度的。图4-10 单元类型对话框 图4-11 PLANE82 单元选项设置对话框第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法18 （2）定义实常数定义实常数 运行PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，弹出如图4-12所示对话框，点击Add，弹出如图4-13所示对话框，点击OK，弹出如图4-14所示对话框，在THK选项栏中设置板厚度为0.04m。设置完毕单击OK按钮。图4-12 实常数对话框 图4-13 选择要设置实常数的单元类型 图4-14 PLANE82实常数设置第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法19 （3）设置材料属性设置材料属性 运行PreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出如图4-15所示对话框，依次双击Structural，Linear，Elastic，Isotropic，弹出图4-16所示对话框，在EX选项栏中设置数值2.1e11，在PRXY选项栏中设置数值0.3。设置完毕单击OK按钮。图4-15 选择材料属性对话框 图4-16 设置材料属性对话框 第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法20 （4）建立模型建立模型 运行PreprocessorModelingCreateAreaRectangleBy 2 Corners，弹出如图4-17所示对 话 框，设 置 参 数，WP X选项栏中填写0，WP Y选项栏中填写0，Width选项栏中填写1.5，Height选项栏中填写1，单击OK。继续运行PreprocessorModelingCreateAreaCircleSolid Circle，得到如图4-18所示对话框，在WP X选项栏中填写0.75，WP Y选项栏中填写0.5，在Radius选项栏中填写0.2，设置完毕点击OK按钮。图4-17 建立矩形对话框图4-18 创建实 心圆对话框第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法21 进 行 布 尔 运 算：PreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas，先选矩形面单击OK，再单击圆面，单击OK。得到如图4-19所示图形。图4-19 长方形板模型 （5）划分网格划分网格 运行MeshingSize CntrlsManual SizeAreasAll Areas，弹出如图4-20所示对话框，在SIZE选项栏中填写0.05，点击OK按钮。图4-20 设置网格尺寸对话框 第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法22 运行MeshMesh Tool，弹出如图4-21所示对话框，在Shape选项栏后面，选择Tri和Free，单击Mesh.划分网格，网格划分如图4-22所示。图4-21 网格划分对话框 图4-22 划分网格后的有限元模型 第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法23图4-23 施加全约束 （6）施加约束施加约束 选择菜单SolutionDefine LoadsApplyStructure DisplacementOn Lines，选择长方形底边，弹出图4-23所示对话框，选择All DOF，单击OK。（7）施加载荷施加载荷 选择菜单SolutionDefine LoadsApplyStructure PressureOn Lines，弹出如图4-24所示对话框。拾取长方形上边，单击OK按钮。弹出如图4-25所示对话框。在VALUE选项栏中填写10000000。设置完毕点击OK完成设置。第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法24图4-24 拾取要施加载荷的边 图4-25 施加载荷对话框 （8）求解求解 运行SolutionSolveCurrent LS，弹出如图4-26所示对话框。单击OK按钮，开始计算，计算结束会弹出计算完毕对话框，单击Close关闭对话框，计算完毕。图4-26 求解当前步载荷对话框 第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法25 （9）后处理后处理 运行 General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，弹出如图4-27所示对话框，运行DOF SolutionDisplacement vector sum和Stressvon Mises stress，分别显示长方形面板的位移云图和应力云图。结果显示如图4-28和图4-29所示。图4-27 云图显示对话框 第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法26图4-28 位移变形云图 图4-29 等效应力云图 4.5.3 结论结论 从图4-28长方形面板的位移云图可知，最大位移发生在圆孔的上部，最大位移为0.75010-4m。从图4-29长方形面板的应力云图可知，最大应力发生在圆孔的两侧，最大应力为32.9MPa。第四章第四章 平面结构问题的有限单元法平面结构问题的有限单元法275.4 ANSYS平面结构计算示例平面结构计算示例5.4.1 问题描述问题描述 一个长方形面板，如图5-3所示，其高AB=1m，宽BC=1.5m，板厚b=0.04，孔半径R0.2m，长方形面板的弹性模量E=210GPa，泊松比=0.3，约束条件：在长方形底边约束全部自由度。载荷：BC边施加垂直向下均布载荷F10000000N/m。图5-3 长方形板结构 第五章第五章 等参元等参元 285.4.2 ANSYS求解操作过程求解操作过程 打开Ansys软件，在Ansys环境下做如下操作。（1）选择单元类型选择单元类型 运 行PreprocessorElement Type Add/Edit/Delete，弹出Element Type对话框，如 图5-4所 示。单 击Add，弹 出Library of Element Type窗口，如图5-5所示，选择PLANE82。图5-4 单元类型对话框 图5-5单元类型库对话框 第五章第五章 等参元等参元 29 在Element Types对话框中单击Options对话框，弹出如图5-6所示对话框，设置K3选项栏为Plane strs w/thk，设置K5选项栏为Nodal stress，设置K6选项栏为No extra output。表示单元是应用于平面应力问题，且单元是有厚度的。图5-6 PLANE82 单元类型选项对话框 运行PreprocessorReal Constants Add/Edit/Delete。弹出如图5-7所示对话框，点击Add，弹出如图5-8所示对话框，点击OK，弹出如图5-9所示对话框。在THK选项栏中设置板厚度为0.04m。设置完毕单击OK按钮完成设置。第五章第五章 等参元等参元 30 （2）设置材料属性设置材料属性 运行PreprocessorMaterial Props Material Models，弹出如图5-10所示对话框，双击Isotropic，弹出图5-11所示对话框，在EX选项栏中设置数值2.1e11，在PRXY选 项 栏 中 设 置 数 值0.3。设 置 完 毕 单 击O K按 钮。图5-7实常数对话框图5-8选择要设置实常数的单元类型 图5-9 PLANE82实常数对话框第五章第五章 等参元等参元 31图5-10选择材料属性对话框 图5-11 设置材料属性对话框 （3）建立模型建立模型 选 择Preprocessor Modeling Create Area RectangleBy 2 Corners；弹出如图5-12所示对话框，设置参数，WP X选项栏中填写0，WP Y选项栏中填写0，Width选项栏中填写1.5，Height选项栏中填写1，单击OK，设置完毕。第五章第五章 等参元等参元 32 继续运行Preprocessor Modeling Create Area CircleSolid Circle；得到如图5-13所示对话框，在WP X选项栏中填写0.75，WP Y选项栏中填写0.5，在Radius选项栏中填写0.2，设置完毕点击OK按钮。得到如图5-14所示图形。图5-12 依两点建立矩形对话框图5-13 创建实心圆对话框图5-14 长方形板模型 第五章第五章 等参元等参元 33 （4）划分网格划分网格 运 行MeshingSize Cntrls ManualSizeAreasAll Areas，弹出如图5-15所示对话框，在SIZE选项栏中填写0.05，点击OK按钮；运行MeshAreasFree划分网格，网格划分如图5-16所示。图5-15 设置网格尺寸对话框 图5-16划分网格后板的有限元模型（5）施加约束施加约束 选择菜单SolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn Lines，选择长方形底边，弹出图5-17所示对话框，选择All DOF，单击OK。第五章第五章 等参元等参元 34图5-17 对线施加全约束 （6）施加载荷施加载荷 选择菜单SolutionDefine LoadsApply StructurePressureOn Lines，弹出如图5-18所示对话框。拾取长方形上边，单击OK按钮。弹出如图5-19所示对话框。在VALUE选项栏中填写10000000。设置完毕点击OK完成设置。图5-18 选取要施加载荷的边 图5-19 施加载荷对话框 第五章第五章 等参元等参元 35（7）求解求解 选 择SolutionSolveCurrent LS，弹 出 如 图5-20所 示 对 话 框。单 击OK按钮，开始计算，计算结束会弹出计算完毕对话框，单 击Close。关 闭 对话框计算完毕。图5-20 求解对话框（8）后处理后处理 运 行General PostprocPlot Results Contour PlotNodal Solu。弹出如图5-21所示对话框，运行DOF SolutionDisplacement vector sum和 Stressvon Mises stress，分别显示长方形面板的位移云图和应力云图。图5-21 云图显示对话框 第五章第五章 等参元等参元 36结果显示如图5-22和图5-23所示。图5-22 位移变形云图 图5-23 等效应力云图 5.4.3 结论结论 从图5-22长方形面板的位移云图可知，最大位移发生在圆孔的上部，最大位移为0.75710-4m。从图5-23长方形面板的应力云图可知，最大应力发生在圆孔的两侧，最大应力为34.6MPa。第五章第五章 等参元等参元 37 A点 承 受Z方 向 集 中 载 荷Fz=5000N和Y方向集中载荷Fy=-5000N；B点承受X方向集中载荷Fx=5000N；C点承受Z方向集中载荷Fz=-5000N；D点承受 X 方向集中载荷Fx=-5000N。弹性模量为EX=210GP，泊松比=0.3。图6-4 圆柱实体示意图 6.5.2 ANSYS求解操作过程求解操作过程 打开Ansys软件，在Ansys环境下做如下操作:第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法6.5 ANSYS桁架结构计算示例桁架结构计算示例6.5.1 问题描述问题描述 如图6-4所示，一个圆柱实体。柱高0.2m，圆柱横截面直径为0.1m。约束方式：底面全约束。承受载荷：38（1）选择单元类型选择单元类型 运行PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出Element Types对话框，如图6-5所示。然后单击Add，弹出Library of Element Types窗口，如图6-6所示，选择SOLID45单元，单击OK。图6-5 单元类型对话框 图6-6 单元类型库对话框第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法39（2）设置材料属性设置材料属性 运行PreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出如图6-7所示对话框。双击Isotropic，弹出Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，如图6-8所示，在EX选项栏中设置数值2.1e11，在PRXY选项栏中设置数值0.3。设置完毕单击OK按钮。图6-7 选择材料属性对话框 图6-8 设置材料属性对话框 第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法40 （3）建立模型建立模型 运行PreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy 2 Corners，弹出如图6-9所示对话框，在WP X选项栏中填写0，在WP Y选项栏中填写0，在Width选项栏中填写0.05，在Height选项栏中填写0.2，点击OK。生成如图6-10所示图形。图6-9 两点建立矩形对话框 图6-10 生成的长方形面 第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法41 将长方形旋转成柱体，运行PreprocessorModeling OperateExtrudeAreasAbout Axis，弹出如图6-11所示拾取框。选择图7中长方形后弹出单击OK，再选择长方形左上角和左下角结点后，单击OK.。弹出如图6-12所示对话框。在ARC选项栏中填入旋转角度360度，设置完毕单击OK按钮，生成如图6-13所示圆柱体。图6-11 拾取对称轴对话框 图6-12 设置绕轴旋转参数对话框图6-13 圆柱模型 第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法42 运行MeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize弹出如图6-14所示对话框，设置SIZE选项栏中的数据为0.01。运行MeshingMeshVolumesFree自由划分网格后得到如图6-15所示图形。图6-14 设置网格尺寸对话框 图6-15 圆柱有限元模型 （5）施加约束施加约束 运行SolutionDefine LoadsApplyDisplacementOn Areas，拾取圆柱的底面，施加全约束。第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法43 （6）施加载荷施加载荷 显示图形的关键点，运行PlotCtrlsNumbering弹出如图6-16所示对话框，激活KP Numbers后面的选框，使它变成on形式。选择菜单SolutionDefine LoadsApplyStructure Force/Moment On Keypoints，载荷分别如下：8点承受Z方向集中载荷Fz=5000N和Y方向集中载荷Fy=-5000N；10点承 受X 方 向 集 中 载 荷Fx=5000N；3点承受Z方向集中载荷Fz=-5000N；6点承受X方向集中载荷Fx=-5000N。施加载荷，图形如图6-17所示。图6-16 编号显示设置对话框第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法44图6-17圆柱实体示意图 （7）求解求解 选 择SolutionS o l v e C u r r e n t LS，开始计算，计算结束会弹出计算完毕对 话 框，单 击C l o s e。关 闭 对话框计算完毕。（8）后处理后处理 运行 General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。弹出如图6-18所示对话框，运行DOF SolutionDisplacement vector sum和Stressvon Misesstress，分别显示圆柱体的位移和应力云图。第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法45图6-18 云图显示对话框 结果显示如图6-19和图6-20所示。第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法46 图6-19 位移云图 图6-20 应力云图6.5.3 结论结论 从图6-19圆柱的位移云图可知，最大位移发生在B点处，最大位移为 m。从图6-20圆柱的应力云图可知，最大应力发生在A点处，最大应力为61.7MPa。第六章第六章 空间问题的有限单元法空间问题的有限单元法47 圆筒直径0.4m，高度0.6m，壁厚0.005m；材料Q235，弹性模量E=2.1e11Pa，泊松比=0.3；约束：圆筒的下部在轴线方向固定，其它方向自由；载荷：顶部环线上承受轴向线压力P-200000N/m。图7-4 圆筒示意图 图7-5单元类型对话框 第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元7.3.1 问题描述问题描述 7.3 ANSYS轴对称旋转单元计算示例轴对称旋转单元计算示例 48第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元 （1）选择单元类型）选择单元类型 运行PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出Element Types对话框单击Add，弹出Library of Element Types对话框，如图7-6所示，选择SHELL51单元。7.3.2 ANSYS求解操作过程求解操作过程 图7-6 单元类型库对话框 图7-7 选择材料属性对话框 49 （2）设置材料属性 运行PreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出Define Material Model Behavior对话框，如图7-7所 示。双 击Isotropic选 项，弹 出Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，如图7-8所示。图7-8 设置材料属性对话框 第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元50 （3）定义单元实常数 选 择Main MenuPreprocessor Real Constants Add/Edit/Delete，弹出如图7-9所示对话框，单击Add按钮弹出Element Type for Real Constants对话框，如图7-10所示，选择Type 1 SHELL51，单击OK，弹出Real Constant Set Number 1,for SHELL51对话框，如图7-11所示，在TK(I)项输入0.005，单击OK。图7-9 实常数对话框图 7-10选择要设置实常数的 单元类型 第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元51第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元图7-11设置SHELL51实常数对话框 （4）建立模型 首先生成关键点，运行主菜单PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS，弹出如图7-12所示对话框。创建关键点1（0.2,0,0），2（0.2,0.6,0）。生成圆筒母线：运行Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line，弹出拾取关键点对话框，拾取关键点1、2，单击OK。52 图7-12创建关键点对话框 （5）设置单元属性 运行Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool，弹出Mesh Tool对话框，在Element Attributes下拉列表中选择Lines，然后单击其后的Set按钮弹出拾取线对话框，单 击Pick All，弹 出 分 配 线 单 元 属 性 对 话 框，将MAT,TEAL,TYPE依次设置为1，1，1，单击OK。第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元（6）划分网格 53 单击Mesh Tool中Lines后的Set按钮，弹出拾取线对话框，单击Pick All弹出控制线单元尺寸对话框，将NDIV设置为10，单击OK。在Mesh Tool对话框中的Mesh下拉列表中选择Lines单击Mesh，弹出拾取线对话框，单击Pick All，划分网格完毕。运行Plot CtrlsStyleSize and Shape，弹出如图7-13所示对话框。在Display of element选项后面选择on，单击OK按钮。显示如图7-14所示图形。图7-13 尺寸和形状显示设置对话框 图7-14 有限元模型 第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元54 （7）施加约束 运 行Main MenuPreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Keypoints，弹出拾取关键点对话框，拾取关键点1，约束其Y方向上的自由度。（8）施加载荷 运 行Main MenuPreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Keypoints在关键点2上施加竖直向下的集中载荷F-200000N，如图7-15所示。图7-15 施加载荷后模型 （9）求解 运 行Main MenuSolutionSolveCurrent LS,开始计算，计算结束会弹出计算完毕对话框，单击Close，关闭对话框，计算完毕。第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元55 （10）扩展成圆筒 运行Main MenuGeneral PostprocRead ResultsLast Set。运行Utility MenuPlotCtrlsStyleSymmetry Expansion2D Axi-Symmetric弹出轴对称扩展设置对话框，如图7-16所示，选择Full expansion，单击OK。显示圆筒图形如图7-17所示。图7-16 2D轴对称扩展设置对话框 图7-17圆筒图形 第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元56 （11）结果显示 运行 General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。弹出如图7-18所示对话框，运行DOF SolutionDisplacement vector sum和Stressvon Mises stress，分别显示圆筒位移和应力云图。结果显示如图7-19和图7-20所示。图7-18 云图显示对话框 第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元57 从图7-19圆筒的位移云图可知，最大位移发生在圆筒上沿，最大位移为 m。从图7-20圆筒的应力云图可知，最大应力发生在圆筒下沿，最大应力为63.7MPa。第七章第七章 轴对称旋转单元轴对称旋转单元7.3.3 结论结论 图7-19 位移云图 图7-20 应力云图 588.7 ANSYS板壳单元计算示例板壳单元计算示例 第八章第八章 关于板壳单元关于板壳单元 开口的圆弧为180，半径为0.05m，CA长 为0.1m，壳 体 厚0.001m，=90，弹 性 模 量E=210GPa，=0.3。约束：边CD和边DE全约束。承受载荷：B点作用集中载荷F10N，方向水平向右。8.7.1 问题描述问题描述 根据平衡条件建立原始平衡方程同样，原始平衡方程经过约束出理后即可求解。59 8.7.2 ANSYS求解操作过程求解操作过程 （1）选择单元类型 运行PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出Element Types对话框如图8-6所示，然后单击Add，弹出Library of Element Types窗口，如图8-7所示，选择Shell Elastic 4node 63，选择完毕单击OK按钮。图8-5 壳体示意图 图8-6 单元类型对话框 第八章第八章 关于板壳单元关于板壳单元 60 （2）设置材料属性 运行PreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出图8-8所示对话框，双击Isotropic，弹出如图8-9所示对话框，在EX选项栏中设置数值2.1e11，在PRXY选项栏中 设 置 数 值0.3。设置完毕单击OK按钮。图8-7 单元类型库对话框 图8-8 选择材料属性对话框 第八章第八章 关于板壳单元关于板壳单元 61第八章第八章 关于板壳单元关于板壳单元 （3）设置壳厚参数 运 行PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，弹出如图8-10所示对话框，设置TI(k)选项栏为0.001。设置完毕单击OK按钮完成设置。图8-9 设置材料属性对话框 图8-10 设置实常数对话框 62 （4）建立模型 生 成 圆 环，选 择PreprocessorModelingCreateLinesArcsBy Cent&Radius，弹出如图8-11所示对话框，填写数据0,0,0，单 击Apply按钮，接着对话框提示再选取一点，填入0.05作为半径，单击OK按钮，弹出如图8-12所示对话框。图8-11依圆心和半径生成弧线对话框 图8-12圆弧旋转角度设置对话框 第八章第八章 关于板壳单元关于板壳单元 63 在ARC选项栏中填写旋转角度180，生成圆弧。建立关键点（0.05,0,-0.1），（-0.05,0,-0.1），（0,0.05,-0.1）。建立完关键点后沿关键点生成线，将图形连接如图8-13所示图形。运行ModelingOperateBooleansAddLines，利用布尔运算将线相加：将CD，DE相加为一条线，另外将圆弧的两段线加为一条线。生生成成面面：运行PreprocessorMod