1、一、结构梁一维有一工字梁，其结构如图1-1所示。弹性模量200GPa，泊松比为0.3，载荷为150MPa。工字梁的横截面积为0.0325 ，惯性矩为0.0032 。2m4m. . .问题分析 该问题属于梁的结构分析问题。由于梁的跨度远大于其他方向上的尺寸，而且其承载及约束一般仅在长度方向出现，因此在建模过程中一般只考虑长度方向上的变化，而横截面上的几何尺寸通过实常数和工字梁特征参数的形式输入，这样就可以将三维问题转化为一维问题进行求解。. . .一、建立工作文件名和工作标题一、建立工作文件名和工作标题1、定义工作文件名Utility MenuFileChange Jobname，出现Chang
2、e Jobname对话框。在【Enter new jobname】栏中输入工作文件名， 【New log and error files】复选框打勾，单击OK退出对话框。2、定义工作标题Utility MenuFileChange Title，输入工作标题，单击OK退出。二、定义单元类型二、定义单元类型1、定义单元类型Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 出现Element Type 对话框，单击Add按钮，在Library of Element Types列表框中选择Structural Beam和2D elastic 3，在Ele
3、ment type reference number输入栏中输入1，单击OK退出该对话框。单击Close退出Element Types对话框。. . .2、定义实常数Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，出现Real Constants对话框，单击Add按钮，接着单击OK按钮，参照图所示输入实常数，单击OK退出。关闭Real Constants对话框。三、定义材料属性参数三、定义材料属性参数Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Modals，出现Define Material Mo
4、del Behavior对话框。在Material Models Available一栏中依次双击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选择，在弹出的对话框的EX输入栏中输入2.0E11，在PRXY输入栏中输入0.3，如图所示，单击OK退出当前对话框，再关闭Define Material Model Behavior对话框。. . .四、创建几何模型四、创建几何模型1、生成首尾节点1和5MainMenuPreprocessorModelingCreateNodesIn Active CS，在弹出的对话框中的NODE Node number输入栏中输入1，在X，Y
5、，Z Location in active CS输入栏中分别输入0，0，0，单击Apply按钮(不要点OK)，在NPT Keypoint number输入栏中输入5，在X，Y，Z Location in active CS输入栏中分别输入12，0，0，单击OK按钮关闭该对话框。生成的节点1和节点5。2、生成中间节点2，3，4Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesFill Between Nds，在弹出的Fill Between Nds拾取菜单的输入栏中输入1，5，单击OK按钮，出现Create Nodes Between 2 Nodes对话框，采用默认
6、设置，单击OK按钮关闭该对话框。在已创建的两个节点1与5之间插入3个节点：节点2，3，4。. . .3、通过（之前生成的5个）节点生成单元（完成手动划分网格）Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes，弹出Elements from Nodes拾取菜单，在输入栏中输入1，2，单击Apply按钮；在输入栏中输入2，3，单击Apply按钮；在输入栏中输入3，4，单击Apply按钮；在输入栏中输入4，5，单击按钮关闭该对话框。生成4个单元。（也可以用鼠标直接拾取节点）五、在节点上施加位移约1、在节点2上施加X，
7、Y方向约束MainMenuPreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes，弹出Apply U，ROT on N拾取菜单，在输入栏中输入2，单击OK按钮，出现Apply U，ROT on Nodes对话框，在Lab2 DOFs to be constrained列表框中选择UX、UY，在VALUE Displacement value输入栏中输入0，如图所示，单击OK按钮退出。. . .2、在节点4上施加Y方向约束Main MenuPreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructura
8、lDisplacementOn Nodes，出现Apply U，ROT on N拾取菜单，在输入栏中输入4，单击OK按钮，出现Apply U，ROT on Nodes对话框，在Lab2 DOFs to be constrained，列表框中选择UY，在VALUE Displacement value输入栏中输入0，单击OK按钮关闭该对话框。六、在梁上施加载荷MainMenuPreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralPressureOn Beam，出现Apply PRES on Beams拾取菜单，在输入栏中输入1，单击OK按钮，出现Apply PRE
9、S on Beams对话框，在VAL1 Pressure value at node 输入栏中输入1.5E8，单击OK按钮关闭该对话框。参照上一步给梁单元4施加载荷。最后生成的梁有限元模型如图所示：. . .2、Utility MenuFileSave AS，出现Save Database对话框，在Save Database to输入栏中输入EXERCISE11.DB，保存操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。（保存有限元模型）七、求解运算1、Main MenuSolutionSolveCurrent LS，出现Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求
10、解计算。求解结束时，出现Node提示框，单击Close按钮关闭该对话框。2、Utility MenuFileSave AS，出现Save Database对话框，在Save Database to输入栏中输入EXERCISE12.DB，保存操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。（保存计算结果）八、查看求解结果1、Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，出现Plot Deformed Shape对话框，在KUND Items to be plotted选项中选择Def+undeformed选项，ANSYS显示窗口将显示变形后的几何形状
11、和未变形的几何形状。如图所示。. . .2、 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，出现Contour Nodal Solution Data对话框，在Item to be contoured列表框中选择Nodal SolutionDOF solutionDisplacement vector sum，单击OK，ANSYS显示窗口将显示合位移等值线图，如图所示。 3、 Main MenuGeneral PostprocList ResultNodal Solution，出现List Nodal Solution对
12、话框，在列表框中选择DOF solutionDisplacement vector sum，单击OK，ANSYS显示窗口将显示节点位移计算结果。. . .二、薄板圆孔二维 如图1-2所示为一个承受单向拉伸的无限大板，在其中心位置有一个小圆孔 材料属性： 弹性模量= 泊松比=0.3 拉伸载荷： P=1000Pa 几何参数： 平板厚度t=0.1m。 单元类型： Structural Solid Quad 8node 82PaE11102. . .问题分析 根据平板的物理性质，该问题属于平面应力问题。然后根据平板结构的对称性，只要分析其中的1/2即可。 也可以只分析1/4，可以试着做做看。. . .
13、一、定义工作文件名和工作标题 1、定义工作文件名Utility MenuFileChange Jobname，输入文件名，选择【New log and error files】复选框，单击OK按钮。 2、定义工作标题Utility MenuFileChange Title，输入工作标题，单击OK。 3、重新显示Utility MenuPlotReplot 4、关闭三角坐标符号Utility MenuPlotCtrlsWindow ControlsWindow Options，弹出【Windows Options】对话框，在【Location of triad】下拉列表框中选择“Not Show
14、n”选项，单击OK。. . .二、定义单元类型和材料属性1、选择单元类型Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出【Element Types】对话框。单击Add按钮，弹出如图所示的【Library of Element Types】对话框。选择“Structural Solid”和“Quad 8node 82”选项，单击OK按钮，然后单击Close按钮。. . .2、设置材料属性Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出【Define Material Models B
15、ehavior】窗口。双击如图示【Material Model Available】列表框的“Structural/Linear/Elastic/Isotropic”选项，弹出【Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1】。在【EX】和【PRXY】文本框中分别输入“2e11”及“0.3”。单击OK按钮，然后执行MaterialExit，完成材料属性的设置。3、保存数据单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。. . .三、创建几何模型1、生成一个矩形面Main MenuPreprocessorModeling
16、CreateAreasRectangleBy Dimensions，弹出【Create Rectangle by Dimensions】对话框。如图所示输入数据，单击OK按钮，在图形窗口中显示一个矩形。2、生成一个圆孔Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circle，弹出如图所示的【Solid Circular Area】对话框。分别在【WP X】、【WP Y】和【Radius】文本框中输入“0”、“0”、“5”。单击OK按钮，生成结果如图所示。. . .3、执行面相减操作Main MenuPreprocessorModeli
17、ngOperateBooleansSubtractAreas，弹出一个拾取框。拾取编号为A1的面，单击OK按钮。然后拾取编号为A2的圆面，单击OK按钮。生成结果如图所示。4、保存几何模型单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。. . .四、生成有限元网格1、设置网格的尺寸大小 Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize，弹出【Global Element Sizes】对话框。在【Element edge length】文本框中输入“0.5”，单击Ok按钮。2、采用自由网格划分单元 MainMenuPrep
18、rocessorMeshingMeshAreasFree，弹出一个拾取框。拾取编号为A3的面，单击OK按钮，生成的网格如图所示。3、保存结果 单击工具栏中的SAVE_DB按钮。. . .五、施加载荷并求解1、施加约束条件Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructrualDisplacementOn Lines，弹出一个拾取框。拾取编号为L10和L9的线，单击OK按钮，弹出【Apply U，ROT on Lines】对话框。选择“UX”选择，单击OK按钮。2、施加载荷Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructrualPr
19、essureOn Lines，弹出一个拾取框。拾取编号为L2的线，单击OK按钮，弹出如图【Apply PRES on lines】对话框。在【Load PRES value】文本框中输入“-1000”，单击OK按钮，生成结果如图。. . .3、求解Main MenuSolutionSolveCurrent LS，弹出一个提示框。浏览后执行FileClose，单击【OK】按钮开始求解运算。出现一个【Solution is done】对话框时单击Close按钮完成求解运算。4、保存分析结果Utility MenuFileSave as，弹出【Save as】对话框。输入“EXERCISE2”，单击
20、OK按钮。六、浏览计算结果1、显示变形形状Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，弹出【Plot Deformed Shape】对话框。选择“Def+undeformed”单选按钮，单击OK按钮，生成结果如图所示。. . .2、列出节点的结果Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution，弹出【List Nodal Solution】对话框。在【Item to be listed】列表框中选择“Stress”选项和“von Mises stress”选项，单击OK按钮。每个单
21、元角节点的6个应力分量将以列表方式显示，如图所示。执行FileSave as，可将其作为一个文本文件保存。. . .3、浏览节点上的Von Mises应力值Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，弹出【Contour Nodal Solution Data】对话框。在【Item to be contoured】列表框中分别选择“stress”和“von Mises stress”选项，单击OK按钮，生成结果如图所示。. . .七、以扩展方式显示计算结果1、设置扩展模式（镜像）Utility MenuPlotCtrl
22、sStyleSymmetry ExpansionPeriodic/Cyclic Symmetry Expansion，弹出【Periodic/Cyclic Symmetry Expansion】对话框。选中“Reflect about YZ”单选按钮，单击OK按钮，生成结果如图。. . .2、以等值线方式显示Utility MenuPlotCtrlsDevice Options，弹出【Device Options】对话框。选择【Vector mode(wireframe)】复选框，单击OK按钮，生成结果如图所示。. . .三、薄壁圆筒承载分析-三维 图2-3所示为一薄壁圆筒，在其中心受集中力F
23、的作用，求A点的位移。 圆筒几何参数：长度L=0.3m；半径=0.1m；壁厚t=2.5mm。 圆筒材料参数：弹性模量E=200GPa；泊松比v=0.3。 载荷：F=1600N。FAFL/2L/2图1-3 薄壁圆筒受力简图. . .问题分析 该问题属于薄壁件的结构分析问题。根据对称性，选择圆筒的1/8建立几何模型，相应的载荷为原载荷的1/4，几何模型如图所示。选择SHELL150壳单元进行分析求解。F/4. . .一、建立工作文件名和工作标题1、工作文件名： Utility MenuFileChange Jobname2、工作标题： Utility MenuFileChange Title3、设
24、置计算类型 Main MenuPreferences 在Individual discipline(s) to show in the GUI选项 中选择 Structural，在Discipline options选项中选择p-Method Struct，OK退出。二、定义单元类型1、Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 在Element Types 对话框中单击Add，出现Library of Element Types对话框，在Element Type reference number中输入1，在Library of Eleme
25、nt Types中选择P-Elements 3D Shell 150。. . .2、Main MenuPreprocessorReal ContantsAdd/Edit/Delete ，出现 Real Constants 对话框，单击Add，出现Element Type for Real Constants对话框。单击OK，出现Real Constants for SHILL150对话 框，在Real Constants Set No.输入栏中输入1，在Shell thickness at nodeTK（）中输入2.5E-3，在其他输入栏中输入0，OK退出。三、定义材料属性参数1、 Main
26、MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models2、在Material Models Availabley一栏中一次双击Structral、Linear、 Elastic、Isotropic选项3、在EX输入栏中输入2.0E11，在PRXY输入栏中输入0.3，单击OK退出。4、在Define Material Model Behavior对话框中选择MaterialExit退出。. . .四、创建几何模型1、Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cylindrical，将当 前坐标系转变为柱坐标系
27、。2、 Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS， 在弹出的对话框中的NPT Keypoint nuber中输入1，在X，Y，Z Location in active CS输入栏中分别输入0.1，0，0；单击Apply按钮，在NPT Keypoint nuber中输入2，在X，Y，Z Location in active CS输入栏中分别 输入0.1，0，0.15。单击OK退出。3、 Utility MenuPlotCtrlsView SettingsViewing Direction，出现Viewing Directio
28、n对话框，参照图中设置进行设置，OK退出。. . .4、 Main MenuPreprocessorModelingCopyKeypoints出现Copy Keypoints 拾取菜单，在输入栏中输入1，2，单击OK按钮，出现Copy Keypoints对话 框，在ITIME Number of copies输入栏中输入2，在DX X-offset in active CS 输入栏中输入0，在DY Y-offset in active CS输入栏中输入90，在DZ Z- offset in active CS输入栏中输入0，单击OK退出。5、 Main MenuPreprocessorMode
29、lingCreateAreasArbitrary ThroughKPs，在弹出菜单中输入1，2，4，3（顺序不要弄错），单击OK 退出。（6、 Utility MenuPlotCtrlsStyleColorsReverse Video，设置显示颜色。）. . .五、划分网格1、 Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLines Pic ked Lines，在弹出对话框中输入1，3，单击OK，在新的弹出对话框中 的NDIV No.of element divisions输入栏中输入15，如图所示，单击OK退出。. . .2、Main M
30、enuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeLinesP icked Lines，在弹出框中输入2，4，单击OK，出现Element Size on Picked Lines对话框，在NDIV No.of element divisions输入栏中输入20， 单击OK退出。3、 Main MenuPreprocessorMeshingMeshAreasFree，出现Mesh Areas拾取菜单，单击Picked all关闭该对话框，如图。（可以使用Utility MenuPlotElements，ANSYS显示窗口将显示网格划分结果。）4、 Utili
31、ty MenuFileSave As，出现Save Database对话框，在Save Database to输入栏中输入EXERCISE31db，保存上述操作过程，单击OK退出。. . .六、加载载荷1、Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis，出现New Analysis对话 框，选择分析类型为Static，单击OK退出。2、Utility MenuWorkPlaneChange Active CS toGlobal Cartesian，将当前坐标系转变为直角坐标系。 3、选择X坐标为0的所有节点 Utility MenuSelectEntiti
32、es，在 Select Entities对话框中的第1个下拉选框中选择Nodes，在第2个下拉选框中选择By Location，在第3栏中选择X coordinates，在Min，Max输入栏中输入0，在第5栏中选择From Full，单击OK退出。. . .4、施加对称面节点约束 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementSymmetry B.C.On Nodes，出现Apply SYMM on Nodes对话框，在Norml Symm surface is normal to下拉框中选择X-axis，在KCN Coord
33、inate system no.输入栏中输入0，如图所示，单击OK退出。（接下来5-8步参照3、4步，只是方向不同）. . .5、Utility MenuSelectEntities，在Select Entities对话框中的第1个下拉选框 中选择Nodes，在第2个下拉选框中选择By Location，在第3栏中选择Y coordinates，在Min，Max输入栏中输入0，在第5栏中选择From Full，单击 OK退出。6、Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacement Symmetry B.C. On Nodes，出现A
34、pply SYMM on Nodes对话框，在Norml Symm surface is normal to下拉框中选择Y-axis，在KCN Coordinate system no.输入栏中输入0，如图所示，单击OK退出。7、Utility MenuSelectEntities，在Select Entities对话框中的第1个下拉选框 中选择Nodes，在第2个下拉选框中选择By Location，在第3栏中选择Z coordinates，在Min，Max输入栏中输入0，在第5栏中选择From Full，单击 OK退出。8、Main MenuSolutionDefine LoadsAppl
35、yStructuralDisplacement Symmetry B.C. On Nodes，出现Apply SYMM on Nodes对话框，在Norml Symm surface is normal to下拉框中选择Z-axis，在KCN Coordinate system no.输入栏中输入0，如图所示，单击OK退出。. . .9、 Utility MenuSelectEverything，选择所有的实体。（此操作为选择所有实 体，不可以省略，否则有可能将有部分单元和节点不参与计算）10、施加集中载荷 Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructura
36、lForce/MomentOn Keypoints，出现Apply F/M on KPs拾取菜单，在输入栏中输入3，单击OK， 出现Apply F/M on KPs对话框，参照图进行设置，单击OK关闭对话框。七、求解1、Main MenuSolutionSolveCurrent LS，出现Solve Current Load Step对话 框，单击OK，ANSYS开始求解计算。求解结束时，出现Note提示框，单击 Close按钮关闭该对话框。2、Utility MenuFileSave As，出现Save Database对话框，在Save Database to输入栏中输入EXERCISE3
37、2db，保存求解结果，单击OK关闭该对话框。. . .八、查看求解结果1、Main MenuGeneral PostprocRead ResultsLast Set，读取最后一步的求解结果。2、Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，出现Plot Deformde Shape对话框，在KUND Items to be plotted选项中选择Def+undef ormed选择，ANSYS显示窗口将显示变形后的几何形状和未变形的几何形状，如图所示。. . .3、Main MenuGeneral PostprocPlot Result
38、Contour PlotNodal Solu，出现Contour Nodal Solution Data对话框，在Item to be contoured列表框中选择Nodal SolutionDOF solutionDisplacement vector sum，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示合位移等值线图。如图所示。4、Utility MenuSelectEntities，出现Select Entities对话框，在第1个下拉框中选择Nodes，在第2个下拉框中选择By Location，在第3栏中选择Y coordinates，在Min,Max输入栏中输入0.1，在第5栏中选择F
39、rom Full。. . .5、单击Apply按钮，第3栏中选择Z coordinates，在Min,Max输入栏中输入0.15，在第5栏中选择Reselect，单击Apply按钮，第3栏中选择X coordinates，在Min,Max输入栏中输入0，在第5栏中选择Reselect，单击OK按钮关闭对话框。6、Main MenuGeneral PostprocList ResultNodal Solution，出现List Nodal Solution对话框，在Item,Comp Item to be listed列表框中选择DOF solution All DOFs DOF，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示如图所示的节点位移计算结果。6、Utility MenuFileExit，出现Exit from ANSYS对话框，选择Quit-No Save！选项，单击OK按钮，关闭ANSYS。. . .
