ANSYS机械工程应用精华60例(第4版).ppt

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1、软件及应用,高耀东内蒙古科技大学,前 言,本课程是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。其主要任务是：1巩固学生所学习有限元法理论知识的基础。2学习通用有限元软件ANSYS的使用方法，了解有限元分析的前后处理、求解过程的步骤、方法、特点和理论。3掌握用有限元法求解机械结构静力学、动力学问题的方法和步骤。4.培养学生运用理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工程意识。5.帮助学生掌握本学科的专业英语术语以及本专业的最新国际发展动态，开阔学生视野，培养学生探索新知识的兴趣，增强学生进行国际学术交流的能力。,第1章 ANSYS简介第2章 ANSYS的建模第3章 结构静力学分析第4章 结构动力

2、学分析第5章 ANSYS Workbench简介第6章 非线性分析第7章 其它应用,目 录,本章提示1.1 ANSYS的基础知识1.2 ANSYS的用户界面1.3 ANSYS的使用方法1.4 ANSYS应用实例-平面桁架,第1章 ANSYS简介,本章提示,掌握ANSYS界面的组成、特点及使用方法。掌握ANSYS软件的基础知识。,1.1 ANSYS的基础知识（一）,一、ANSYS的功能,(一)结构分析,1.静力分析：,机械结构,建筑结构,用于分析在力载荷作用下结构的变形、应力和应变和反力。,载荷不随时间变化时。,是最常用、最基本的一种分析类型。,2.动力学分析：,模态分析用于分析结构的固有频率和

3、振型。,谐响应分析用于分析结构在正弦载荷作用下的响应。,瞬态动力学分析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。,谱分析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。,1.1 ANSYS的基础知识（一）,(一)结构分析,3.其它结构分析功能：,随机振动分析、结构屈曲分析、用ANSYS/LS-DYNA进行结构显式动力学分析。,屈曲分析,(二)热分析,(三)电磁场分析,用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。,(四)流体动力学分析,热分析,1.1 ANSYS的基础知识（二）,二、ANSYS的特点,1.具有强大的建模能力，仅靠ANSYS本身即能创建出各种复杂的几何模型。

4、,2.具有强大的求解能力。,3.具有强大的非线性分析功能。,几何非线性,材料非线性,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。,t1,t2,耦合场-热应力,5.具有强大的网格划分功能。,6.具有强大的后处理功能。,7.具有强大的二次开发功能。,8.提供了常用CAD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。,10.集前后处理、求解功能于一体，使用统一的数据库。,1.1 ANSYS的基础知识（三）,三、ANSYS的结构1.处理器（即程序模块，共9个）,预处理器（PREP7）：,求解器（SOLUTION）：,创建有限元模型。,普通后处理器（POST1）：,施加约束

5、、载荷，求解。,时间历程后处理器（POST26）：,显示在指定时间点上选定模型的计算结果。,优化处理器（OPT）：,显示模型上指定点在整个时间历程上的结果。,优化设计。,2.ANSYS文件,ANSYS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（JOBNAME）为基础。,1.1 ANSYS的基础知识（三）,1.1 ANSYS的基础知识（四）,四、ANSYS主要产品,1.经典版ANSYS（Mechanical APDL）,ANSYS Multiphysics包括工程学科的所有功能。ANSYS Mechanical用于结构及热分析；ANSYS Emag用于电磁场分析；ANSYS FLOT

6、RAN用于计算流体动力学分析。,2.ANSYS Workbench,继承了经典版ANSYS的绝大多数功能，具有强大的模型创建、网格划分能力，使用和学习十分方便。,3.ANSYS LS-DYNA,为显式动力学分析软件，用于求解高度非线性问题。,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。,用于快速执行命令，常用的有Text Toolbar、Standard Toolbar、Display Toolbar。,用于显示软件运行过程的文本输出。,用于输入ANSYS命令。,用于显示ANSYS的模型以及分析得到的图形结果等。,该菜单为下拉菜单结构。,为树状弹出式菜单结构。,1.2 AN

7、SYS的用户界面,Main Menu：,包含了各个处理器下的基本命令。,Utility Menu：,包含了ANSYS的全部公共命令。,Graphics Window：,Command Input Area：,Output Window：,Toolbar：,Status and Prompt Area：,1.3 ANSYS的使用方法,一、解题步骤,1.前处理,2.求解,先指定任务名和分析标题，然后在PREP7预处理器下选择单元类型、定义单元实常数和材料特性、创建有限元模型等。,3.后处理,在SOLUTION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初始

8、化并求解。,使用POST1普通后处理器或POST26时间历程后处理器对结果进行查看。,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。,1.3 ANSYS的使用方法,二、命令输入方法,1.菜单法（GUI法）,2.命令流法,通过拾取菜单或按钮执行命令。,该方法可以克服菜单法的缺点，适合对ANSYS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。,1.4 ANSYS应用实例-平面桁架,实例：用ANSYS软件求解平面桁架问题。已知长度L=0.1 m，各杆横截面面积均为A=110-4 m2，力P=2000 N。试计算各杆的轴向力Fa、轴向应力a。,求解步骤：过滤

9、界面。选择单元类型LINK180(3D finit str 180)。定义实常数，指定横截面面积1E-4。定义材料模型。创建节点1(0,0,0)、2(0.1,0,0)、3(0.2,0,0)、4(0.1,0.1,0)。显示节点号、单元号。创建单元。,1.4 ANSYS应用实例-平面桁架,习题：杆AD、CD为钢制，横截面面积为2.5cm2，E=2.021011 Pa，=0.3。杆BD为铜制，E=11011 Pa，=0.3，横截面面积为3cm2，力F=-2000N。试计算各杆的轴向力、轴向应力。,施加约束；在节点1UX、UY=0，在节点3UY=0。在节点施加载荷，FY=-2000。求解。定义单元表F

10、A(SMISC,1)、SA(LS,1)。列表单元表数据。,第2章 ANSYS的建模,本章提示2.1 概述2.2 关键点的创建2.3 线的创建2.4 面的创建2.5 工作平面2.6 体的创建2.7 对话框及元素2.8 复杂实体的创建方法2.9 单元的划分,本章提示,掌握ANSYS软件前处理时创建简单实体的方法、特点和适用范围。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。了解如何将实际中的物体转化为ANSYS中用于模拟的实体模型。了解ANSYS软件几何模型以及有限元模型的使用、创建。,2.1 概述,一、创建有限元模型的方法,1.直接生成法,2.实体建模法,人工定义节点和单元，,适合创建

11、简单模型。,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。,适合创建大型模型。,由关键点、线、面到体，等级依次提高。,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。,2.1 概述,三、实体建模法,1.自上而下法,2.自下而上法,用ANSYS命令直接创建高级实体，而依附的低级实体自然被创建。,先创建低级实体，再创建高级实体。,2.2 关键点的创建,1.在工作平面上,2.在活跃坐标系上,创建的关键点在工作平面上。,3.在线上,关键点的坐标与活跃坐标系有关。,4.填充关键点,填充关键点的方向与活跃坐标系有关。,（CreateKeypoints On Wor

12、king Plane）,（CreateKeypoints In Active CS）,（CreateKeypoints On Line w/Ratio）,（CreateKeypoints Fill between KPs）,2.3 线的创建,一、线的类型,二、创建方法,直线、圆弧、样条曲线、其它曲线。,1.创建直线,2.在活跃坐标系上,在任意情况下，均创建直线。,3.垂线,创建线的类型与活跃坐标系有关。,（CreateLines Lines Straight Line）,（CreateLines Lines In Active Coord）,4.角度线,（CreateLines Lines N

13、ormal to Lines）,5.三点圆弧,（CreateLines Lines At angle to line）,（CreateLines Arcs Through 3KPs）,拾取3个关键点创建圆弧。,第1、2个关键点为圆弧的端点，第3个为中间点。,圆弧的圆心角必须小于180。,2.3 线的创建,6.CR圆弧,7.倒圆角,通过指定圆心、圆弧上点、角度创建圆弧。,（CreateLines Arcs By Cent&Radius）,该圆弧在工作平面上。,（CreateLines Line Fillet）,要求两线有公共关键点。,三、实例-正弦曲线的创建,（一）创建原理,2.3 线的创建,（

14、二）创建步骤,1.创建圆弧，Center(0，0)、R=1、=90。,2.打开关键点号、线号。,3.显示多类型实体。,4.创建圆弧的等分点。,(1)切换活跃坐标系为全球圆柱坐标系。,(2)填充关键点，数量4个、起始编号3、编号增量1。,5.创建关键点，x=1+/2、y=0、z=0。,2.3 线的创建,6.创建直线的等分点。,(1)切换活跃坐标系为全球直角坐标系。,(2)填充关键点，数量4个、起始编号8、编号增量1。,7.创建铅垂线。,(1)复制关键点，x=0、y=1、z=0。,(2)创建直线。,8.创建投影线。,9.创建样条曲线并删除其余线。,2.3 线的创建,(1)偏移工作平面到关键点。,(

15、2)切换活跃坐标系为工作平面坐标系。,(3)镜像样条曲线，镜面为Y-Z plane。,11.对样条曲线求和。,(1)合并关键点。,(2)布尔add运算。,10.镜像样条曲线。,各个边分别与wx和wy轴平行。,2.4 面的创建,一、任意形状的面,1.通过关键点创建,（CreateAreasArbitraryThrough KPs）,所创建面可能是平面或曲面，与关键点的位置有关。,2.通过线创建,（CreateAreasArbitraryBy Lines）,二、矩形面,1.通过两个角点,（CreateAreasRectangleBy 2 Corners）,创建的矩形面为平面，且在工作平面上，,2.

16、通过中心、角点,（CreateAreasRectangleBy Centr&Cornr）,3.通过尺寸,（CreateAreasRectangleBy Dimensions）,X1、X2、Y1、Y2分别确定4条边的位置。,2.4 面的创建,三、圆形面,1.实心的圆形面,（CreateAreasCircleSolid Circle）,2.空心的圆形面,（CreateAreasCircleAnnulus）,3.局部空心的圆形面,（CreateAreasCirclePartial Annulus）,4.通过尺寸,（CreateAreasCircle By Dimensions）,输入圆形面的内外半径

17、和起始、中止角度，圆心被缺省指定在工作平面的原点上。,输入圆形面的圆心和半径。,输入圆形面的圆心和内外半径。,输入圆形面的圆心、内外半径和起始、中止角度。,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（Polar）两种，,2.5 工作平面的应用,一、工作平面的作用,二、工作平面的设置,1.创建实体时定位和定向；2.作为工具平面使用；3.作为坐标系使用。,三、工作平面的操作,（Utility MenuWorkPlaneWP Settings）,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。,Snap被ANSYS作为长度单位使用，缺省值为0.05。,偏移

18、工作平面原点到新位置。,令工作平面坐标系的某坐标平面绕垂直坐标轴旋转。,2.5 工作平面的应用,1.通过增量偏移、旋转工作平面,（Offset WP by Increment）,2.偏移原点到关键点（节点/原点）,（Offset WP to Keypoints）,3.对齐工作平面到关键点,（Align WP with Keypoints）,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原点，第二个关键点在+wx轴上，第三个关键点定义工作平面和+wy轴。,4.对齐工作平面到全球直角坐标系,（Align WP with Global Cartesian）,工作平面恢复到回初始位置和方向。,2

19、.6 体的创建,一、常见体的创建,1.块,（CreateVolumesBlockBy Dimension）,块的方向和位置由工作平面决定。,2.圆柱体,（CreateVolumesCylinderBy Dimension）,圆柱体的轴线在wz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-相交圆柱体,2.6 体的创建,1.创建两个圆柱体，半径分别为0.03和0.015，长度0.08。,2.改变视点。,3.显示体号。,4.偏移工作平面 y=0.05、z=0.03，wywz面绕wx轴旋转60。,5.创建两个圆柱体，半径分别为0.012和0.006，长度0.045。,6.做布尔减运算，形

20、成内孔。,7.重画图形。,8.创建块，x1,x2=-0.002,0.002，y1,y2=-0.013,-0.009，z1,z2=-0,0.008。,2.6 体的创建,9.改变工作平面的坐标系为极坐标系。,10.激活工作平面坐标系。,11.环形复制块。,12.做布尔减运算，形成矩形槽。,13.重画图形。,14.wzwx面绕wy轴旋转90。,15.从对称面划分模型。,16.重画图形。,17.删除实体。,18.做布尔加运算。,19.观察模型。,有直接拾取和输入实体编号两种方法。,2.7 对话框及元素,一、拾取窗口,1.坐标定位拾取窗口,用于在工作平面定位点，,有直接拾取和输入坐标两种方法。,2.实体

21、拾取窗口,用于选择命令操作对象，,二、作用按钮,“OK”:,应用对话框内的改变，并关闭对话框。,“APPLY”：,应用对话框内的改变，但不关闭对话框。,“RESET”：,重置对话框，恢复其默认值，不关闭对话框。,“CANCEL”：,取消在对话框中的操作，并关闭对话框。,不保留各实体内部边界。,一、布尔运算,2.8 复杂实体的创建方法,1.交,（ModelingOperateBooleansIntersect）,计算结果为所选择实体的公共部分，,有公共交集（Common）和两两交集（Pairwise）两种。,2.和,（ModelingOperateBooleansAdd）,计算结果为所选择实体的

22、和，,3.差,（ModelingOperateBooleansSubtract）,减和被减实体的交集被从被减实体中减掉。,交,A+B,A-B,一、布尔运算,2.8 复杂实体的创建方法,4.划分,（Divide）,5.粘接,（Glue）,所操作实体在边界上相交。,粘接,单元,6.搭接,（Overlap）,所操作实体在内部相交。,搭接,单元,二、挤出,2.8 复杂实体的创建方法,三、复制,（ModelingOperateExtrude）,关键点挤出得到线，线挤出得到面，面挤出得到体。,包括沿法线、通过偏移、关于轴、关于线等挤出方法。,四、镜像,复制数目包括源实体，复制增量与活跃坐标系有关。,（Mo

23、delingCopy）,五、删除,（ModelingReflect）,镜像平面是当前活跃坐标系的坐标平面，,且当前活跃坐标系是直角坐标系。,（ModelingDelete）,删除命令包括只删除实体本身、删除实体及所属低级实体两类。,六、实例-螺栓的创建,2.8 复杂实体的创建方法,1.创建原理,-,交,2.8 复杂实体的创建方法,2.创建步骤,(1)激活全球圆柱坐标系。,(2)创建关键点1(0.008,0,0)、2(0.008,90,0.0005)、3(0.008,180,0.001)、4(0.008,270,0.0015)、5(0.008,0,0.002)。,(3)改变视点。,(4)创建1个

24、螺距的螺旋线。,(5)复制5个螺距的螺旋线。,(6)合并关键点。,(7)作布尔加运算。,(8)激活全球直角坐标系。,(9)创建关键点90(0.008,0,0.00175)、91(0.006918,0,0)、92(0.006918,0,0.002)。,2.8 复杂实体的创建方法,2.创建步骤,(10)显示关键点、线号。,(11)同时显示点和线。,(12)创建直线。,(13)创建60角度线。,(14)由线创建面。,(15)由面挤出螺旋体。,(16)打开体号，关闭关键点、线号。,(17)创建圆柱体。半径分别为0.008，长度0.04。,(18)作布尔减运算。,(19)重画图形。,2.8 复杂实体的创

25、建方法,2.创建步骤,(20)创建关键点93(0.0065,0,0)、94(0.0095,0,0.003)、95(0,0,0)、96(0,0,0.03)。,(21)创建直线。,(22)由线挤出形成圆锥面。,(23)用面划分体。,(24)删除体。,(25)创建棱柱体（PrismBy Circumscr Rad），Z1,Z2为0.04,0.05，边数为6，半径为0.0131。,(26)创建圆锥体（ConeBy Dimension），底半径为0.03477，顶半径为0.00549，Z1,Z2为0.03,0.055。,(27)对棱锥体和圆锥体进行交运算，形成倒角。,2.8 复杂实体的创建方法,2.创建

26、步骤,(28)观察模型。,2.9 单元的划分,一、划分步骤,选择单元类型，指定选项。定义实常数、梁的横截面。定义材料模型。指定单元属性。指定单元尺寸控制。选择单元形状。选择划分方法。划分。重定义。,二、实例-相交矩形面,第3章 结构静力学分析,本章提示3.1 杆系结构实例悬臂梁3.2 平面问题实例厚壁圆筒问题3.3 空间问题实例扳手的受力分析3.4 结构静力学分析的特点3.5 选择操作3.6 命令流3.7 坐标系,本章提示,掌握利用有限元软件求解结构静力学问题时在前处理、求解、后处理三个阶段的特点、处理方法。利用ANSYS软件进行有限元分析的过程。掌握将空间结构简化为桁架结构、平面问题应满足的

27、条件、方法，以及ANSYS创建简化结构有限元模型的方法、特点。,3.1 杆系结构实例悬臂梁,一、杆系结构,指的是由长度远远大于其他方向尺寸（10:1）的构件组成的结构，如连续梁、桁架、刚架等。,二、静力学分析,当结构承受不随时间变化的载荷作用时，分析其位移、应变、应力和支反力，需要进行静力学分析。,三、悬臂梁问题及求解,分析钢制工字悬臂梁在集中力P作用下自由端的变形。已知梁横截面面积A=14.345 cm2，截面高度H=100 mm，惯性矩Ixx=245 cm4。梁长度L=1 m，集中力P=10000 N。,（一）问题描述,4.定义I字梁的横截面，输入W1、W2、W3、t1、t2、t3分别为0

28、.035、0.035、0.05、0.0035、0.0035、0.003。,3.1 杆系结构实例悬臂梁,（二）求解步骤,1.改变任务名为E7。,2.过滤界面。,3.选择单元类型为BEAM188。,5.定义材料模型，EX=2e11、PRXY=0.3。,6.创建关键点1(0,0,0)、2(1,0,0)。,7.显示关键点号。,8.在关键点1和2间创建直线。,9.划分单元，指定直线被划分为50段。,10.在关键点1处施加全约束。,3.1 杆系结构实例悬臂梁,（二）求解步骤,11.在关键点2处施加集中力载荷，FY=-1000N。,12.求解。,13.查看结果，显示变形。,（三）思考题,悬臂梁用杆CD支撑，

29、分析在集中力P作用下自由端的变形。已知梁横截面面积A=14.345 cm2，截面高度H=100 mm，惯性矩Ixx=245 cm4。杆CD的横截面面积A=8cm2，梁长度L=1 m，集中力P=10000 N。,设有无限长的柱状体，,在柱状体上作用的面力和体力的方向与横截面平行，而且不沿长度而发生变化。,作用在板上的所有面力和体力的方向均平行于板面，而且不沿厚度方向发生变化。,3.2 平面问题实例厚壁圆筒问题,一、平面问题,1.平面应力问题,当结构为均匀薄板，,2.平面应变问题,分析取板面进行。,分析取横截面进行。,3.2平面问题实例厚壁圆筒问题,二、对称性,当结构具有对称面而载荷也对称于该对称

30、面时，则结构的位移、应力和应变也对称于该对称面。此时，可取结构的一半进行分析，并且约束掉对称面上垂直方向的位移。,三、问题描述,图示厚壁圆筒的内半径r1=50mm，外半径r2=100mm，作用在内孔上的压力p=10MPa，无轴向压力，轴向长度很大可视为无穷。,试计算厚壁圆筒的径向应力r和切向应力t沿半径r方向的分布。,3.2平面问题实例厚壁圆筒问题,四、求解步骤,1.改变任务名为E8。,2.过滤界面。,3.选择单元类型为PLANE183，单元选项K3为平面应变。,4.定义材料模型。,5.创建圆形面，内外半径及角度分别为0.1、0.05和90。,6.划分单元。指定各边划分段数为6和8，形状为四边

31、形，映射网格。,7.在直线边上施加垂直方向约束。,8.在内孔施加压力载荷。,9.求解。,10.显示节点。,3.2平面问题实例厚壁圆筒问题,四、求解步骤,11.在水平直线边上定义路径p1。,12.将数据映射到路径上。,13.作路径图。,五、思考题,一均匀薄板的尺寸和所承受的载荷如图所示，P=3000N，所使用材料为45钢。求作a-a截面的路径图，显示其拉应力。,3.3 空间问题实例扳手的受力分析,一、问题描述,已知内六角螺栓扳手轴线形状和尺寸，横截面为一外接圆半径为10mm的正六边形，拧紧力F为600N，计算扳手拧紧时的应力分布。,二、求解步骤,改变任务名为E9。过滤界面。选择单元类型PLANE

32、182和SOLID185。定义材料模型。创建正六边形面，圆心在原点，半径为0.01。,3.3 空间问题实例扳手的受力分析,二、求解步骤,改变视点。显示关键点、线号。创建关键点7(0,0,0)、8(0,0,0.05)、9(0,0.1,0.05)。创建直线。创建圆角，半径为0.015。创建直线。用直线将六边形面划分成两部分。,为面划分单元。指定面各边划分为3段，形状为四边形，映射网格。指定轴线上单元边长度为0.01。,3.3 空间问题实例扳手的受力分析,二、求解步骤,显示直线。由面沿直线挤出体，由2D单元生成3D单元。清除面单元。显示单元。在短臂端面施加全约束。,在长臂端面顶点上施加力载荷，大小为

33、100N。求解。查看结果，显示变形。用应力云图显示Von Mises应力。,3.3 空间问题实例扳手的受力分析,二、求解步骤,偏移工作平面到节点159。选择图形类型Section，作切片图。,普通后处理器POST1。应力云图、变形云图、列表、单元表、路径图、切片。,弹性模量EX、泊松比PRXY。,一、前处理,单元类型：,结构（Structural）单元。,材料模型：,实常数：,根据单元类型。,二、求解,载荷类型：,集中力、压力、加速度、角速度、转矩、温度。,约束：,位移（线性位移和角位移）。,三、后处理,当施加有角速度、加速度载荷时，还需要定义密度（DENS）。,3.4 结构静力学分析的特点,

34、当施加温度载荷时，还需要定义线膨胀系数（ALPX）。,横截面：,梁单元类型需要。,3.5 选择操作,一、选择操作,用于构造实体选择集。,二、选择实体命令,（Utility MenuSelectEntities）,1.选择实体类型,2.选择方式,By Num/Pick：通过输入实体编号或在图形窗口直接拾取选择。,Attached to：通过与其他类型的实体相关联进行选择。,By Location：通过由定位设置定义的选择区域进行选择。,By Attribute：通过单元类型、实常数号、材料号等属性进行选择。,Exterior：选择实体的边界。,3.5 选择操作,3.定位设置,4.选择功能设置,F

35、rom Full：从全部模型中构造一个新的实体选择集。,Reselect：从当前实体选择集中再次选择。,Also Select：把新选择的实体添加到当前实体选择集中。,Unselect：把新选择的实体从当前实体选择集中去掉。,From Full,Reselect,Also Select,Unselect,3.5 选择操作,5.动作按钮,Sele All：全部选择该类型的实体。,Invert：反向选择，全部模型中除当前实体选择集以外的实体被选择。,Sele Belo：选择已选择实体以下的实体。,Sele None：撤消对该类型所有实体的选择。,Invert,三、实体选择实例-扳手的受力分析,(1

36、)选择扳手表面上z=0.010.02的所有节点。(2)选择两个端面上的所有节点。,3.6 命令流,一、命令格式,K，100，1，2，3,效率高，容易发现和改正错误，适合对ANSYS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,二、命令流法执行命令的特点,三、命令流文件的形成,1.使用ANSYS的记录文件。2.使用命令对话框的HELP按钮。,四、命令流文件实例正弦曲线的创建,3.6 命令流,命令流,/PREP7K,100,0,0,0CIRCLE,100,1,90 CSYS,1KFILL,2,1,4,3,1K,7,1+3.1415926/2,0,0CSYS,0KFILL,7,1,

37、4,8,1KGEN,2,7,11,1,1LSTR,8,13LSTR,9,14LSTR,10,15,!进入前处理器,!创建关键点,!创建圆弧,!切换活跃坐标系,!填充关键点,!复制关键点,!创建直线,命令流,LSTR,11,16LANG,5,6,90,0 LANG,4,5,90,0LANG,3,4,90,0LANG,2,3,90,0BSPLIN,1,17,18,19,20,12LSEL,U,14LDELE,ALLLSEL,ALLKWPAVE,12CSYS,4LSYMM,X,14NUMMRG,KP,LOWLCOMB,ALL,0,!创建投影线,!创建样条曲线,!不选择线14,!删除线选择集中所有线,

38、!选择所有线,!偏移工作平面到关键点12,!镜像线,!合并关键点,!布尔和运算,3.6 命令流,3.7 坐标系,一、全球坐标系,Global CartesianCSYS=0,全球坐标系是一个绝对的参考系，主要用于定位几何实体的位置。,全球坐标系有三种：全球直角坐标系、全球圆柱坐标系、全球球坐标系。,Global Cylindrical(Y)CSYS=1或5,Global SphericalCSYS=2,三种坐标系都是右手系，它们有共同的原点全球原点。,（Global Coordinate System）,3.7 坐标系,用户可以根据需要，建立自己的坐标系，称为局部坐标系。也用于定位几何实体。,

39、局部坐标系的种类有直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系和环坐标系。,局部坐标系的坐标系号大于10，一旦某个局部坐标系被定义，它立即成为活跃坐标系。,尽管定义了多种坐标系，但任一时刻只能有一个是活跃的。把某一个坐标系激活为活跃坐标系，可使用Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to命令。,二、局部坐标系,三、活跃坐标系,Utility MenuWorkPlaneLocal Coordinate System Create Local CS。,（Local Coordinate System）,3.7 坐标系,ANSYS列表显示节点和关键点坐标时，使用的坐标系。,

40、用于定义每个节点的自由度和节点载荷的方向。,四、显示坐标系,（Display Coordinate System）,显示坐标系为Global Cartesian,显示坐标系为Global Cylindrical,五、节点坐标系,默认时，节点坐标系与Global Cartesian方向一致。,（Nodal Coordinate System）,3.7 坐标系,单元坐标系用于定义各向异性材料的特性的方向、施加表面载荷的方向、单元结果的输出方向等。,六、单元坐标系,（Element Coordinate System）,结果数据总是旋转到结果坐标系上显示，默认的结果坐标系为全球直角坐标系。,七、结果

41、坐标系,（Result Coordinate System）,结果坐标系为Global Cartesian时，x为x方向应力。,结果坐标系为Global Cylindrical时，x为径向应力。,3.7 坐标系,八、坐标系的应用实例圆轴扭转分析,1.问题描述,设等直圆轴的圆截面直径D=50mm，长度L=120mm，作用在圆轴两端上的转矩Mn=1.5103Nm。,2.求解步骤,(1)改变任务名为E10。(2)选择单元类型PLANE183和SOLID186。(3)定义材料模型。(4)创建矩形面。x1,x2=0,0.05，y1,y2=0,0.12。(5)划分单元。短边5段，长边8段。(6)设定挤出选

42、项。指定挤出5段，清除面单元。(7)由面旋转挤出体。(8)显示单元。,3.7 坐标系,2.求解步骤,(9)改变视点。(10)旋转工作平面，wywz面绕wx轴旋转-90。,(11)创建局部坐标系。编号为11，类型为圆柱坐标系，原点在全球原点，r平面在工作平面上。,(12)选中圆柱面上的所有节点，r=0.025。(13)旋转节点坐标系到当前坐标系。(14)施加径向约束。(15)选中圆柱面最上端的所有节点，z=0.12。(16)施加切向载荷模拟扭矩，大小为1500。(17)选择所有。,3.7 坐标系,2.求解步骤,(18)显示体。(19)在圆柱体的底面上施加全约束。(20)求解。(21)显示变形。(

43、22)改变结果坐标系为局部坐标系11。(23)选择z0.045m的所有单元。(24)用等高线显示剪应力yz。,第4章 结构动力学分析,本章提示4.1 模态分析实例均匀直杆的固有频率分析4.2 谐响应分析实例单自由度系统的强迫振动分析4.3 瞬态分析实例一凸轮从动件运动分析 瞬态分析实例二连杆机构运动分析4.4 结构动力学分析的特点,本章提示,了解利用有限元软件求解结构动力学问题时在前处理、求解、后处理三个阶段的特点、处理方法。,一、问题描述,图示为一根长度为L的等截面直杆，一端固定，一端自由。已知杆材料的弹性模量E=21011N/m2，密度=7850kg/m3，杆长L=0.1m。要求计算直杆纵

44、向振动的固有频率。,4.1 模态分析实例均匀直杆的固有频率分析,二、分析步骤,(1)改变任务名为E11。(2)选择单元类型SOLID186。(3)定义材料模型。(4)创建块。x1,x2=0,0.01，y1,y2=0,0.01，z1,z2=0,0.1。(5)改变视点。(6)划分单元。短边3段，长边15段。(7)施加约束。,4.1 模态分析实例均匀直杆的固有频率分析,二、分析步骤,(8)指定分析类型Modal。(9)指定分析选项，指定挤出模态数5。(10)指定要扩展的模态数5，计算振型。(11)求解。(12)列表固有频率。(13)用云图和动画观察各阶模态。,三、模态分析步骤,(1)建模。必须指定材

45、料密度。(2)指定分析类型为Modal。(3)指定挤出模态数、扩展模态数等分析选项。(4)施加约束。(5)求解。,4.1 模态分析实例均匀直杆的固有频率分析,三、模态分析步骤,(6)在POST1查看频率结果。(7)查看振型结果。,谐响应分析施加的载荷均按正弦规律变化，,4.2谐响应分析实例单自由度系统的强迫振动,一、问题描述,在图示单自由度系统中，已知质量m=1kg，弹簧刚度k=10000N/m，阻尼系数c=63Ns/m，作用在系统上的激振力f(t)=F0sint，F0=2000N，为激振频率。,二、正弦载荷,在加载命令中指定载荷的实部和虚部。,定义一个载荷需要三个参数：幅值（Amplitud

46、e）、相位角（Phase angle）和强制频率范围（Forcing frequency range）。,幅值,相位角,实部（Real）,虚部（Image）,(1)改变任务名为E15。(2)选择单元类型MASS21和COMBIN14。(3)定义实常数，质量为1，刚度为10000，阻尼系数为63。(4)创建节点1(0,0,0)和2(1,0,0)。(5)设置要创建单元的属性TYPE=2，REAL=2。(6)由节点1、2创建弹簧阻尼单元。(7)设置要创建单元的属性TYPE=1，REAL=1。(8)由节点2创建质量单元。(9)显示节点和单元号。(10)在节点1施加全约束，在节点2施加约束、UX自由。(

47、11)指定分析类型为Harmonic。(12)指定激振频率范围(0,50)，计算25个点。,二、分析步骤,4.2谐响应分析实例单自由度系统的强迫振动,(13)在节点2施加载荷FX，实部为2000，虚部为0。(14)求解。(15)定义变量Dispx，存储节点2的x方向位移。(16)用曲线图显示变量Dispx的幅值和相位角，即幅频曲线和相频曲线。,4.2谐响应分析实例单自由度系统的强迫振动,二、分析步骤,三、谐响应分析步骤,(1)建模。必须指定材料密度。(2)指定分析类型为Harmonic。(3)施加约束。(4)指定激振频率范围。(5)按实部/虚部或者幅值/相位角方式定义载荷。(6)求解。(7)在

48、POST26用结果-频率对应关系表即变量查看结果。,4.3 瞬态分析实例一凸轮从动件运动分析,一、问题描述,对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的从动件位移s随时间的变化情况如图所示，试分析从动件速度v、加速度a的变化情况。,二、瞬态载荷,载荷的每次变化都要定义一个载荷步。,需要指定载荷步末点的时间、载荷的大小。,第一个载荷步通常用于指定初始条件。,4.3 瞬态分析实例一凸轮从动件运动分析,(1)改变任务名为E16。(2)选择单元类型PLANE182和SOLID185(3)定义材料模型EX=2e11、PRXY=0.3、DENS=7800。(4)显示关键点、线号。(5)创建关键点1(0,0,0)、2(

49、0.015,0.015,0)、3(0.015,0.1,0)、4(0,0.1,0)。(6)创建直线。(7)由线创建面。(8)划分单元。短边2段，长边10段。(9)设定挤出选项，挤出4段。(10)由面绕轴挤出回转体。,三、分析步骤,(11)显示单元。(12)改变视点。(13)旋转工作平面，WYWZ平面绕WX轴旋转-90。,4.3 瞬态分析实例一凸轮从动件运动分析,(14)创建局部坐标系，编号为11，类型为圆柱坐标系，原点在全球原点，r平面在工作平面上。(15)显示面号。(16)显示面。,(17)创建选择集，选择圆柱面及圆柱面上节点。(18)显示节点。(19)旋转节点坐标系对齐于局部坐标系11。(2

50、0)施加径向约束。,(21)选择所有实体。(22)显示单元。(23)指定分析类型为Transient。(24)确定数据库和结果文件中包含所有子步的所有项目。(25)在顶面中心施加集中力载荷，FY=-1000。(26)确定第一个载荷步时间10s和时间步长(0.5s,0.2s,1s)。(27)施加第一个载荷步的位移载荷，UY=0.02。(28)写第一个载荷步文件。(29)确定第二个载荷步时间20s。(30)写第二个载荷步文件(31)确定第三个载荷步时间35s。(32)施加第三个载荷步的位移载荷，UY=0。(33)写第三个载荷步文件。,4.3 瞬态分析实例一凸轮从动件运动分析,(34)确定第四个载荷