ANSYS自上而下自下而上建模及受力分析.doc

MEMS CAD 实验报告
实验三 带孔矩形板的实体建模及结构分析
一、 实验目的
1、 进一步练习ANSYS软件的操作及命令；
2、 掌握自底向上与自顶向下两种建模思路；
3、 进一步练习网格划分和静力分析的操作及流程。
二、 实验说明
1、自底向上建模
自底向上建立实体模型时，首先要定义关键点，再利用这些已有的关键点定义较高级的图元（线、面或体），这样由点到线，由线到面，由面到体，由低级到高级。
2、自顶向下建模
当用户直接建立一个体时，ANSYS会自动生成所有从属于该体的低级图元。这种一开始就从较高级图元开始建模的方法就叫做自顶向下建模。
3、ANSYS的技术特点是：
1）惟一能实现多场及多场藕荷功能的软件；
2）惟一实现前后处理、分析求解及多场分析统一数据库的大型FEA软件；
3）独一无二的优化功能，惟一具有流畅优化功能的CFD软件；
4）融合前后处理与分析求解于一身；
5）强大的非线形分析功能；
6）快速求解器；
7）最早采用并行计算技术的FEA软件；
8）从个人、工作站、大型机直至巨型机所有硬件平台上全部数据文件兼容。
三、实验内容和步骤
一个带孔矩形板受平面内张拉，形状如图1所示。左边固定，右边受荷载P作用，求其变形情况。

相关参数：
板厚度为20mm
长为200mm
宽为100mm
圆孔半径20mm
载荷P = 20 +（学号×0.2）N/mm
弹性模量E = 200Gpa

（一）带孔矩形板的实体建模1——自底向上
1、创建关键点；
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS；
创建四个关键点，编号和坐标分别输入为
1 (0,0,0)
2 (200,0,0)
3 (200,100,0)
4 (0,100,0)
单击【OK】，生成如图3-1所示

2、 列出各点坐标值Utility menu > List > Keypoints > Coordinate only
3、 由关键点生成线操作；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > In Active Coord；
4、 连接顶点组成四条边线，再单击【OK】，生成如图5、由线生成面操作；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >Areas >Arbitrary >By Lines；
逆时针选线，结果如图6、在矩形面中心生成圆面；
显示并更改工作平面；
Utility Menu > Workplane > Display Working Plane，
Utility Menu > WorkPlane > Offset WP by Increments，
弹出Offset WP对话框，在X，Y，Z Offset栏输入100，50，0，单击【OK】
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid Circle，
输入参数
WP X = 0
WP Y = 0
Radius = 20，
单击【OK】，生成结果如图7、布尔减操作；
Main Menu > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Areas
拾取矩形面，单击【Apply】，再拾取圆面，单击【OK】，结果如图8、由面生成体；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Normal，
拾取带孔矩形面，单击【OK】，输入DIST = 20，单击【OK】，结果如图所示
保存结果【SAVE_DB】

（二）、带孔矩形板的实体建模2——自顶向下
1.创建矩形板；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Block > By Dimensions，输入参数
X1，X2 = 0，200
Y1，Y2 = 0，100
Z1，Z2 = 0，20
单击【OK】，生成如图所示长方体
2.创建圆柱体；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder，
设置参数
WP X = 100，WP Y = 50，Radius=20，Depth=20，点击【OK】，生成如图3.从长方体中减去圆柱体；
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes，
首先拾取长方体，点击【Apply】，然后拾取减去的圆柱体，点击【OK】，生成如图：（三）、带孔矩形板的网格化与结构分析
1、 定义单元类型；
Main Menu > Preprocessor > Element type > Add/Edit/Delete，
弹出Element Type对话框，单击【Add】，显示Library of Element Type对话框。在Library of Element Type下拉列表框中选择Structural > Solid 选项，在右侧选择Brick 8node 45选项，单击【OK】，单击【Close】
2、 定义材料特性；
Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear > Elastic > Isotropic，输入参数
EX = 200e9
PRXY = 0.3，
单击【OK】，关闭对话框，保存结果【SAVE_DB】
3、 自由网格化；
Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool，
将智能网格划分器（Smart Sizing）设定为“on”，将滑动码设置为“6”，确认Mesh Tool的各项为：Volumes，Tet，Free，单击【Mesh】，弹出拾取对话框，单击【Pick All】，关闭Mesh Tool对话框，网格化结果如图
保存结果【SAVE_DB】
4、 约束安装孔：Main Menu -> Solution -> DefainLoads -> Apply -> Structural -> Displacement->Symmetry B.C.->On Areas
弹出一个拾取框
① 绘出 Areas (Utility Menu: Plot-> Areas)
② 拾取安装孔的2个柱面 （每个圆柱面包括两个面）
说明：在拾取时，按住鼠标的左键便有实体增亮显示，拖动鼠标时显示的实体随之改变，此时松开左键即选中此实体。单击OK。
5、整个左侧施加位移约束 (UX=0)
Main Menu>Solution>Loads-Apply >Structural-Displacement>on Lines +
① 拾取基座底面的所有外边界线，picking menu 中的 “count” 应等于 4，单击OK。
② 选择 UX作为约束自由度，单击OK
6、在右侧施加载荷；
Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Areas，
拾取右侧平面，单击【OK】，输入压力值为 -28.8，单击【OK】，施加约束后的结果如图：
7、求解；
Main Menu > Solution > Solve > Current LS，
8、生成节点等效应力(von Mises stress)图；
Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu，
选择stress > von Mises stress，单击【OK】，结果如图