有限元ANSYS实体结构分析.doc

三维实体结构的ANSYS分析
（建筑与土木工程 二班----唐争兵）
指导老师：燕乐玮

工字钢梁两端均为固定端，，建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下：
弹性模量 E= 200GPa；泊松比；
材料密度；重力加速度；
作用力Fy作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000KN
结构示意图
ANSYS操作主要步骤：
1、 定义单元类型、材料属性
2、 建立实体模型（关键点—线—面—体）、（亦可用3D图素加布尔操作、有点难）
3、 网格划分、生成有限元模型
4、 施加荷载（位移约束、分布力、重力荷载（惯性力还是自重应力？另外自重应力怎么不算初应力？））
5、 求解
6、 结构以图形、列表方式展示、分析

一、定义单元类型、材料属性
1、定义单元类型。点击主菜单中的“Preprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete”
弹出对话框，点击对话框中的“Add…”按钮，又弹出一对话框，选中该对话框中的“Solid”和“Brick 8node 45”选项，点击“OK”。

2、定义材料属性、点击主菜单中的 “Preprocessor>Material Props >Material Mod
弹出窗口，逐级双击右框中“Structural\ Linear\ Elastic\ Isotropic”前图标，弹出下一级对话框，在“弹性模量”（EX）文本框中输入：2e11，在“泊松比”（PRXY）文本框中输入：0.3，双击框中的“Density”选项，在弹出对话框的“DENS”一栏中输入材料密度：7800，点击“OK”按钮关闭对话框。

二、建立实体模型
1、创建关键点。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS”分别为：1（-0.08,0,0）、2（0.08,0,0）、3（0.08,0.02,0）、4（0.015,0.02,0）、5（-0.015,0.18,0）、6（-0.08,0.18,0）、7（0.08,0.02,0）、8（-0.08,0.02,0）、9（-0.08,0.18,0）、10（-0.015,0.18,0）、11（-0.015,0.02,0）、12（-0.08,0.02,0）。
2、生成线。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create >Lines >Lines>StraightLine”
依次点选关键点1、2，点击“Apply”按钮，即可生成第一条直线。同理，分别点击2、3；3、4；4、5；5、6；6、7；7、8；8、9；9、10；10、11；11、12；12、1可生成其余11条直线。
3、生成面。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create >Areas>Arbitrary>By Lines”
弹出“直线选择”对话框，依次点选1~12直线，点击“OK”按钮关闭对话框，即可生成工字钢的横截面。
4、生成体。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>>Operate>Extrude>Areas>Along Normal” 在“DIST”一栏中输入：1（工字钢梁的长度），即可生成工字钢梁的三维实体模型。
建模完成图
三、网格划分、生成有限元模型
1、设定单元大小。点击主菜单中的“Preprocessor>Meshing>MeshTool”
弹出对话框，在“Size Control”标签中的Global一栏点击Set按钮，弹出 “网格尺寸设置”对话框，在SIZE一栏中输入：0.02。划分网格的对话框中，选中单选框“Hex”和“Sweep”, 其他保留缺省设置，然后点击“Sweep”按钮。

有限元模型图
四、施加荷载
1、选择施力节点（选择操作技术）点击应用菜单中的“Select>Entities...”
在第一个列表框中选择“Nodes”选项，第二个列表框中选择“By Location”选项，选中“Zcoordinates”单选框，并在“Min,Max”参数的文本框中输入：0.5（表示选择工字钢梁沿的中间横截面上的所有节点），点击“Apply”按钮完成选择。点击“Plot”按钮，在显示窗口上显示出工字钢梁中间横截面上的所有节点。然后，对话框中选中“Ycoordinates”单选框，在“Min,Max”参数文本框中输入：0.2（表示工字钢梁的上表面），选中“Reselect”（表示在现有活动节点——即上述选择的中间横截面中，再选择y坐标等于0.2的节点为活动节点）单选框。然后依次点击“Apply” 和“Plot”按钮，即可在显示窗口上显示出工字钢梁上表面沿长度方向中线处的一组节点，这组节点即为施力节点。

施力节点图
2、施加荷载。点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>On Loads”，
弹出“节点选择”对话框，点击“Pick All”按钮，即可选中所选择的这组需要施力的节点，之后弹出另一个对话框，在该对话框中的“Direction of force/mom”一项中选择：“FY,在Force/moment value”一项中输入：-5000（负号表示力的方向与Y的方向相反），然后点击“OK”按钮关闭对话框，这样，通过在该组节点上施加与Y向相反的作用力，就可以模拟所要求的分布力Fy =-5000KN。

面均布荷载图
3、激活所有节点。点击应用菜单中的“Select>Everything”。
4、施加重力荷载。点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity”，
在弹出对话框的“ACELY”一栏中输入：9.8（表示沿Y方向的重力加速度为9.8m/s2）。

荷载施加完成
五、求解
点击主菜单中的“Solution>Solve>Current LS”，在弹出对话框中点击“OK”按钮，开始进行分析求解。分析完成后，又弹出一信息窗口提示用户已完成求解，点击“Close”按钮关闭对话框。
六、结构分析结果
1、图形方式显示节点位移。点击主菜单中的“General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu”

节点Y向位移

节点XY向剪应力

变形效果图
2、列表显示节点情况。点击主菜单中的General Postproc>List Results>Nodal Solution”，

反力列表图
此三维实体结构的ANSYS分析3D实体模型完成。