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ANSYS 有限元案例 分析报告

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ANSYS 分析报告
一、 ANSYS 简介：

ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的

大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一 的美国 ANSYS 开发，它能与多数 CAD 软件接口，实现数据的共享 和交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN, AutoCAD 等，是现代产品 设计中的高级 CAE 工具之一。
本实验我们用的是 ANSYS14.0 软件

二、分析模型：
具体如下：

如图所示， L/B=10, a= 0.2B ,

b= (0.5-2)a，比较 b 的变化对

最大应力 x 的影响。

三、模型分析：

该问题是平板受力后的应力分析问题。我们通过使用 ANSYS 软

件求解，首先要建立上图所示的平面模型， 然后在平板一段施加位移 约 束，另一端施加载荷，最后求解模型，用图形显示，即可得到实验

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四、 ANSYS 求解：

求解过程以 b=0.5a=0.02 为例:

1.建立工作平面， X-Y 平面内画长方形，
L=1,B=0.1,a=0.02,b=0.5a=0.01; (操作流程： preprocessor 宀

modeling 宀 create 宀 areas 宀 rectangle )

2.根据椭圆方程，利用描点法画椭圆曲线，为了方便的获得更多的椭
圆上的点，我们利用 C++程序进行编程。程序语句如下:

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运行结果如下 :

・ ■ Er\C ” +\5afe\D«>ug\Mfd ,exe'
8.041339
@.e433SSL 3.843202
3.&4Z 3.B42B5S& 3.S44
U.H3SS7S2 f1.H3S3H3t
8.833 3.03?2079 3.041
a.03ms05 a. 033^1
乩阴 4 0,03571 ?1 B 卫親
氛眈阴 051
0,03 9,6321464 0.P35
0,0291504 0.龍肌 0“
& 3.6285757 0.632
0.01^1754 B.O1S707I
9.B22 a.B2S0K 3.829
9.01^3% 0.019fi082
0.618 3.S214343 3.82S
any key to CQDCinue
本问题(b=0.5a=0.01 )中， x
S.tl3t>2b2J
0.03267?
0.0316697
0 ・ 02 悶羽
0.027B®?t
0.024Q19
凶 .0404 右
0&
S.04&6411
H.035(909
3.0434617
0.0309212 乩
0412822
9.82&1515
9.9391028
0.019^89
3.017922
».621381»
a.03&9233
a^ififii2i
0.0133394
0.015359
0.0347439
«.0118424
@325644
F^ess
上每隔 0.002 取一个点,
在 [0,0.02]

y 值对应于第一行结果。由点坐标可以画出这 11 个点，用 reflect
命令关于 y 轴对称，然后一次光滑连接这 21 个点，再用直线连接两 个端 点，便得到封闭的半椭圆曲线。(操作流程： create 宀 keypoints
fon active CS 宀依次输入椭圆上各点坐标位置宀 reflect 宀 create

Tsplines through keypoints

3.
圆面。用

f creat f lines f 得到圭封闭曲线) 。

由所得半椭圆曲线，生成半椭
reflect 命令关于 x 轴对称

(操作流程： create f areas by lines f reflect f 得到两个对称的半 椭圆面)。
4. 用 substract 命令，将两个半椭圆面从长方形板上剪去(操作流程： preprocessor 宀 modeling 宀 create 宀 Booleans 宀 substract 宀 areas.)。

5. 定义单元类型和材料属性(preprocessor 宀 element type 宀 add

选 solid Quad 4nodes 42 , material props — material models
T

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—structural — liner — Elastic — isotropic — E=200GPa,尸 0.3 )。 5. 长板左端施加位移约束，右端施加载荷约束 (preprocessor — loads
—defi ne loads — apply — structural — displaceme nt (左
边) ,pressure (右边) ) 。

6. 用 meshing 命令戈 U 分单元 (meshing — meshtool 选 mesh — pick all —生成单元)。
7 .在 solution 命令下，选好求解方式后求解(Analysis type — new analysis — static — sol ' n controls — pre-condition CG )。
8. 在后处理中读取结果 (General postproc — read results — first set) 。
9. 选择 plot 菜单，显示变形图和应力图。在

plotctrl-style-counter-uniform 菜单下，可以细分并显示出应力较大 的区段 (plot — results — deformed shape 看变形， con tour plot 看 应力，选 stress,x 方向) 。
b
对于每个 b 值下的椭圆模型，都可按照上述过程进行求解。 依次取 0.5a,0.75a,1.0a,1.25a,1.50a,1.75a,2.00a.
五、结果分析：

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1. b=0.5a:

(1 )变形图:
ANSYS
JCET 14 2OIL
5TEP-1
SUB -E ZHE.=1
IMS 50 S« 75

⑵ X 方向应力图(整体)：

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LLEXEM 501CIISN
STEP=1
S3B -1
"IME-L
SA
R5YX
WX =.5Q5f73
3MH =13,53
S© -191-573
耐冏

CT 14 2D1L U:0*:3fi

13.33 «2.54& 132.155 171.769
112.354 151.54 191-573

(3)应力的局部放大图:

(irzAw?

7

2.b=0.75a

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ANSYS
兀K 14 2Q1L
19;42s03
ELEMEfTT SOLUTIOM
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(1) 变形图:

DISPIXCD®e7
S： EP=1

DHX =.511513

⑵ X 方向应力图(整体)：

ANSYS
TX 11 2011
1»1401 &5

SUB =1
SX eOKVGl
JtSYS-0
DHK 511513
SMN =5,01
5KJC =^42^93

13" .0^8

(3)应力的局部放大图:

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STEP-1 =a
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ANSYS

陌 14 Mil
22;31： 20

I

3.b=a :

(1)变形图

:

DISi?U£EM£llI
3TEF-：

趣--513SC2

八
MSYS

JUN L4 2011
22;05=30

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⑵ X 方向应力图(整体)：

LLUEKT SOLUTIOU
sn>=i
sug =1
riNLvl

R5Y3=C
沁-.SLE91J2
SW —-140： e2
ANSYS

JW 14 2011
u = o«： ia

167.®B
12S.2D7
G2.S33
.1.0::2
2S0.SS3
219.2l«
L5tf.54J
31.197
281Ae«
(3)应力的局部放大图:

1
FI.EMEWT SOL^TTOK
ANSYS
14 20tX
22i!22i4i

53C (HOfiVT&J!
fisrs-o me 孔即騎】 /
am —.140092
iMC =2®1-E9

4.b=1.25a
(1)变形图:

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DI
=1
TJHE-1
QMX =.53A0M
3WT 24 2CHJ
1S：： 3S14
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ANSYS

⑵ X 方向应力图(整体)：

(3)应力的局部放大图:

^ET-L SUB -L
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5.b=1.5a
(1)变形图:

ANSYS

JU¥ H 2CU 2L：
40： S2

I3£J 5431£2

⑵ X 方向应力图(整体)：

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ANSYS

JTN 14 2011
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LLEJILWI surniLOM
STE?=L
sirs =a

曲
RS0O
DMX -.543163 3MSI --€.277
翊=3<lf .finfi
(^OAVGk

3n.621
214«214
□C2.11

(3)应力的局部放大图:

6. b=1.75a

(1)变形图:

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ANSYS
JTN 14 2011 2L;S3:30
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DISPLfeCEMU^I
5TE?=1
EtJB =1
TIME-1
Bffi =.btsLEz

Y

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⑵
X
方向应力图(整体)：

ELEMENT 口'口 備
51EP=1
SUB -1
TIML-1
5X (N0KVG)
RSYS-0
撷 .託让 2
5MN —2^11
5MX -536.279


ANSYS

JCW 14 2C11
21±54:05

-3.911
116.S09 236.729 356.5^9
应■旳 9 17e.31S ?9 氣 £39
4^6.369
536.279

□UM L4 Z01L It： 05： 07
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(3)应力的局部放大图:

7. b=2a

(1)变形图:

DISFIMEHEt 订
3TEf=L
SUB -1 TIME-：
KE -.6017«

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ANSYS

JOT L4 201.1
^9:13:34
ANSYS
□TN 14?011 2i： 3d： 12
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⑵ X 方向应力图(整体)：

1

EIE?-1
SUB -1
TIME-1
SX (NQAV-S)
RS 羽-C
LMX *. (!01742
9UJ BB2

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154- 口性；

2ij5.213
対 5. ”3

socket

(3)应力的局部放大图:

LLEME 闻 I S0L3TI01I

EVB -1
IIME-1
胡
陆丁吝=0
WX =. 601742
£Ht< 12 皿 2
(MuRWI

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根据所得结果，用描点法作出(b/a ) -Dmax 图像。用 Matlab 编程

如下 :

x(1:7)=[0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0];

y(1:7)=[191.573 242.693 281.89 334.452 390.606 536.279 648.126]; Plot(x,y)
程序运行结果如下 :

分析以上结果可得：

(1) E 的最大值分布在椭圆在 y 轴上的顶点处，即出现应力集中现
象；

(2) (Txmax 随着(b/a )的增大而增大
出现以上结果的原因：

(1) 本题施加的是均匀载荷，静态分析，应力°二 F/A,由此可得，在

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x=0 处横截面积 A 最小，应力°最大，于结果(1) 一致；

(2) 当(b/a )增大时， x=0 处的曲率增大，截面积 A 进一步减小, °xmax 增大，与结果(2) 一致。

七、心得体会：

1. 本次 ANSYS 案例分析，让我们熟悉了 ANSYS 软件的基本操作，

对有限元分析的思想方法也有了初步的理解。我们在试验过程中 遇到的问题有：
(1) 在施加载荷和位移约束之前，必须先定义单元，平板左边的 位移约束应该施加双向(x 和 y 方向)约束才能保证后面的求解顺 禾 U,同时载荷约束应该施加 pressure ;
(2) 划分单元之后需选择正确的求解方式，求解结束之后需进行 相关后处理。
(3) 可以对最大范围的主应力进行详细划分，然后显示图形。即 为应力的局部放大图。
2. 本次试验中运用了材料力学的理论知识对实际问题进行分析，加

强了我们对课本知识的掌握。

3. 本次 ANSYS 试验我们组及时向老师答疑解惑， 得到了老师的及时

解惑；小组配合默契，有问题相互讨论，在共同努力下问题得以

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解决。对于我们，以后的学习还应多多加强交流，取长补短，相 互借鉴。

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