ANSYS自上而下自下而上建模及受力分析

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

1POINTSTYPE NUMMAR 31 201223:43:2443Y1ZX209060242-44-sunguoliang 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

1LINESTYPE NUMMAR 31 201223:45:45YZX09060242-44-sunguoliang 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

1AREASTYPE NUMAPR 1 201200:07:47YZX09060242-44-sunguoliang 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

1AREASTYPE NUMMAR 31 201223:55:46击【OK】，生成结果如图

YZX09060242-44-sunguoliang 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

1AREASTYPE NUMMAR 31 201223:57:52YZX09060242-44-sunguoliang 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】

1VOLUMESTYPE NUMMAR 31 201223:59:55YZX09060242-44-sunguoliang

（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

1VOLUMESTYPE NUMMAR 31 201212:30:32YZX09060242-44-sunguoliang 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

1VOLUMESTYPE NUMMAR 31 201212:31:35成如图

YZX09060242-44-sunguoliang 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

：

1VOLUMESTYPE NUMMAR 17 201215:42:40YZX09060242-44-sunguoliang （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

1ELEMENTSMAR 17 201215:49:59结果如图

YZX09060242-44-sunguoliang 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。

1AREASTYPE NUMMAR 17 201215:52:00YZXSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS09060242-44-sunguoliang 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

1AREASTYPE NUMUMAR 17 201215:53:36YZXSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS09060242-44-sunguoliang 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：

1AREASTYPE NUMPRES-28.8MAR 17 201215:59:42YZX09060242-44-sunguoliang 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

1NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.016948SMN =1.074SMX =92.269MAR 17 201216:01:12MNYZXMX21.33941.60561.87182.13611.20631.47251.73872.00392.26909060242-44-sunguoliang 1.074

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