现代有限元仿真技术实验指导书

现代有限元仿真技术实验指导书

电子科技大学机械电子工程学院工程训练中心

目 录

实验一 结构梁的有限元分析 ............................................................................................................ 1 实验二 薄板圆孔的有限元分析 ........................................................................................................ 6 实验三 受内压作用的球体的有限元建模与分析 .......................................................................... 15 实验四 坝体的有限元建模与应力应变分析 .................................................................................. 18 实验五 联轴器的有限元分析实验 .................................................................................................. 21 实验六 轴承座的有限元建模与分析 .............................................................................................. 32 实验七 流体分析 .............................................................................................................................. 38 实验八 瞬态热分析 .......................................................................................................................... 43

现代有限元仿真技术实验

实验一 结构梁的有限元分析

一 实验目的

1. 了解ANSYS在有限元分析中的作用； 2. 理解ANSYS的工作机理； 3. 掌握ANSYS的建模及分析方法； 4. 掌握梁结构的有限元分析方法。

二 实验原理

1. 有限元建模的基本原则

建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。

（1） 保证精度原则

① 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。

② 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。

（2） 控制规模原则

模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。

① 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。

② 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。 2. 有限元建模的一般步骤

不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。

3. 形状处理方法

几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。

（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。

（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。

（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。

（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对称分布时，可以只取出结构的一半计算。

4. 单元类型

单元类型的选择应根据分析类型、形状特征、计算数据特点、精度要求和计算条件等因素综合考虑。在结构分析领域，不同的结构类型需要相应的单元进行离散。因此单元通常是按结构类型进行分类的，即根据结构的特点选择相应单元。

5. 单元特性

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现代有限元仿真技术实验

单元特性定义了单元内部数据，包括材料数据、截面数据等。 （1） 材料特性

材料特性用于定义分析对象的材料在力学、热学等方面的性能，如弹性模量E、泊松比、 密度、导热系数、热膨胀系数等。 （2） 物理特性

物理特性用于定义单元物理参数或辅助几何特征，在ANSYS中称为实常数。 （3） 截面特性

杆、梁这类一维单元需要定义其截面特性。杆件结构只承受拉压，其截面特性只有截面积。梁结构可以承受拉压、弯曲和扭转，其截面特性包括截面积、主惯矩、极惯矩等截面性质。

（4） 单元相关几何数据

某些单元具有一些相关几何数据，以对单元作进一步说明。 6. 网格划分原则 （1） 网格数量

网格数量的多少主要影响以下两个因素。 ① 结果精度

网格数量增加，结果精度一般会随之提高，但当网格数量太大时，数值计算的累积误差反而会降低计算精度。

② 计算规模

网格数量增加，将会增加计算时间。并不是网格分得越多越好，应该考虑网格增加的经济性，在实际计算时应权衡两个因素综合考虑。

（2） 网格疏密

网格疏密是指结构不同部位采用不同大小的网格，又称相对网格密度。应力集中区域采用较密集的网格，而在其它非应力集中区域，则采用较稀疏的网格。采用疏密不同的网格划分，既可保持相当的精度，又可使网格数量减小。

（3） 单元阶次

采用高阶单元可以提高计算精度，但高阶单元的节点较多，使用时也应权衡精度和规 模综合考虑。 （4） 网格质量

网格质量是指网格几何形状的合理性。网格各边和各个内角相差不大，网格表面不过分扭曲，边角点位于边界等分点附近，则这类网格的质量较好。网格划分之后，应进行网格质量检查，并对质量差的网格（特别是重要部位的网格）进行修正。

（5） 网格分界面和分界点

划分网格时，结构中的一些特殊界面和特殊点应划分为网格边界或节点。 7. 网格划分方法 （1） 半自动分网方法

由分析人员确定节点位置和形成单元，分网过程在计算机屏幕上通过人机交互方式进行。在分网时可不必考虑生成顺序，可以任意控制节点位置和单元形状，划分的网格容易满足给定的要求。

（2） 自动分网方法

对于形状复杂的空间曲面或实体，自动分网降低了网格划分难度，大大提高了建模效率。自动分网时需要选择单元类型、网格形状（如三角形或四边形）和单元阶次，并确定网格尺寸，然后选择进行分网的几何模型，之后整个分网过程由计算机自动完成。

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8. 边界条件的建立

分析结构与其它结构或外界的关系用载荷、位移约束等边界条件来定义。边界条件的类型很多，不同分析问题需要定义相应的边界条件。在结构分析中，边界条件主要包括位移约束和载荷条件，载荷条件包括：集中载荷、分布载荷、体积力及温度载荷。

9. ANSYS中有限元模型的建立方法

（1） 创建实体模型，通过网格化生成有限元模型

（2） 直接生成有限元模型：首先定义好节点，然后按照节点的顺序构造单元。 由节点生成单元的前提条件：

① 必须先定义节点及该单元所需的最少节点数，再由节点构建单元。比如该单元是四边形单元，则须先定义好4个节点才行。

② 必须指定合适的单元属性，包括单元类型、单元实常数及材料属性等。 适合于比较简单的模型，比如本实验中的梁结构

三 实验器材

装有ANSYS软件的计算机 1台

四 实验步骤

梁的有限元建模与变形分析要求选择不同形状的截面分别进行计算。

图 1-1 梁的计算分析模型

梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）：

1.1 进入 ANSYS

程序 →ANSYS →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run

1.2 设置计算类型

ANSYS MainMenu: Preferences →select Structural → OK 1.3 选择单元类型

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete? →Add? →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window) →Close (the Element Type window)

1.4 定义材料参数

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →

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（2） 生成一个圆孔

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circle，弹出如图所示的【Solid Circular Area】对话框。分别在【WP X】、【WP Y】和【Radius】文本框中输入“0”、“0”、“5”。单击OK按钮，生成结果如下左图所示。

（3） 执行面相减操作

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas，弹出一个拾取框。拾取编号为A1的面，单击OK按钮。然后拾取编号为A2的圆面，单击OK按钮。生成结果如下右图所示。

（4）保存几何模型

单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。 4.生成有限元网格

（1）设置网格的尺寸大小Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Global>Size，弹出[GlobalElement Sizes]对话框。在[Element edge length]文本框中输入“0.5\，单击Ok按钮。

（2）采用白由网格划分单元

MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free，弹出一个拾取框。拾取编号为A3

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的面，单击OK按钮，生成的网格如下图所示。

（3）保存结果

单击工具栏中的SAVE_ DB按钮。 5.施加载荷并求解 （1）施加约束条件

Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structrual>Displacement>On Lines，弹出一个拾取框。拾取编号为L10和L9的线，单击OK按钮，弹出【Apply U，ROT on Lines】对话框。选择“UX”，选择，单击OK按钮。

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(2)施加载荷

Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structrual>Pressure>On Lines，弹出一个拾取框。拾取编号为L2的线，单击OK按钮，弹出如图【Apply PRES on lines】对话框。在【Load PRES value】文本框中输入“-1000\，单击OK按钮，生成结果如下图。

（3）求解

Main Menu>Solution>Solve>Current LS，弹出一个提示框。浏览后执行File>Close，单击【OK]按钮开始求解运算。出现一个【Solution is done】对话框时单击Close按钮完成求解运算。

（4）保存分析结果

Utility Menu>File>Save as，弹出[Save as]对话框。输入“EXERCISE2\，单击OK按钮。 6.浏览计算结果 （1）显示变形形状

Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape，弹出[Plot Deformed Shape]对话框。选择‘`Def+undeformed'，单选按钮，单击OK按钮，生成结果如下图所示。

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（2）列出节点的列表结果

Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution，弹出[List Nodal Solution]对话框。在[Item to be listed]列表框中选择“Stress”选项和“von Mises stress”选项，单击OK按钮。每个单元角节点的6个应力分量将以列表方式显示，如下右图所示。执行File>Save as，可将其作为一个文本文件保存。

（1）浏览节点上的Von Mises应力值

Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，弹出[Contour Nodal Solution Data]对话框。在[Item to be contoured]列表框中分别选择“stress”和“von Mises stress\选项，单击OK按钮，生成结果如下图所示。

7.以扩展方式显示计算结果 (1)设置扩展模式(镜像)

Utility Menu>P1otCtrls>Style>Symmetry Expansion>Periodic/Cyclic Symmetry Expansion，弹出[Periodic/Cyclic Symmetry Expansion]对话框。选中“Reflect about YZ”单选按钮，单击OK按钮，生成结果如下第二幅图所示。

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（1）以等值线方式显示

Utility Menu>P1otCtrls>Device Options，弹出[Device Options]对话框。选择[Vector mode (wireframe)]复选框，单击OK按钮，生成结果如下图所示。

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五 实验要求

对比分析结果与实际情况，得出相应结论。

六 注意事项

1.在进行有限元分析时，注意对称性的利用，可以简化分析过程； 2.几何模型的建立与单元属性的设定没有严格意义上的先后顺序之分； 3.比较通过分网创建有限元模型与直接创建有限元模型之间的不同。

七 实验报告

按标准实验报告格式，并包括如下内容： 1. 几何模型的贴图 2. 分析结果的贴图

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实验三 受内压作用的球体的有限元建模与分析

一 实验目的

1.熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法； 2.掌握如何利用ANSYS进行有限元建模及分析； 3.了解受内压作用的球体的受力。

二 实验原理

1. 实体建模

ANSYS具有与大多数CAD/CAE软件的接口，可直接导入各种实体和有限元模型。同时，ANSYS软件还提供了两种实体建模方法：自顶向下法与自底向上法。

① 自顶向下法：利用圆、矩形、球、棱柱、圆柱、块等（称为基元）高级图元，通过布尔运算直接构造几何模型。

② 自底向上法：通过低级图元逐级向上构造高级图元，最终形成所需模型，即首先定义关键点，依次连接关键点生成相应的线，通过线生成面和体。

2. 有限元建模的基本原则

建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。

（1） 保证精度原则

① 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。

② 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。

（2） 控制规模原则

模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。

① 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。

② 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。 3. 有限元建模的一般步骤

不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。

4. 形状处理方法

几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。

（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。

（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。

（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。

（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对

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称分布时，可以只取出结构的一半计算。

图4-1 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）

三 实验器材

装有装有ANSYS分析软件的计算机 1台

四 实验步骤

1 进入 ANSYS

程序 →ANSYS →Interactive →change the working directory intoyours →input Initial jobname: sphere→Run

2 设置计算类型

ANSYS Main Menu: Preferences? →select Structural → OK 3 选择单元类型

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182 →OK (back to Element Types window) →Options? →select K3: Axisymmetric →OK→Close (the Element Type window)

4 定义材料参数

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3 → OK

5 生成几何模型 生成特征点

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) →OK

生成球体截面

ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical→ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In ActiveCoord →依次连接1,2,3,4 点→OK →Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条边→OK →ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian

6 网格划分

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls)lines: Set →拾取两条直边:OK→input NDIV: 10 →Apply→拾取两条曲边:OK→input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape:Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close( the Mesh Toolwindow)

7 模型施加约束

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给水平直边施加约束

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Lines →拾取水平边：Lab2: UY → OK，

给竖直边施加约束

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement Symmetry B.C. →On Lines →拾取竖直边→OK

给内弧施加径向的分布载荷

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取小圆弧；OK →input VALUE:100e6 →OK

8 分析计算

ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close thesolve Current Load Step window) →OK

9 结果显示

ANSYS Main Menu: General Postproc → Plot Results → DeformedShape? → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window) →Contour Plot → Nodal Solu? → select: DOF solution, UX,UY, Def +Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ,Def + Undeformed→OK

10 退出系统

ANSYS Utility Menu: File→ Exit?→ Save Everything→OK

五 实验要求

记录实验过程、完成建模并对实验所得数据进行分析，完成实验报告。

六 注意事项

1.在进行有限元分析时，注意对称性的利用，可以简化分析过程； 2.几何模型的建立与单元属性的设定没有严格意义上的先后顺序之分； 3.比较通过分网创建有限元模型与直接创建有限元模型之间的不同。

七 实验报告

按标准实验报告格式，并包括如下内容： 1. 几何模型的贴图 2. 分析结果的贴图

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实验四 坝体的有限元建模与应力应变分析

一 实验目的

1.熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法； 2.掌握如何利用ANSYS进行有限元建模； 3.掌握如何利用ANSY进行应力应变分析。

二 实验原理

1. 有限元建模的基本原则

建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。

（1） 保证精度原则

① 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。

② 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。

（2） 控制规模原则

模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。

① 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。

② 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。 2. 有限元建模的一般步骤

不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。

3. 形状处理方法

几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。

（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。

（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。

（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。

（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对称分布时，可以只取出结构的一半计算。

4.实验问题描述

计算分析模型如图所示, 习题文件名: dam。

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图5-1 坝体的计算分析模型

三 实验器材

安装有ANSYS 软件的计算机 1台

四 实验步骤

1 进入 ANSYS

程序 →ANSYS →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: dam→Run

2 设置计算类型

ANSYS MainMenu: Preferences →select Structural → OK 3 选择单元类型

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182 →OK (back to Element Types window) →Options? →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window)

4 定义材料参数

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3 → OK

5 生成几何模型 生成特征点

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(1,5),4(0.45,5) →OK

生成坝体截面

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS →依次连接四个特征点，1(0,0),2(10,0),3(1,5),4(0.45,5)→OK

6 网格划分

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls)lines: Set →依次拾取两条横边:OK→input NDIV: 15 →Apply→依次拾取两条纵边:OK →input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas,Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)

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7 模型施加约束

分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On lines →pick the lines →OK →select Lab2:UX, UY →OK

给斜边施加x方向的分布载荷

ANSYS 命令菜单栏: Parameters →Functions →Define/Edit →1) 在下方的下拉列表框内选择x ,作为设置的变量；2) 在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：1000*{X}；3) File>Save(文件扩展名：func) →返回：Parameters→Functions →Read from file：将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads→Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取斜边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷参数名→OK

8 分析计算

ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK

9 结果显示

ANSYS Main Menu: General Postproc → Plot Results → DeformedShape? → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window)→Contour Plot → Nodal Solu? → select: DOF solution, UX,UY, Def +Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ, Def + Undeformed→OK

10 退出系统

ANSYS Utility Menu: File→ Exit?→ Save Everything→OK

五 实验要求

完成坝体的建模和相关应力应变的分析，并对所得数据进行整理分析，完成实验报告。

六 注意事项

1.在进行有限元分析时，注意对称性的利用，可以简化分析过程； 2.几何模型的建立与单元属性的设定没有严格意义上的先后顺序之分； 3.比较通过分网创建有限元模型与直接创建有限元模型之间的不同。

七 实验报告

按标准实验报告格式，并包括如下内容： 1. 几何模型的贴图 2. 分析结果的贴图

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实验五 联轴器的有限元分析实验

一 实验目的

1. 掌握有限元的三维模型建模方法；； 2. 比较不同实体模型分网方法的不同;

3. 比较一维、二维以及三维有限元单元的不同； 4. 掌握三维模型的有限元分析方法

二 实验原理

1. 有限元建模的基本原则

建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。

（1） 保证精度原则

① 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。

② 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。

（2） 控制规模原则

模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。

① 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。

② 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。 2. 有限元建模的一般步骤

不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。

3. 形状处理方法

几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。

（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。

（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。

（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。

（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对称分布时，可以只取出结构的一半计算。

4. 单元类型

单元类型的选择应根据分析类型、形状特征、计算数据特点、精度要求和计算条件等因素综合考虑。在结构分析领域，不同的结构类型需要相应的单元进行离散。因此单元通常是按结构类型进行分类的，即根据结构的特点选择相应单元。

5. 单元特性

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现代有限元仿真技术实验

单元特性定义了单元内部数据，包括材料数据、截面数据等。 （1） 材料特性

材料特性用于定义分析对象的材料在力学、热学等方面的性能，如弹性模量E、泊松比、 密度、导热系数、热膨胀系数等。 （2） 物理特性

物理特性用于定义单元物理参数或辅助几何特征，在ANSYS中称为实常数。 （3） 截面特性

杆、梁这类一维单元需要定义其截面特性。杆件结构只承受拉压，其截面特性只有截面积。梁结构可以承受拉压、弯曲和扭转，其截面特性包括截面积、主惯矩、极惯矩等截面性质。

（4） 单元相关几何数据

某些单元具有一些相关几何数据，以对单元作进一步说明。 6. 网格划分原则 （1） 网格数量

网格数量的多少主要影响以下两个因素。 ① 结果精度

网格数量增加，结果精度一般会随之提高，但当网格数量太大时，数值计算的累积误差反而会降低计算精度。

② 计算规模

网格数量增加，将会增加计算时间。并不是网格分得越多越好，应该考虑网格增加的经济性，在实际计算时应权衡两个因素综合考虑。

（2） 网格疏密

网格疏密是指结构不同部位采用不同大小的网格，又称相对网格密度。应力集中区域采用较密集的网格，而在其它非应力集中区域，则采用较稀疏的网格。采用疏密不同的网格划分，既可保持相当的精度，又可使网格数量减小。

（3） 单元阶次

采用高阶单元可以提高计算精度，但高阶单元的节点较多，使用时也应权衡精度和规 模综合考虑。 （4） 网格质量

网格质量是指网格几何形状的合理性。网格各边和各个内角相差不大，网格表面不过分扭曲，边角点位于边界等分点附近，则这类网格的质量较好。网格划分之后，应进行网格质量检查，并对质量差的网格（特别是重要部位的网格）进行修正。

（5） 网格分界面和分界点

划分网格时，结构中的一些特殊界面和特殊点应划分为网格边界或节点。 7. 网格划分方法 （1） 半自动分网方法

由分析人员确定节点位置和形成单元，分网过程在计算机屏幕上通过人机交互方式进行。在分网时可不必考虑生成顺序，可以任意控制节点位置和单元形状，划分的网格容易满足给定的要求。

（2） 自动分网方法

对于形状复杂的空间曲面或实体，自动分网降低了网格划分难度，大大提高了建模效率。自动分网时需要选择单元类型、网格形状（如三角形或四边形）和单元阶次，并确定网格尺寸，然后选择进行分网的几何模型，之后整个分网过程由计算机自动完成。

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现代有限元仿真技术实验

8. 边界条件的建立

分析结构与其它结构或外界的关系用载荷、位移约束等边界条件来定义。边界条件的类型很多，不同分析问题需要定义相应的边界条件。在结构分析中，边界条件主要包括位移约束和载荷条件，载荷条件包括：集中载荷、分布载荷、体积力及温度载荷。

问题描述

联轴器底面四周边界不能发生上下运动，底面两个圆周上不能发生任何方向的运动。 在小轴孔孔面上分布有1e6Pa的压力，在大轴孔孔台上分布有1e7Pa的压力，在大轴孔键槽一侧受到1e5Pa的压力。

三 实验器材

装有ANSYS软件的计算机 1台

四 实验步骤

1. 建立工作文件名和工作标题 （1） 定义工作文件名

Utility Menu>File>Change Jobname，出现Change Jobname对话框。在【Enter new jobname】栏中输入工作文件名，【New log and error files】复选框打勾，单击OK退出对话框。

（2） 定义工作标题

Utility Menu>File>Change Title，输入工作标题，单击OK退出。 2. 定义单元类型 （1） 定义单元类型

Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 出现Element Type 对话框，单击Add按钮，在Library of Element Types列表框中选择Structural Solid和Tet 10Node 92，在Element type reference number输入栏中输入1，单击OK退出该对话框。单击Close退出

Element Types对话框。 （2） 定义实常数

本实验中所用的十节点四面体实体结构单元Tet 10Node187单元不需要设置实常数。 3. 定义材料属性参数

Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modals，出现Define Material Model Behavior对话框。在Material Models Available一栏中依次双击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选择，在弹出的对话框的EX输入栏中输入弹性模量2.06e11，在PRXY输入栏中输入泊松比0.3，单击OK退出当前对话框，再关闭Define Material Model Behavior对话框。

4. 建立联轴器的三维实体模型 （1） 创建圆柱体

从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Modeling>Create>Cylinder>Solid Cylinder。在打开的创建柱体对话框中，依次输入“0，0，5，10”，如图所示，点击Apply，生成一个圆柱体，然后再依次输入“12，0，3，4”，点击OK生成一个圆柱体。最后生成的两个圆柱体如下图所示。

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（2） 建立与两圆柱面相切的四个关键点 ① 创建两个局部坐标系。

从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Lacal CS>At Specifield Loc，在打开的创建坐标系对话框中，输入如左图所示的“0，0，0”坐标，单击OK，得到Create Local CS At Specifield Location对话框，在Ref number of new coord sys中输入11，在Type of coordinate system中选择Cylindrical 1，在Orign of coord system文本框中分别输入“0，0，0”，如下图所示，点击OK。

② 仿照前一步，创建编号为12，在总体坐标系中坐标为“12，0，0”的局部坐标系。（即将上一步中的11换成12，“0，0，0”换成“12，0，0”。）

③ 建立四个关键点

激活11号局部坐标系：从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane>Change Active CS to>Specified Coord sys ，在弹出的对话框中输入11，单击OK。

在激活的坐标系中创建关键点：从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Modeling> Create>Keypoints>In Active CS，在弹出的的对话框中照下图所示分别输入“110”、“5，80.83，0”，单击Apply。然后再分别输入“120”，“5，-80.83，0”，单击OK。

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仿照上两步，首先激活12号局部坐标系，然后在激活的坐标系中创建标号为130，140，当前激活的坐标系下坐标分别为：“3，-80.83，0”、“3，80.83，0”的两个关键点。结果如下图所示。

（3） 生成与圆柱底相交的面

① 将坐标系转到全局直角坐标系下：从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane>Change Active CS to>Global Cartesian。

② 用四个相切点创建四条直线：从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Modeling> Create>Lines>Lines>Strainght lines。在弹出的对话框中输入“110，120”，单击Apply，照此方法，依次输入“120，130”、“130，140”、“140，110”，使其连成四条直线。

③ 创建一个四边形面：从主菜单中选择

Main Menu：

Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By lines。依次拾取刚刚建立的四条直线，点

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击OK。生成的四边形面如下图所示。

（4） 沿面的法向拖拉面形成一个四棱柱

从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>Along Normal。在图形窗口拾取四边形，单击OK，这时打开创建体对话框，照下图输入拖拉厚度，单击OK，形成图形如图所示。

（5） 形成轴孔

① 偏移工作平面：从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane>Change Active CS to>XYZ Locations。在弹出对话框的Global Cartesion文本框中输入“0，0，8.5”，点击OK。

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②

创建圆柱体：从主菜单中选择

Main

Menu：

Preprocessor>Modeling>Create>Cylinder>Solid Cylinder。在创建圆柱体对话框中，输入“0，0，3.5，1.5”，点击Apply，再输入“0，0，2.5，-8.5”，点击OK，生成的两个圆柱体如上图所示。

③ 偏移工作平面：从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane>Change Active CS to>XYZ Locations。在弹出对话框的Global Cartesion文本框中输入“12，0，0”，点击OK。

④ 创建另一个圆柱体：从主菜单中选择0，2，4”，点击OK。

⑤ 从连轴体中“减”去圆柱体形成轴孔：从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volumes。在图形窗口中拾取连轴体及大小两个圆柱体，作为布尔“减”操作的母体，如下第一幅图所示，单击Apply，接着在图形窗口中拾取刚刚建立的三个圆柱体作为“减”去的对象，如下第二幅图所示，单击OK，所得结果见下第三幅图所示。

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Main Menu：

Preprocessor>Modeling>Create>Cylinder>Solid Cylinder。在创建圆柱体对话框中，输入“0，

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（6） 创建键槽

① 偏移工作平面：从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane>Change Active CS to>XYZ Locations。在弹出对话框的Global Cartesion文本框中输入“0，0，0”，点击OK。

② 生成长方体：从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Modeling>Create>Block>By Dimensions。照下一图所示输入尺寸。单击OK，得到如下二图所示的图形。

③ 从连轴体中“减”去长方体：从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Modeling> Operate>Booleans>Subtract>Volumes。在图形窗口中拾取大圆柱体，作为布尔“减”操作的母体，单击Apply，然后拾取刚刚建立的长方形作为“减”去的对象，单击OK。从实用菜单中选择Utility Menu：Plot>Replot，重画图形。

最后得到的几何图形如下图所示。

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点击工具条上的SAVE_DB或者按钮，保存数据。 5. 划分网格

（1） 从主菜单中选择Main Menu：Preprocessor>Meshing>Mesh Tool命令，打开Mesh Tool（网格工具）。

（2） 单击Line域Set按钮，打开线选择对话框，要求选择定义单元划分数的线。选择大轴孔圆周以及键槽纵向的线，如下图所示单击OK。

（3） ANSYS会提示线划分控制信息，在No.of element divisions 文本框中输入10，单击OK。

（4） 在对话框中，选择Mesh域中的Volumes，单击Mesh，打开体选择对话框，要求选择要划分数的体。单击Pick All按钮。系统会自动控制生成网格。

6. 定义边界条件并求解 （1） 基座底部施加位移约束

① 从主菜单中选择Main Menu：Solution>Loads>Apply>Structural>Displacement>on Lines。拾取基座底面的所有外边线，单击OK。然后在弹出的对话框中选择UZ作为约束自由度，单击OK。

② 从主菜单中选择Main Menu：Solution>Loads>Apply>Structural>Displacement>on Lines。拾取基座底面的两个外圆周轮廓线，单击OK，然后选择ALL DOF作为约束自由度，单击OK。结果如下图所示。

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（2） 在小轴孔圆周面上、大轴孔轴台上和键槽的一侧施加压力载荷

① 从主菜单中选择Main Menu：Solution>Loads>Apply>Structural>Pressure>on Areas。然后选择小轴孔的内圆周面，单击OK，弹出Apply PRES on areas对话框，在Load PRES value文本框中输入1e6，单击OK。

② 用同样的方法在大轴孔轴台上和键槽的一侧分别施加大小为1e7和1e5压力载荷。 从应用菜单中选择Utility Menu：Plot>Areas，显示平面。结果如下第四幅图所示。保存数据库。

（3） 进行求解

从主菜单中选择Main Menu：Solution>Solve>Current LS命令，打开一个确认对话框和状态列表，要求查看列出的求解选项。查看无误后，单击OK，开始求解。待求解完成，单击OK，关闭提示求解结束对话框。保存数据。

7. 查看结果 （1） 查看变形

三维实体需要查看三个方向的位移和总的位移。

① 从主菜单中选择Main Menu：General Postproc>Plot Result>Contour>Nodal Solu命令，打开Contour Nodal Solution Data（等值线显示节点解数据）对话框。在对话框中选择DOF solution（自由度解）选项，在展开项中选择X-Component of displacement选项，在下边的第一个下拉列表中选择Deformed shape with undeformed edge（变形后和未变形轮廓线），如

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现代有限元仿真技术实验

下图所示。然后单击OK，在图形窗口汇总得到显示出变形前轮廓线的变形图。

② 用同样的方法查看Y方向、Z方向以及总的（Displacement vector sum）位移。 （2） 查看应力

① 从主菜单中选择Main Menu：General Postproc>Plot Result>Contour>Nodal Solu命令，打开Contour Nodal Solution Data对话框。单击Stress（应力）选项，然后在展开项中选择X-Component of strees选项，然后在下方的第一个下拉列表中选择Deformed shape only（仅显示变形后模型），单击OK，得到X方向（径向）应力分布图。

② 用同样的方法查看Y方向、Z方向的应力以及von Mises（von Mises stress选项）等效应力分布图。

（3） 应力动画

从应用菜单中选择Utility Menu：PlotCtrls>Animate>Defoumed Results。在弹出对话框中选择stress，选择von Mises，如下左图所示，单击OK。出现动画的控制框，如下右图所示，可以控制动画的运行。

五 实验要求

对比分析结果与实际情况，得出相应结论。

六 注意事项

1. 在进行有限元分析时，要注意工作文件名与工作标题名的易辨认性，这样可以避免在繁多的文件中到不到所需文件的尴尬；

2. ANSYS中没有“撤销”步选项，所以在进行有限元建模过程中，要养成分步保存数据的习惯；

3. 简单模型在ANSYS中建模，复杂模型用其他专业建模软件建模，可以提高建模效率。

七 实验报告

按标准实验报告格式，并包括如下内容： 1. 几何模型的贴图 2. 分析结果的贴图

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实验六 轴承座的有限元建模与分析

一 实验目的

1.熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法； 2.掌握如何利用ANSYS建立复杂实体模型； 3.掌握如何利用ANSYS分析复杂模型应力分析。

二 实验原理

应力分析，分析和求解机械零件和构件等物体内各点的应力和应力分布的方法。应力分析主要用于确定与机械零件和构件失效有关的危险点的应力集中、应变集中部位的峰值应力和应变。

机械零件和构件的应力分布和大小与其承受的载荷和温度有关，也与零件的形状、尺寸和材料性质等有关。应力分析的方法主要有解析法、数值法和实验法。对于结构型式比较复杂的机械零件和构件进行应力分析时，往往采用计算与实验相结合的方法，以便相互验证，提高应力分析的可靠性和有效性。

数值法求问题离散点函数值数值解的方法。在应力分析中，求解基本方程的数值法主要包括有限差分法和有限元法等。有限差分法是把基本方程和边界条件转化为有限差分方程，就是把力学问题归结为解联立代数方程组，然后运用电子计算机进行运算，并且通过调节步长的大小以提高解的精度。有限元法是把连续体离散为有限单元的数值解法。有限元法比有限差分法具有更大的灵活性和通用性，对复杂的几何形状、任意的边界条件、不均匀的材料，各种载荷分布和各种类型的结构，如杆、板、壳和块体等都能灵活地加以考虑，应用电子计算机进行运算。在求解无限域、应力集中和有关断裂力学等方面的问题中，还可用边界元法。

PSI英文全称为Pounds per square inch。P是指磅pound，S是指平方square，I是指英寸inch。美国习惯使用psi作单位。把所有的单位换成公制单位就可以算出：1bar≈14.5psi

一般在国内的各种标准压力表以及通用的压力现实装置均有MPA和PSI两种标识。 1psi=6.895KPa=0.0689476bar =0.006895MPa 问题描述：

三 实验器材

安装有ANSYS 软件的计算机 1台

四 实验步骤

1. 创建基座模型 生成长方体

Main Menu：Preprocessor>Create>Block>By Dimensions 输入x1=0,x2=3,y1=0,y2=1,z1=0,z2=3 平移并旋转工作平面

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现代有限元仿真技术实验

Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments X,Y,Z Offsets 输入2.25,1.25,.75 点击Apply XY，YZ，ZX Angles输入0，－90 点击OK。 创建圆柱体

Main Menu：Preprocessor>Create>Cylinder> Solid Cylinder Radius输入0.75/2, Depth输入－1.5,点击OK。

拷贝生成另一个圆柱体

Main Menu：Preprocessor>Copy>Volume拾取圆柱体,点击Apply, DZ输入1.5 然后点击OK

从长方体中减去两个圆柱体

Main Menu：Preprocessor>Operate>Subtract Volumes 首先拾取被减的长方体，点击Apply,然后拾取减去的两个圆柱体，点击OK。

使工作平面与总体笛卡尔坐标系一致

Utility Menu>WorkPlane>Align WP with> Global Cartesian

2. 创建支撑部分Utility Menu: WorkPlane -> Display Working Plane (toggle on) Main Menu: Preprocessor -> -Modeling-Create -> -Volumes-Block -> By 2 corners & Z 在创建实体块的参数表中输入下列数值:

WP X = 0 WPY = 1 Width = 1.5 Height = 1.75 Depth = 0.75 OK Toolbar: SAVE_DB

3. 偏移工作平面到轴瓦支架的前表面

Utility Menu: WorkPlane -> Offset WP to -> Keypoints + a. 在刚刚创建的实体块的左上角拾取关键点 b. OK

Toolbar: SAVE_DB

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现代有限元仿真技术实验

4．创建轴瓦支架的上部

Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Create -> Volumes-Cylinder -> Partial Cylinder + a. 在创建圆柱的参数表中输入下列参数:

WP X = 0 WP Y = 0 Rad-1 = 0 Theta-1 = 0 Rad-2 = 1.5 Theta-2 = 90 Depth = -0.75 b. OK

Toolbar: SAVE_DB

5. 在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作生成轴孔做准备

Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Create -> Volume-Cylinder -> Solid Cylinder + a.) 输入下列参数:

WP X = 0 WPY = 0 Radius = 1 Depth = -0.1875 b.) 拾取Apply c.) 输入下列参数:

WP X = 0 WPY = 0 Radius = 0.85 Depth = -2 d.) 拾取 OK

6．从轴瓦支架“减”去圆柱体形成轴孔.Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Operate -> Subtract -> Volumes +

a. 拾取构成轴瓦支架的两个体，作为布尔“减”操作的母体。单击Apply b. 拾取大圆柱作为“减”去的对象。单击Apply c. 拾取步a中的两个体，单击Apply d. 拾取小圆柱体，单击OK Toolbar: SAVE_DB 合并重合的关键点：

–Main Menu > Preprocessor > Numbering Ctrls > Merge Items ? 将 Label 设置为“Keypoints”, 单击[OK] 7. 创建一个关键点

在底座的上部前面边缘线的中点建立一个关键点:

–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > Keypoints > KP between KPs + ?拾取如图的两个关键点,单击[OK] ?RATI = 0.5,单击[OK]

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8. 创建一个三角面并形成三棱柱–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create >-Areas- Arbitrary > Through KPs +

a. 拾取轴承孔座与整个基座的交点。 b. 拾取轴承孔上下两个体的交点

c. 拾取基座上上步建立的关键点，单击OK完成了三角形侧面的建模。 d． 沿面的法向拖拉三角面形成一个三棱柱。

–Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Extrude > -Areas- Along Normal + ?拾取三角面, 单击[OK]

5. 输入DIST = -0.15，厚度的方向是向轴承孔中心, 单击[OK] Toolbar: SAVE_DB

9. 关闭 working plane display.

Utility Menu: WorkPlane -> DisplayWorking Plane (toggle off)

10．沿坐标平面镜射生成整个模型.Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Reflect ->Volumes +

a. 拾取All

b. 拾取“Y-Z plane，单击OK Toolbar: SAVE_DB

11. 粘接所有体.Main Menu: Preprocessor -> Modeling-Operate -> Booleans-Glue -> Volumes+

拾取All

Toolbar: SAVE_DB

12．定义单元类型1为10-节点四面体实体结构单元(SOLID92)Main Menu: Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete ... a. Add

b. 选择Structural-Solid, 并下拉菜单选择“Tet 10Node 187”单击OK c. Close

13 定义材料特性.Main Menu: Preprocessor -> Material Props -> Constant-Isotropic... a. OK (将材料号设定为1)

b. 在“Young’s Modulus EX” 下输入：30e6 单击OK。 Toolbar: SAVE_DB

14. 用网格划分器MeshTool将几何模型划分单元.Main Menu: Preprocessor -> MeshTool...

a．将智能网格划分器（ Smart Sizing ）设定为“on” b. 将滑动码设置为“8” (可选: 如

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现代有限元仿真技术实验

果你的机器速度很快，可将其设置为“7”或更小值来获得更密的网格) c. 确认MeshTool的各项为: Volumes, Tet, Free d. MESH e. Pick All

说明: 如果在网格划分过程中出现任何信息，拾取“OK” 或 “Close”。划分网格时网 格密度可由滑动码控制，滑动码的调节范围从0-10，当数值较大时网格稀疏，反之，网格

加密。

f. 关闭MeshTool Toolbar: SAVE_DB 15. 约束四个安装孔

Main Menu: Solution -> Loads-Apply -> Structural-Displacement ->Symmetry B.C.-On Areas +

a. 绘出Areas (Utility Menu: Plot-> Areas)

b. 拾取四个安装孔的8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。

16． 整个基座的底部施加位移约束(UY=0)Main Menu: Solution -> Loads-Apply -> Structural-Displacement -> on Lines +

a. 拾取基座底面的所有外边界线，picking menu 中的“count” 应等于 6，单击OK。 b. 选择UY 作为约束自由度，单击OK

17. 在轴承孔圆周上施加推力载荷Main Menu: Solution -> Loads-Apply -> Structural-Pressure -> On Areas + a. 拾取轴承孔上宽度为.15”的所有面 b. OK

c. 输入面上的压力值“1000 ”，单击Apply

d． Utility Menu: PlotCtrls -> Symbols ?5． 用箭头显示压力值， (“Show pres and convect as”)，单击OK

18. 在轴承孔的下半部分施加径向压力载荷，这个载荷是由于受重载的轴承受到支撑作用而产生的。

While still in -> Loads>Apply -> Structural-Pressure -> On Areas + a. 拾取宽度为.1875” 的下面两个圆柱面 b. OK

c. 输入压力值5000 d. OK

Toolbar: SAVE_DB

19. 求解.Main Menu: Solution -> Solve-Current LS a. 浏览status window 中出现的信息, 然后关闭此窗口。 b. OK (开始求解). 关闭由于单元形状检查而出现的警告信息。 c. 求解结束后，关闭信息窗口。

20. 绘等效应力(von Mises) 图.Main Menu: General Postproc -> Plot Results -> Contour Plot-Nodal Solu

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现代有限元仿真技术实验

a. 选择stress b. 选择von Mises c. OK

21. 应力动画Utility Menu: PlotCtrls -> Animate -> Deformed Results ... a. 选择stress b. 选择von Mises c. OK

播放变形动画, 拾取MediaPlayer 的“>” 键。 22. Exit.Toolbar: QUIT a. Save Everything b. OK

五 实验要求

对比分析结果与实际情况，得出相应结论。

六 注意事项

1. 在进行有限元分析时，要注意工作文件名与工作标题名的易辨认性，这样可以避免在繁多的文件中到不到所需文件的尴尬；

2. ANSYS中没有“撤销”步选项，所以在进行有限元建模过程中，要养成分步保存数据的习惯；

3. 简单模型在ANSYS中建模，复杂模型用其他专业建模软件建模，可以提高建模效率。

七 实验报告

按标准实验报告格式，并包括如下内容： 1. 几何模型的贴图 2. 分析结果的贴图

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实验七 流体分析

一 实验目的

1．熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法； 2．掌握如何利用ANSYS进行流体分析；

二 实验原理

问题描述

该算例是一个二维的导流管分析，先分析一个雷诺数为400 的层流情况，然后改变流场参数再重新分析，最后再扩大分析

分析方法及假定

用FLUID141 单元来作二维分析，本算例作了如下三个分析： ·雷诺数为400 的假想流的层流分析

·降低流体粘性后（即增大雷诺数）的假想流的层流分析 ·雷诺数约为260000 的空气流的湍流分析

分析时假定进口速度均匀，并且垂直于进口流场方向上的流体速度为零。在所有壁面上施加无滑移边界条件（即所有速度分量都为零）；假定流体不可压缩，并且其性质为恒值，在这种情况下，压力就可只考虑相对值，因此在出口处施加的压力边界条件是相对压力为零。第一次分析时，流场为层流，着可以通过雷诺数来判定，其公式如下：

第二次分析时，将流体粘性降低到原来的十分之一（雷诺数相应增大）后再在第一次分析的基础上重启动分析对于内流来说，当雷诺数达到2000至3000 时，流场即由层流过渡到湍流，故第三次分析（空气流，雷诺数约为260000）时，流场是湍流。对于湍流分析，上图所示的导流管的后端应加长，以使流场能得到充分发展。此时，应在该次求解之前改变ANSYS的工作名以防止程序在上一次分析结果的基础上作重启动分析。

几何尺寸及流体性质: 进口段长度4 m 进口段高度1 m 过渡段长度2 m 出口段高度2.5 m

层流分析时出口段长度6 m 湍流分析时出口段长度12 m 假设流体密度1 Kg/m3

假设流体粘性第一次分析0.01Kg/m-s；第二次分析0.001 Kg/m-s 空气密度1.205 Kg/m3

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/x2sf.html