有限元分析基础操作(ANSYS)
关于ANSYS有限元分析基础操作及两个简单实例
后续希望自己可以试试用编程的方法(如命令流等)来解决有限元相关的一系列问题,感受一下工科编程的难度
所以在csdn上写了一笔(就当立一个flag吧~)
有限元分析基础操作(ANSYS)
写下这篇文章的目的其实是在前段时间做(车辆辅修)有限元作业时,使用的有限元分析软件ANSYS难搜索到教程,幸好有老师的录屏才得以顺利完成实验。因此对作业过程做一个记录。
其实任何一门学科在上机实战过程中都会觉得软件好难之类的,然鹅往往自己动手操作学会了一些基础上机步骤以后,才发现学科的核心知识更难。
不说了~上一下整理内容:
目录
- 有限元分析基础操作(ANSYS)
- 一 ANSYS安装/卸载/初始化
- 二 平面问题的有限元解法——带孔薄板
- 三 板壳问题的有限元解法——槽型悬臂梁
- 总结
一 ANSYS安装/卸载/初始化
这里我想强调一下,因为吃过亏。
ANSYSY软件分为现在的APDL版本(经典版)和Workbench(新版)两种,我的操作过程都是在APDL里完成的,然而现在B站等教程往往是用的新版,界面要美观很多。在安装完成后,开始菜单栏里两个版本都有。可以选择自己熟悉的版本。 ANSYSAPDL界面还很原始,除了GUI界面外还有一个DOS窗口,使用中一定不要关闭。除此之外,每次使用之前最好指定一下文件夹(工作空间),否则会默认使用上次的工作空间发生闪退现象,如果实在不行重启一下电脑再开也可以解决。
指明工作空间,用Product Lanucher,命名后Run就可。
需要注意的是,APDL没有撤销(或者默认么有激活撤销!),注意随时保存!
关于卸载过程,仅仅Uninstall是卸载不干净的!再次安装会很麻烦。一定要在卸载之后去清注册表,和安装目录下的垃圾文件。
二 平面问题的有限元解法——带孔薄板
题目要求如下:
一方板,边长为140mm,板厚10mm,板中心孔直径为20mm,两端受均匀拉伸分布力1E10Pa,材料弹性模量为2E11Pa,泊松比为0.3.如图所示,计算结构应力和变形。
分析:由于板厚只有10mm,中间有个圆孔,且关于板的中心前后对称,没有面内力,因此使用平面应力问题进行计算。
上下左右皆对称,受力集中于板两端,可以简化为1/4结构。取出来进行有限元分析计算。
- 建立几何模型,在前处理模块下,Preprocesser->Modeling->Creat画一个方形和圆形,再通过布尔运算,Operate->Boolean->Substract减去这个孔。
- 定义单元类型。ElementType->Add,添加PLANT 183号单元,再在options里修改为带板厚。
- 定义其他参数,板厚(Real Constants->Add)和泊松比(Material Props->Material Models)。
- 开始划分网格,采用Meshing->Mesh Tool。包括定义单元的尺寸类型,Global Size,这里根据实际问题用的撒种子的方法。
可以用refine调整细节处,如孔洞周围,分成更细小的网格。 - 施加边界条件
静力学问题,Solution->AnalysisType->NewAnalysis->Static.
位移约束,DefineLoads->Apply->Displacement->online。左侧边需要约束x方向位移,下侧边需要约束y方向位移。
压力,DefineLoads->Apply->Pressure->online,右侧边需要施加一个拉力,注意压力为+拉力为﹣。 - 求解计算。Solution->Slove->Current LS.
- 查看分析结果。
变形情况,GeneralPostproc->PlotResults->DeformedShape
应力和应变云图,PlotResults->ContourPlot->ElementSolu->Strss/Strain
下图为应力云图。
三 板壳问题的有限元解法——槽型悬臂梁
题目要求如下:
横截面为槽形的悬臂梁如图1所示,梁长1.,板厚5mm,其弹性模量为E=2.1e11N/m2,集中载荷的分布长度为500mm,集度为q=1e4N/m2,集中载荷为p=2000N(作用点在上缘中点处),试计算结构的变形与应力。
分析:同样,因为板厚相对整个模型来说可以忽略,所以简化为一个板壳问题。其实ANSYS提供了标准的一些截面悬臂梁(比如工字梁等,以及下面内个就是我按照B站教程来做的),同样题目给的形状也可以自己画。
参考的一位B站上的up主(链接放下面):
link.
接下来就是一些参照老师录屏写的步骤,这里就记录一些重要内容:
- 建立几何模型。建一个U型截面。
可以先建一个矩形截面,再把多余的面、线删去。
然后再在画5个1m外的关键点。
再将画好的关键点连成线,然后拉伸一下(Operate->Extrude->Lines->Along Lines)这样就建立了一个长度为1m的悬臂梁。
然后再接再厉,画一个拐子,通过copy点(沿x轴0.5m,沿z轴﹣0.08m)
再接着画线,给连上,
再沿着画好的线、面拉伸,就得到了拐(雏形)。
然后做一个几何清理(NumberingCtrls->MergeItems),才算完成。
所以……可见这个几何体是真的难画!!没有老师给的录屏我根本束手无策…… - 建好几何模型后,就赋予单元属性,划分网格单元,施加约束条件,进行受力分析。过程和上面那个例子是一样的,非常流畅的做出来:
板壳问题——SHELL281单元
别的都差不多。
下图为应力/应变云图。
从这个方向看变形挺明显的~
以及,查看节点的应力/应变、位移情况(QueryResults->SubgridSolu)
以及,过滤掉应力大/小的部分,显示自己感兴趣的部位——下图为0~1e5(PlotCtrls->Stytle->Contours->UniformConturs)
总结
ANSYS在有限元中的基本操作就是上面那些了,和所学的有限元分析方法一样,只是借助计算机实现了庞大的计算。
当然有限元方法还可以应用在更广泛的领域里,我也不是工科专业的。但是我觉得,从软件本身来看,ANSYS这个软件更新了我对现代软件的认知:一方面,专业的软件不仅有日进完善的友好GUI界面,还保留着能够实现DOS命令流窗体,以面向不同的用户群体;另一方面,软件的优化更新维护升级一定是必要的,否则一个普通软件的卸载还需要用户自己清理注册表,还需要借助激活操作获得诸如撤销的基本功能,这真的是难以想象。
以及,写在最后的话其实说实话在IT社区CSDN上发ANSYS的操作实例,就好像坐在星巴克里用ThinkPad一样充满违和(题外话:怕审核不过把图片都删掉了呜呜呜 其实我原本图文并茂很舒服的)~
但是对无意中发现它的人,希望可以帮到你的忙。
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