第讲应力分析整理.ppt

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1、应力分析 第三讲 A 2003年5月 应力分析概述 应力分析它是用来描述结果中含有应力和应变的通用选项 在结构分析中是经常用到的 如第二章所讲的一样 ANSYS允许以下几种形式的应力分析 静力瞬态动力模态频谱谐响应显式动力学在本章中 我们将用一个线性的静力问题来演示其分析步骤 掌握了这些步骤 您将很快学会其它的分析 2003年5月 应力分析 概述 主题包括 A 分析步骤B 建模C 剖分网格D 加载E 求解F 校核结果G 检查求解的有效性H 练习 2003年5月 应力分析A 分析步骤 每一个分析包括三个主要步骤 前处理创建或输入几何模型对几何模型剖分网格求解施加荷载求解后处理检查结果检查求解的有

2、效性 2003年5月 应力分析 分析步骤 注意到ANSYS的主菜单也是按前处理 求解和后处理 2003年5月 应力分析 分析步骤 前处理 在ANSYS中称PREP7 是您的主要输入窗口 它的主要用途是生成有限元模型 它包括主要的节点 单元和材料特性 您也可以用PREP7来加载 通常从有限元模型开始 用一个实体模型来代表几何模型 用一个CAD模式的数学模型代替结构的几何有限元模型 作为模型 可能只包含实体或面 2003年5月 一个典型的实体模型是有体 面 线和点定义而成的 体是由面围成的 它们代表三维实体 面是由线围成的 它们代表实体的表面也可以是平面或三维面 线是由关键点连接而成的 它们代表物

3、体的边 关键点位于三维空间中 它们代表物体的角点 应力分析 前处理B 几何模型 2003年5月 应力分析 前处理 几何模型 实体模型中图元有一个层次关系 关键点是最低阶的图元 线在关键点上 面在线之上 体在面之上 无论实体是怎样建立的 这种层次总是成立的 ANSYS不允许您将连接在高阶图元上的低阶图元修改或删除 某些类型的修改是允许的 后面讨论 2003年5月 应力分析 前处理 几何模型 您可以在ANSYS中创建实体模型也可以从其它软件中输入 两种方式的详细内容将在后面讲解 现在 我们将简要的讨论如何读取一个IGES文件以及在需要的情况下改变几何模型的比例 IGES InitialGraphi

4、csExchangeSpecification 是一种将实体模型从一种软件包输入到另一种软件包的途径 一个IGES文件是由ASCII码写成的 可以在计算机系统中任意转换 大多数软件包 包括ANSYS 允许您读取IGES文件 2003年5月 应力分析 前处理 几何模型 读入IGES模型 UtilityMenu File Import IGES 在这个合成对话框中 选择Nodefeaturing 缺省 然后按OK 接受其它所有选项 在第二个对话框中 选择想要的文件然后按OK 或用IGESIN命令 aux15ioptn iges nodefeatigesin filename extension d

5、irectoryfinish 有关NoDefeaturingvs Defeaturing方法以及其他选项将在以后讲解 2003年5月 应力分析 前处理 几何模型 当输入完成时 ANSYS将自动画出几何模型 您可以根据需要修改模型 ANSYS允许许多对实体模型的操作 这将在以后讲到 现在 我们将讨论如何在不同单位制之间进行缩放 注意 若在IGES输入中采用 Defeature Scaling 将不可用 2003年5月 应力分析 前处理 几何模型 当您需要对几何模型进行单位转换时 比例缩放是很有用处的 比如从英尺转换为毫米时 在ANSYS中缩放模型 首先保存数据库 Toolbar SAVE DB或

6、SAVE命令 接着MainMenu Preprocessor Operate Scale Volumes 在模型中选择可能的高级图元 PickAll 拾取所有的体再输入沿RX RY RZ方向的比例因子然后设置IMOVE为 Moved 而取代f Copied 或用VLSCALE命令 vlscale all 25 4 25 4 25 4 1 2003年5月 应力分析 前处理 几何模型 Demo 读入pipe igs NoDefeaturing 的方法其它所有缺省设置模型显示如图保存pipe db 2003年5月 应力分析 前处理 几何模型 前处理几何模型剖分网格求解加载求解后处理检查结果检查求解的

7、有效性 2003年5月 应力分析 前处理C 剖分网格 剖分网格是将实体模型用节点和单元填充 创建FEA模型 您需要节点和单元来求有限元的解 而不是用实体模型 实体模型不参加有限元的求解 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 剖分网格有三步 定义单元属性设置剖分控制选项进行剖分单元属性是在剖分网格之前您必须建立的有限单元的特征 它们包括 单元类型实常数材料特性 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 单元类型单元类型是一个很重要的选项因为它决定了以下的单元特性 自由度 DOF 的设置 例如 一种热单元类型 有一个自由度 TEMP 然而一个结构单元类型可能有六个自由度 UX UY UZ

8、ROTX ROTY ROTZ 单元形状 八面体 四面体 四边形 三角形 etc 维数 2 D X Y平面 或3 D 假设位移形函数 线性vs 二次 您可以从ANSYS的包含有超过150种的单元类型的单元库中选取单元 如何正确选取单元类型的详细内容将在后面讨论 现在 让我们看看怎样定义单元类型 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 定义单元类型 Preprocessor ElementType Add Edit Delete Add 增加新的单元类型选择您需要的类型 例如SOLID92 然后按OK Options 定义其它的单元选项或用ET命令 et 1 solid92 2003年5月 应

9、力分析 前处理 剖分网格 注意 设置您所需的选项 MainMenu Preferences 将只显示该选项的有效单元类型 您应在前处理阶段开始时定义单元类型 因为基于当前设置的DOF在GUI中的许多菜单选项将被过滤掉 例如 如果您选择一个结构单元类型 热荷载选项将被过滤掉 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 实常数实常数是来定义不能被单元几何模型所完全描述的几何特性 例如 一个梁单元是用连接两个节点的线来定义的 这只定义了梁的长度 要定义梁的截面特性诸如面积和惯矩 您将需要定义实常数 一个壳单元是有一个四边形或三角形所围成的面来定义的 这只许定义壳的表面积 如要定义壳的厚度 您需要用到

10、实常数 大多数3 D实体单元不需要实常数 因为单元几何特性已经由其节点完全定义了 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 定义实常数 Preprocessor RealConstants Add 增加一个新的实常数如果定义了多种单元类型 须对不同的单元类型分别定义相应的实常数 然后键入实常数的值 或用R命令系列 不同的单元类型需要不同的实常数 有些不需要实常数 在在线帮助中查找单元手册获取详细信息 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 材料特性每种分析均需要输入一些材料特性 结构单元的杨氏模量EX 热单元的热传导系数KXX等 有两种方式来定义材料特性 材料库自定义特性 2003年5月

11、 应力分析 前处理 剖分网格 利用材料库这种方式允许您选择一种预先定义好的材料 ANSYS提供了一些常用典型的结构和热的材料 线性 但是我们建议您创建自己的材料库 从库中选择材料 首先定义材料库的路径 Preprocessor MaterialProps MaterialLibrary LibraryPath输入路径以从中读取材料信息 ansys57 matlib 或用 MPLIB命令 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 然后从库中输入材料类型 Preprocessor MaterialLibrary ImportLibrary选择单位制 这将不能进行单位之间的转换 选择想要的材料文件

12、 如钢材AISIC1020 或用MPREAD命令中的LIB选项 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 自定义材料特性不用选择材料名 直接通过材料模式的GUI指定所需的特性 自定义特性 Preprocessor MaterialProps MaterialModels双击相应的材料特性以进行定义 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 通过树状图来定义材料类型 然后键入自定义的特征值 或用MP命令 mp ex 1 30e6mp prxy 1 3 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 增加温度特性 绘出温度特性曲线 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 将材料模型从一个表中复

13、制到另一个表中 删除材料模型 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 单位的注意事项您不需要提示ANSYS正在使用的单位体系 只要确定您所采用的单位 并且保证输入数据的单位是一致的 例如 如果几何模型的单位是英寸 并且保证其它的输入数据 材料特性 实常数 荷载等 是以英寸为单位的 ANSYS不能进行单位转换 它只接受数据而不检验单位制是否正确 命令 UNITS允许您定义单位制 但它只是一个记录 目的让其它用户知道你建模所采用的单位 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 设置网格密度是剖分网格的第二步 在ANSYS中有几种控制网格密度的方式 下面 我们将提供一个简单的定义网格剖分密度的

14、方法 称为智能网格 智能网格是一种基于线的长度 曲率 与孔的接近程度等自动对模型的所有线段进行划分的一种算法 您只要将滚动条设置在1 最密的网格 到10 最粗的网格 之间 其余工作由ANSYS来做 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 MeshTool是控制网格密度的最好的途径 Preprocessor MeshTool 智能网格剖分 缺省值为6 执行剖分是剖分网格的最后一步 首先保存数据库 然后按 Mesh 键 这会产生一个拾取操作 按 PickAll 选取所有图元 2003年5月 应力分析 前处理 剖分网格 当网格划分完成之后 ANSYS将自动显示单元 单元绘图的缺省设置使用直线显式

15、单元的边界 即使是二次单元类型也是这样 如果想显示单元的曲边 键入 EFACET 2 或UtilityMenu PlotCtrls SizeandShape 2003年5月 应力分析 前处理 网格划分 Demo 恢复pipe db 如果需要 定义单元类型为SHELL63定义实常数厚度 1 8in用材料模式的GUI来定义Material1 结构 线性 弹性 各向同性杨氏模量EX 30e6泊松比PRXY 3保存pipe db 然后用SMRT 4来模型划分网格保存pipemesh db 2003年5月 应力分析 前处理 划分网格 前处理几何模型划分网格求解加载求解后处理检查结果检查求解的有效性 20

16、03年5月 应力分析 求解D 加载 求解是要我们在物体上施加荷载让求解器计算有限元结果 加载既可在求解菜单也可以在前处理菜单 2003年5月 应力分析 求解 加载 有五种荷载类型 DOF约束定义DOF的值 例如在应力分析中的位移或在热分析中的温度位移 集中载荷点荷载 例如集中力或热流速率 面荷载由面承担的荷载 例如压力或对流 体或场荷载例如温度 引起的热传导 或体内产生热量 惯性荷载由于结构的质量或惯性而引起的荷载 例如重力或由角速度产生的离心惯性力 2003年5月 应力分析 求解 加载 您可以在实体模型上加载或在FEA模型上加载 节点或单元 在实体模型上加载比较简单因为要拾取的图元较少 而且 实体模型的荷载是独立的 在重划网格之后您不需要重新加载 2003年5月 应力分析 求解 加载 无论您怎样加载 求解器都需要将荷载加在有限元模型上 因此 在求解时加在实体模型上的荷载将被自动转化到有限元模型上去 我们现在将讨论如何施加下列类型的结构荷载 位移约束压力重力 2003年5月 应力分析 求解 加载 位移约束用来定义模型固定的位置 零位移位置 也可以是非零位移 来设一个已知的偏位 施加位移