《ANSYS工程结构线性静力分析解析实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS工程结构线性静力分析解析实用教案（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1工程结构(jigu)线性静力分析结构分析是有限元方法中最常用的一个领域。结构分析用于确定结构的位移、变形、应力(yngl)、应变等。结构这个术语是一个广义的概念，它包括汽车结构如车身骨架，海洋结构如船舶结构，航空结构如飞机机身，还包括机械零部件如活塞、传动轴等。第1页/共113页第一页，共114页。2结构分析主要有以下7种类型:静力分析：用于求解在静力载荷作用下结构的位移与应力等。静力分析包括线性和非线性分析。非线性分析包括塑性、大变形、大应变、接触、超弹性、应力刚化和蠕变(rbin)等。模态分析：用于求解结构的固有频率与模态。谱分析：用于计算由于随机振动(响应谱或PSD输入)引起的应力和应
2、变。谱分析是模态分析的扩展。谐响应分析：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。工程结构(jigu)线性静力分析第2页/共113页第二页，共114页。3工程结构(jigu)线性静力分析瞬态动力学分析：用于计算结构在随时间任意(rny)变化的载荷作用下的响应，并且考虑到静力分析中的非线性行为。屈曲分析：用于计算屈曲载荷和确定屈曲模态。结合瞬态动力学分析可以实现非线性的屈曲分析。显示动力学分析：用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。结构分析除了以上7种常见类型以外，ANSYS还可进行断裂分析，复合材料分析，疲劳分析等。第3页/共113页第三页，共114页。4工程(gngchng)结构线
3、性静力分析9.1静力分析概述9.2静力分析的求解步骤9.3综合实例内六角螺栓扳手9.4本章(bnzhn)小结第4页/共113页第四页，共114页。59.1静力分析(fnx)概述静力分析计算结构在固定不变的载荷作用下的响应。它不考虑惯性和阻尼的影响，也不考虑载荷随时间变化。固定不变的载荷和响应是一种假设( jish)，即假定载荷和结构的响应随时间变化非常的微小。因此，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷）。第5页/共113页第五页，共114页。69.1静力分析(f
4、nx)概述静力分析中的所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力(yl)；稳定的惯性力(如重力和离心力)；位移载荷；温度载荷(对于温度应变)；能流(对于核能膨胀)。静力分析包括线性和非线性分析。非线性分析包括塑性、大变形、大应变、接触、超弹性、应力刚化和蠕变等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在第十章中介绍。第6页/共113页第六页，共114页。79.2静力分析(fnx)的求解步骤ANSYS的静力分析一般包括(boku)以下6个步骤：建模；设置求解控制；设置其他求解选项；施加载荷；求解；检查分析结果.第7页/共113页第七页，共114页。89.2静力分析(fnx)的求解步骤9.2.1建模
5、建模包括指定工作文件名和分析标题，定义单元类型、实常数、材料属性、创建几何模型和划分网格。这一步是对线性和非线性分析都是必须的，也是其他类型分析中所必须要做的工作。完成上述设置后，生成有限元模型。其中，单元类型必须指定为线性或非线性结构单元类型。材料属性可以是线性或非线性，各项同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：必须定义材料刚度(如弹性模量EX、超弹性系数等)；对于惯性载荷(如重力、加速度等)，必须定义材料的质量(zhling)(如密度DENS)；对于温度载荷，必须定义热膨胀系数ALPX。划分网格时，对于网格的密度，原则上网格密度越大，单元越多，结果就更符合实际，但是由于网格密度的提高会直
6、接影响到求解时间，所以在应力或应变急剧变化的区域可细分网格；在考虑非线性的影响时，要用足够的网格来得到非线性效应。第8页/共113页第八页，共114页。99.2静力分析(fnx)的求解步骤9.2.2设置求解控制设置求解控制包括定义分析类型、一般分析选项和指定载荷步选项。当进行( jnxng)结构静力分析时，用户可通过“求解控制”对话框来设置。该对话框对于大多数结构静力分析都已设置有合适的默认，用户仅需做一些微小的设置调整即可。第9页/共113页第九页，共114页。109.2静力分析(fnx)的求解步骤在静力求解的控制，首先应选择分析类型为静力（GUI：【ANSYSMainMenu】/【Solu
7、tion】/【AnslysisType】/【NewAnalysis】/【Static】）。默认的结构分析类型即为静力分析，所以分析类型如果(rgu)是静力分析可以不进行设定，若非静力分析，则需要设定。对于静力分析而言，如果(rgu)问题的模型比较大，一般可以选择迭代求解器进行求解，这样求解速度会比直接求解器快很多。结构的迭代求解器一般选择PCG（预条件共轭梯度求解器），详见SolnOptions标签。第10页/共113页第十页，共114页。119.2静力分析(fnx)的求解步骤(1)求解控制对话框用户可通过GUI路径(【ANSYSMainMenu】/【Solution】/【AnslysisTy
8、pe】/【SolnControls】)进入“求解控制”对话框，如图9-1所示。下面简要的介绍一下各个标签中的选项。对于这些选项的设置，用户可以(ky)按该标签的Help进入帮助系统，得到详细的介绍。第11页/共113页第十一页，共114页。129.2静力分析(fnx)的求解步骤图9-1 “求解(qi ji)控制”对话框第12页/共113页第十二页，共114页。139.2静力分析(fnx)的求解步骤(2)Basic标签Basic标签，提供了分析中所需的最少数据。一旦在Basic标签中的设置满足以后，就不需要设置其他标签中的选项，除非因为要进行( jnxng)高级控制而修改其他缺省设置。在按OK按
9、钮以后，设置存储到ANSYS数据库，并关闭对话框。用户在Basic标签的设置选项如图9-1及表9-1所示。第13页/共113页第十三页，共114页。149.2静力分析的求解(qiji)步骤表9-1Basic标签(bioqin)选项选项用途Analysis Options指定分析类型(小变形，大变形的静力与瞬态分析)Time Control控制时间设置，包括载荷步末的时间，自动时间步，在一个载荷步中的子步数，最大最小载荷步等。Write Items to Results File设置写到数据库中的结果数据第14页/共113页第十四页，共114页。159.2静力分析(fnx)的求解步骤在设置Ana
10、lysisOptions时，如果进行一个新的分析并忽略大变形效应(如大挠度、大转角、大应变)时，请选择“SmallDisplacementStatic”项。如果预期有大挠度(如弯曲的长细杆)或大应变(如金属形成问题)，则选择“LargeDisplacementStatic”。如想重启动一个失败的非线性分析，或者(huzh)用户已进行了完整的静力分析，而想指定其他载荷，则选择“RestartCurrentAnalgsis”项。第15页/共113页第十五页，共114页。169.2静力分析(fnx)的求解步骤在设置TimeControl时，载荷步选项指定该载荷步末的时间，缺省值为1。对于后续的载荷步
11、，缺省为1加上前一个载荷步指定的时间。虽然在静力分析(除蠕变、粘塑性或其他率相关材料行为外)中，时间没有(miyu)物理意义，但对于追踪时间步和子步却是一种方便的方法。在设置OUTRES时，请记住：警告缺省时只有1,000个结果集记录到结果文件(Jobname.RST)中，如果超过这一数目(基于用户的OUTRES设置)，程序将出错停机。应用/CONFIG,NRES命令来增大这一限值。第16页/共113页第十六页，共114页。179.2静力分析的求解(qiji)步骤(3)Transient标签Transient标签设置瞬态分析控制，只有在Basic标签中选择了瞬态分析时才能应用这一标签，如果在B
12、asic标签中选择了静态分析，则这一标签不能设置。所以在这里暂不讨论(toln)。Transient标签界面如图9-2所示。第17页/共113页第十七页，共114页。189.2静力分析(fnx)的求解步骤图9-2Transient 标签(bioqin)第18页/共113页第十八页，共114页。199.2静力分析(fnx)的求解步骤(4)SolnOptions标签(bioqin)SolnOptions标签(bioqin)部分选项及界面如表9-2及图9-3所示。详细内容可参见Help按钮进入帮助系统。表9-2SolnOptions标签(bioqin)选项选项用途Equation Solvers指定
13、方程求解器Restart Control对于多重启动指定参数第19页/共113页第十九页，共114页。209.2静力分析(fnx)的求解步骤图9-3SolnOptions标签(bioqin)界面第20页/共113页第二十页，共114页。219.2静力分析的求解(qiji)步骤方程求解(qiji)器的基本介绍：Programchosensolver：程序选择求解(qiji)器(ANSYS将根据问题的领域自动选择一个求解(qiji)器)；Sparsedirect：稀疏矩阵求解(qiji)器(对线性和非线性、静力和完全瞬态分析，为缺省项)；Pre-ConditionCG：PCG求解(qiji)器(对
14、于大模型/高波前，巨形结构推荐使用)；Iterative：叠代求解(qiji)器(自动选择；只适用于线性静力/完全瞬态结构分析，或稳态温度分析；推荐)第21页/共113页第二十一页，共114页。229.2静力分析的求解(qiji)步骤(5)Nonlinear标签Nonlinear标签部分(bfen)选项及界面如表9-3及图9-4所示。第22页/共113页第二十二页，共114页。239.2静力分析的求解(qiji)步骤表9-3Nonlinear标签(bioqin)选项选项用途Line search激活线性搜索DOF solution predictor激活DOF解的预测Maximum numbe
15、r of iterations指定每个子步的最大迭代次数Creep Option指明是否包括蠕变计算Cutback Control控制二分第23页/共113页第二十三页，共114页。249.2静力分析(fnx)的求解步骤图9-4 Nonlinear标签(bioqin)界面第24页/共113页第二十四页，共114页。259.2静力分析的求解(qiji)步骤(6)AdvancedNL标签AdvancedNL标签部分(bfen)选项及界面如表9-4及图9-5所示。表9-4AdvancedNL标签选项选项用途Termination Criteria终止分析结束准则Arc-length options激
16、活和终止弧长法控制第25页/共113页第二十五页，共114页。269.2静力分析(fnx)的求解步骤图9-5AdvancedNL标签(bioqin)界面第26页/共113页第二十六页，共114页。279.2静力分析的求解(qiji)步骤9.2.3设置其他求解选项本节讨论的其他求解选项很少使用，并且(bngqi)其默认值设置都很少改变，这些选项并不出现在“求解控制”对话框中。第27页/共113页第二十七页，共114页。289.2静力分析(fnx)的求解步骤(1)应力刚度效应用户(yngh)可能关闭应力刚度效应的一些特殊情况有：应力刚度仅与非线性分析相关；在分析之前，用户(yngh)知道结构不会因
17、屈曲(分叉或跳跃屈曲)而破坏。通常，包括应力刚度效应时，可以加速非线性分析收敛。用户(yngh)可能对一些看起来收敛困难的特殊问题，选择关闭应力刚度效应，如局部破坏。命令：SSTIFGUI：【MainMenu】/【Solution】/【UnabridgedMenu】/【AnalysisOptions】第28页/共113页第二十八页，共114页。299.2静力分析的求解(qiji)步骤(2)Newton-Raphson选项这一选项只能(zhnn)用于非线性分析中，它说明在求解时切线矩阵如何修正。命令：NROPTGUI：【MainMenu】/【Solution】/【UnabridgedMenu】/
18、【AnalysisOptions】第29页/共113页第二十九页，共114页。309.2静力分析的求解(qiji)步骤(3)预应力效应计算这一选项用来在同一模型中执行预应力分析，如预应力模型的分析。缺省值为OFF。应力刚度效应和预应力效应计算二者都控制应力刚度矩阵的生成，因此在一个分析中不以同时应用。如二者都指定，则最后(zuhu)选项将覆盖前者。命令：PSTRESSGUI：【MainMenu】/【Solution】/【UnabridgedMenu】/【AnalysisOptions】第30页/共113页第三十页，共114页。319.2静力分析(fnx)的求解步骤(4)质量矩阵公式应用这一选项
19、用来在结构中施加惯性载荷(如重力或旋转载荷)。对于静力分析，用户所用的质量矩阵并不明显影响求解精度(假设网格密度足够)。然而，如果想在同一模型上作预应力动力分析，选择(xunz)质量矩阵公式就可能很重要。命令：LUMPMGUI：【MainMenu】/【Solution】/【UnabridgedMenu】/【AnalysisOptions】第31页/共113页第三十一页，共114页。329.2静力分析的求解(qiji)步骤(5)参考(cnko)温度这个载荷步选项适用于温度应变计算。命令：TREFGUI：【MainMenu】/【Solution】/【LoadStepOpts】/【Other】/【R
20、eferenceTemp 】(6)模态数这个载荷步选项用于轴对称简谐单元。命令：MODEGUI：【MainMenu】/【Solution】/【LoadStepOpts】/【Other】/【ForHarmonicEle】第32页/共113页第三十二页，共114页。339.2静力分析(fnx)的求解步骤(7)蠕变准则这个非线性载荷步选项为自动时间步指定(zhdng)蠕变准则。命令：CRPLIMGUI：【MainMenu】/【Solution】/【UnabridgedMenu】/【LoadStepOpts】/【Nonlinear】/【CreepCriterion】第33页/共113页第三十三页，共1
21、14页。349.2静力分析的求解(qiji)步骤(8)输出选项这个载荷(zih)步选项用于指定在输出文件(Jobname.out)中包括任何结果数据。在应用多个OUTPR命令时，可能有时会有一些冲突。命令：OUTPRGUI：【MainMenu】/【Solution】/【UnabridgedMenu】/【LoadStepOpts】/【OutputCtrls】/【SoluPrintout】第34页/共113页第三十四页，共114页。359.2静力分析的求解(qiji)步骤(9)外插应用这个荷载步选项，可以通过把单元积分点结果拷贝到节点上，而不是(bshi)通过外插(在存在材料非线性时，这是缺省)。
22、命令：ERESXGUI：【MainMenu】/【Solution】/【UnabridgedMenu】/【LoadStepOpts】/【OutputCtrls】/【IntegrationPt】第35页/共113页第三十五页，共114页。369.2静力分析的求解(qiji)步骤9.2.4施加载荷用户(yngh)在设置了求解选项以后，就可以对模型施加载荷了。GUI：【MainMenu】/【Solution】/【DefineLoads】/【Apply】/【Structural】第36页/共113页第三十六页，共114页。379.2静力分析的求解(qiji)步骤(1)载荷类型位移(UX,UY,UZ,RO
23、TX,ROTY,ROTZ)通常在模型边界上施加自由度约束，用来定义刚性支承点。也可以用于指定对称(duchn)边界条件以及已知运动的点。由标号指定的方向是按照节点坐标系定义的。GUI：【MainMenu】/【Solution】/【DefineLoads】/【Apply】/【Structural】/【Displacement】第37页/共113页第三十七页，共114页。389.2静力分析的求解(qiji)步骤力(FX,FY,FZ)和力矩(MX,MY,MZ)通常在模型的外边界上指定(zhdng)集中力。其方向是按节点坐标系定义的。GUI：【MainMenu】/【Solution】/【DefineL
24、oads】/【Apply】/【Structural】/【Force/Moment】压力(PRES)此压力为表面载荷，通常作用于模型的外部。正压力为指向单元面。GUI：【MainMenu】/【Solution】/【DefineLoads】/【Apply】/【Structural】/【Pressure】第38页/共113页第三十八页，共114页。399.2静力分析(fnx)的求解步骤温度(TEMP)温度用于研究热膨胀或热收缩(即温度应力)。如果要计算热应变的话，必须定义热膨胀系数ALPX。GUI：【MainMenu】/【Solution】/【DefineLoads】/【Apply】/【Struct
25、ural】/【Temperature】流(FLUE)用于研究膨胀(由于中子流或其他原因而引起的材料膨胀)或蠕变(rbin)的效应。只在输入膨胀或蠕变(rbin)方程时才能应用。第39页/共113页第三十九页，共114页。409.2静力分析的求解(qiji)步骤重力、旋转等。这是整个结构的惯性载荷。如果要计算( jsun)惯性效应，必须定义密度DENS(或某种形式的质量)。GUI：【MainMenu】/【Solution】/【DefineLoads】/【Apply】/【Structural】/【Inertia】/【Gravity】第40页/共113页第四十页，共114页。419.2静力分析的求解
26、(qiji)步骤除了与模型无关的惯性载荷以外，用户可以在几何实体模型(关键点、线、面)或在有限元模型(节点和单元)上定义载荷。用户还可以通过TABLE类数组参数施加载荷。在结构分析中，用户只可以定义随时间(TIME)变化的一维表。在定义这个(zhge)表时，输入TIME作为主变量。其他主变量都是无效的。在定义表时，TIME必须按升序定义。用户可以通过命令或交互式定义表格数组参数。第41页/共113页第四十一页，共114页。429.2静力分析(fnx)的求解步骤9.2.5求解当设置好求解控制(kngzh)和施加载荷后，前处理基本完成，可进行求解计算。求解步骤如下：第42页/共113页第四十二页，
27、共114页。439.2静力分析的求解(qiji)步骤（1）把数据库保存为一个文件以作备份(bifn)。在以后需要时，可重新进入ANSYS并用RESUME命令恢复模型。建议用户在使用Ansys时，每做一步都进行保存，这样可以在做错时通过RESUME命令恢复。命令：SAVEGUI：【UtilityMenu】/【File】/【Saveas】(2)开始计算命令：SOLVEGUI：【MainMenu】/【Solution】/【Solve】/【CurrentLS】第43页/共113页第四十三页，共114页。449.2静力分析的求解(qiji)步骤(3)如果(rgu)分析中包括其他载荷条件(即多个载荷步)，
28、则应重新施加载荷，指定载荷步选项，保存并求解每一个载荷步。(4)退出求解命令：FINISH第44页/共113页第四十四页，共114页。459.2静力分析(fnx)的求解步骤9.2.6检查分析结果( jigu)1.静力分析结果( jigu)保存于结构分析结果( jigu)文件(Jobname.RST)中，包括以下两部分内容：(1)基本解节点位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ) 。第45页/共113页第四十五页，共114页。469.2静力分析的求解(qiji)步骤(2)导出解节点( jidin)和单元应力；节点( jidin)和单元应变；单元力；节点( jidin)反力等。在结构
29、分析完成后，用户能够进入通用后处理器（GeneralPostprocessor-POST1 ）和时间历程后处理器（Time-historyProcessor-POST26）中观看分析结果。POST1用于检查模型在特定子步上的结果，POST26用于非线性静力分析中跟踪指定的结果与施加载荷历程的关系。使用POST1与POST26观看结果时，数据库必须包含求解前使用的模型，并且结果文件Jobname.RST必须是可以利用的。第46页/共113页第四十六页，共114页。479.2静力分析的求解(qiji)步骤2.POST1检查结果POST1后处理顺序(shnx)可遵循以下步骤：(1)检查输出文件（Jo
30、bname.OUT）在所有子步分析中是否都收敛。(2)进入POST1。命令：POST1GUI:【MainMenu】/【GeneralPostproc】第47页/共113页第四十七页，共114页。489.2静力分析的求解(qiji)步骤(3)读取需要的载荷步和子步的结果，可以根据载荷步进而子步号或者(huzh)时间来识别。命令：SETGUI:【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【ReadResults】/【Loadstep】第48页/共113页第四十八页，共114页。499.2静力分析(fnx)的求解步骤(4)显示结果( jigu)显示变形图命令：PLDISPGUI:【Ma
31、inMenu】/【GeneralPostproc】/【PlotResults】/【DeformedShapes】第49页/共113页第四十九页，共114页。509.2静力分析(fnx)的求解步骤列出反力和反力矩(lj)命令：PRESOLGUI:【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【ListResults】/【ReactionSolu】列出约束节点的反力和力矩(lj)。为了显示反力，应用/PBC,RFOR,1，然后输入所需的节点或单元显示(NPLOT或EPLOT命令)。如要显示反力矩(lj)，则用RMOM代替RFOR。第50页/共113页第五十页，共114页。519.2静力
32、分析(fnx)的求解步骤列出节点( jidin)力和力矩命令：PRESOL,GUI：【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【ListResults】/【ElementSolution】也可以列出所选择的节点( jidin)集的所有节点( jidin)力和力矩。首先选择节点( jidin)集，然后可用这一特点找出作用于这些节点( jidin)上的所有力。第51页/共113页第五十一页，共114页。529.2静力分析(fnx)的求解步骤命令：FSUMGUI：【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【NodalCalcs】/【TotalForceSum 】用户也
33、可以在每个已选择的节点上检查所有力和力矩。对于处于平衡状态的实体(sht)，除载荷作用点和存在反力的节点以外的所有节点上，其总载荷为0。命令：NFORCEGUI：【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【NodalCalcs】/【SumEachNode】第52页/共113页第五十二页，共114页。539.2静力分析(fnx)的求解步骤等值线显示命令：PLNSOL和PLESOLGUI:【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【PlotResults】/【ContourPlot】/【NodalSolu】or【ElementSolu】显示几乎所有结果项的等值线,如
34、应力(SX,SY,SZ等)、应变(EPELX,EPELY,EPELZ等)和位移(UX,UY,UZ等)。PLNSOL和PLESOL命令的KUND域使用户可以(ky)在原始结构上迭加显示。第53页/共113页第五十三页，共114页。549.2静力分析(fnx)的求解步骤命令：PLETAB和PLLS命令GUI:【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【ElementTable 】/【PlotElementTable 】【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【PlotResults】/【ContourPlot】/【LineElemRes】显示单元(dnyun)表数
35、据和线单元(dnyun)数据。第54页/共113页第五十四页，共114页。559.2静力分析的求解(qiji)步骤矢量显示(xinsh)命令：PLVECT、PRVECTGUI：【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【PlotResults】/【VectorPlot】/【Predefined】【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【ListResults】/【VectorData】观察矢量的显示(xinsh)，以及观察矢量列表。对于观察矢量如位移(DISP)、转角(ROS)、主应力(S1，S2，S3)，矢量显示(xinsh)(不要与矢量模态混淆)是一种有效
36、的办法。第55页/共113页第五十五页，共114页。569.2静力分析的求解(qiji)步骤表格列示命令(mnglng)：PRNSOL(节点结果)、RESOL(单元-单元之间结果)、RRSOL(反力)等GUI：【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【ListResults】/【solutionoption】列表前,应用NSORT和ESORT命令(mnglng)进行数据排序。GUI：【Menu】/【GeneralPostproc】/【ListResults】/【SortedListing】/【SortNodes】or【SortElems】第56页/共113页第五十六页，共11
37、4页。579.2静力分析(fnx)的求解步骤2.POST26检查( jinch)结果POST26后处理顺序可遵循以下步骤：(1)检查( jinch)输出文件（Jobname.OUT）在要求的载荷步分析中是否都收敛。若不收敛，应检查( jinch)前处理。(2)如果解是收敛的，则进入POST26；若现有模型不在数据库中，则执行RESUME命令。命令：POST26GUI：【MainMenu】/【TimeHistPostproc】第57页/共113页第五十七页，共114页。589.2静力分析(fnx)的求解步骤(3)定义在后处理是使用的变量(binling)命令：NSOL、ESOL、RFORCLGU
38、I:【MainMenu】/【TimeHistPostproc】/【DefineVariables】第58页/共113页第五十八页，共114页。599.2静力分析的求解(qiji)步骤(4)图形或者列表显示(xinsh)变量命令：PLVAR(图形表示变量)、PRVAR、EXTREM(列表变量)GUI：【MainMenu】/【TimeHistPostproc】/【GraphVariables】【MainMenu】/【TimeHistPostproc】/【ListVariables】【MainMenu】/【TimeHistPostproc】/【ListExtremes】第59页/共113页第五十九页
39、，共114页。609.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手9.3.1工程背景扳手是一种常用的安装(nzhung)与拆卸工具。利用杠杆原理拧转螺栓、螺钉、螺母和其他螺纹紧持螺栓或螺母的开口或套孔固件的手工工具。内六角螺栓扳手为成L形的六角棒状扳手，用于拧转内六角螺钉，专供紧固或拆卸机床、车辆、机械设备上的圆螺母用。第60页/共113页第六十页，共114页。619.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手9.3.2问题描述图9-6所示为一内六角螺栓扳手，其轴线(zhuxin)形状和尺寸见图9-6，横截面为一外接圆半径为10mm的正六边形，拧紧力F为600N，计算扳手拧紧时的应力分布。第61页/共11
40、3页第六十一页，共114页。629.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图9-6 内角螺栓扳手(bn shou)及其形状、尺寸第62页/共113页第六十二页，共114页。639.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手9.3.3GUI操作1.定义工作文件名和工作标题(biot)（1）定义工作文件名GUI：【UtilityMenu】/【File】/【ChangeJobname】。弹出图9-7所示的对话框，在此出现的对话框输入“LS6”，并将“Newloganderrorfiles”复选框选为“yes”，单击“OK”。第63页/共113页第六十三页，共114页。649.3综合实例内六角螺栓(lushun
41、)扳手图9-7 定义(dngy)工作文件名第64页/共113页第六十四页，共114页。659.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（2）定义工作标题GUI：【UtilityMenu】/【File】/【ChangeTitle】在出现(chxin)的对话框中输入“Force”，单击“OK”。如图9-8所示。图9-8 定义(dngy)工作标题第65页/共113页第六十五页，共114页。669.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（3）重新显示(xinsh)GUI:【UtilityMenu】/【Plot】/【Replot】2.过滤界面GUI:【MainMenu】/【Preferences】。弹
42、出图9-9所示的对话框，选中“Structural”和“h-Method”项，单击“OK”按钮。第66页/共113页第六十六页，共114页。679.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图9-9过滤(gul)界面对话框第67页/共113页第六十七页，共114页。689.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手3.创建单元类型GUI：【MainMenu】/【Preprocessor】/【ElementType】/【Add/Edit/Delete】在弹出如图9-10左侧(zuc)所示的对话框中，单击“Add”按钮；弹出图9-11所示的对话框，在左侧(zuc)列表中选“StructuralSolid”，在右侧
43、列表中选“Quad4node182”，单击“Apply” 按钮；再在右侧列表中选“Brick8node185”,单击“OK”按钮；单击图9-10右侧所示的对话框的“Close”按钮。第68页/共113页第六十八页，共114页。699.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-10定义单元(dnyun)类型第69页/共113页第六十九页，共114页。709.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手图9-11单元(dnyun)类型库第70页/共113页第七十页，共114页。719.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手4.定义(dngy)材料特性GUI:【MainMenu】/【Preprocesso
44、r】/【MaterialProps】/【MaterialModels】弹出图9-12所示的对话框，在右侧列表中依次单击“【Structural】/【Linear】/【Elastic】/【Isotropic】”，弹出图9-13所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e11（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮，然后关闭图9-12所示的对话框。第71页/共113页第七十一页，共114页。729.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图9-12定义(dngy)材料特性第72页/共113页第七十二页，共114页。739.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图8-13定义(d
45、ngy)杨氏模量与泊松比第73页/共113页第七十三页，共114页。749.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手5.建模与单元划分（1）创建正六边形面GUI：【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Areas】/【Polygon】/【Hexagon】。弹出图9-14所示的拾取窗口(chungku)，在“WPX”、“WPY”和“Radius”文本框中分别输入0、0和0.01，单击“OK”按钮。第74页/共113页第七十四页，共114页。759.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-14创建(chungjin)正六边形第75页/共113页第七
46、十五页，共114页。769.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（2）改变(gibin)视角GUI：【UtilityMenu】/【PlotCtrls】/【PanZoomRotate】在弹出的拾取框中依次单击“Iso”、“Fit”按钮，单击“Close”按钮。如图9-15所示。第76页/共113页第七十六页，共114页。779.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手图9-15改变(gibin)视角拾取框第77页/共113页第七十七页，共114页。789.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（3）显示(xinsh)关键点、线号GUI：【UtilityMenu】/【PlotCtrls】/【
47、Numbering】。在弹出对话框中，将关键点号和线号打开，单击“OK”按钮。如图9-16所示。第78页/共113页第七十八页，共114页。799.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图9-16显示(xinsh)关键点、线号第79页/共113页第七十九页，共114页。809.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手（4）创建关键点GUI：【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Keypoints】/【InActiveCS】。弹出图9-17所示的对话框，在“KeypointNumber”文本框中输入(shr)7，在“X,Y,Z”文本框中分别输入(sh
48、r)0,0,0，单击“Apply”按钮；在“KeypointNumber”文本框中输入(shr)8，在“X,Y,Z”文本框中分别输入(shr)0,0,0.06，单击“Apply” 按钮；在“KeypointNumber”文本框中输入(shr)9，在“X,Y,Z”文本框中分别输入(shr)0,0.15,0.06，单击“OK”按钮。第80页/共113页第八十页，共114页。819.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-17创建(chungjin)关键点第81页/共113页第八十一页，共114页。829.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手（5）创建(chungjin)直线GUI:【MainMe
49、nu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Lines】/【Lines】/【StraightLine】弹出拾取窗口，分别拾取关键点7和8、8和9，创建(chungjin)两条直线，单击“OK”按钮。如图9-18所示。第82页/共113页第八十二页，共114页。839.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-18创建(chungjin)直线第83页/共113页第八十三页，共114页。849.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（6）创建圆角GUI:【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Lines】/
50、【LineFillet】弹出窗口如图9-19所示，分别(fnbi)拾取直线7、8，单击“OK”按钮，弹出图9-20所示的对话框，在“RAD”文本框中输入0.02，单击“OK”按钮。第84页/共113页第八十四页，共114页。859.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手图9-19创建(chungjin)圆角对话框图9-20 圆角编辑(binj)对话框第85页/共113页第八十五页，共114页。869.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手（7）创建直线GUI：【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Lines】/【Lines】/【Straig
51、htLine】。弹出拾取(shq)窗口如图9-18所示，分别拾取(shq)关键点1和4，单击“OK”按钮。第86页/共113页第八十六页，共114页。879.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手（8）将六边形面划分成两部分GUI：【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Operate】/【Booleans】/【Divide】/【AreabyLine】。弹出如图9-21窗口，拾取六边形面，单击“OK”按钮；再次弹出如图9-21拾取窗口，拾取上一步在关键点1和4间创建(chungjin)的直线，单击“OK”按钮。第87页/共113页第八十七页，共114页。889.
52、3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图9-21布尔操作(cozu)第88页/共113页第八十八页，共114页。899.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手（9）划分单元GUI：【MainMenu】/【Preprocessor】/【Meshing】/【MeshTool】。弹出图9-22所示的对话框，单击“SizeControls”区域中“Lines”后“Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线(zhxin)2、3、4，单击“OK”按钮，弹出图9-23所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入3，单击“Apply” 按钮；再次弹出拾取窗口如图9-24，拾取直线(zhxin)7、9、8，单击“OK”按钮，删除
53、“NDIV”文本框中的3，在“SIZE”文本框中输入0.01，单击“OK”按钮。第89页/共113页第八十九页，共114页。909.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手在“Mesh”区域，选择单元形状(xngzhun)为“Quad”（四边形），选择划分单元的方法为“Mapped”（映射）。单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取六边形面的两部分，单击“OK”按钮。第90页/共113页第九十页，共114页。919.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图9-22单元(dnyun)划分编辑框图9-23 编辑(binj)单元格数第91页/共113页第九十一页，共114页。929.3综合实例(shl)
54、内六角螺栓扳手图9-24编辑(binj)单元尺寸第92页/共113页第九十二页，共114页。939.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（10）显示直线GUI：【UtilityMenu】/【Plot】/【Lines】（11）面扫描形成体GUI:【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Operate】/【Extrude】/【Areas】/【AlongLines】弹出拾取(shq)窗口，拾取(shq)六边形面的两部分，单击“OK”按钮；再次弹出拾取(shq)窗口，依次拾取(shq)直线7、9、8，单击“OK”按钮。第93页/共113页第九十三页，共114页。
55、949.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（12）删除(shnch)面单元GUI：【MainMenu】/【Preprocessor】/【Meshing】/【Clear】/【Areas】弹出拾取窗口，拾取z=0的两个平面，单击“OK”按钮。（13）显示单元GUI：【UtilityMenu】/【Plot】/【Elements】第94页/共113页第九十四页，共114页。959.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-25划分单元(dnyun)网格第95页/共113页第九十五页，共114页。969.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手6.施加约束GUI:【MainMenu】/【Solutio
56、n】/【DefineLoads】/【Apply】/【Structural】/【Displacement】/【OnAreas】弹出如图9-26所示窗口，拾取z=0的两个平面，单击“OK”按钮，弹出图9-27所示的对话框，在列表(libio)中选择“AllDOF” ，单击“OK”按钮。第96页/共113页第九十六页，共114页。979.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手图9-26施加(shji)约束图9-27 约束(yush)面自由度第97页/共113页第九十七页，共114页。989.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手7.施加(shji)载荷GUI：【MainMenu】/【Solution
57、】/【DefineLoads】/【Apply】/【Structural】/【Force/Moment】/【OnKeypoints】弹出拾取窗口，拾取扳手长臂端面的六个顶点，单击“OK”按钮，弹出图9-28所示的对话框，选择“Lab”为“FX”，在“VALUE”文本框中输入100，单击“OK”按钮。第98页/共113页第九十八页，共114页。999.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手图9-28施加(shji)载荷第99页/共113页第九十九页，共114页。1009.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手8.求解GUI:【MainMenu】/【Solution】/【Solve】/【Curr
58、entLS】。如图9-29所示，单击“SolveCurrentLoadStep” 对话框的“OK”按钮。出现“Solutionisdone!”提示(tsh)时，如图9-30，求解完成。第100页/共113页第一百页，共114页。1019.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-29 开始(kish)求解图9-30 求解(qi ji)完成第101页/共113页第一百零一页，共114页。1029.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手9.查看结果( jigu)（1）显示变形图GUI：【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【PlotResults】/【DeformedShape】弹
59、出图9-31所示的对话框，选中“Def+undeformed”(变形+未变形的模型)，单击“OK”按钮。结果( jigu)如图9-32所示。第102页/共113页第一百零二页，共114页。1039.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-31 显示(xinsh)设置第103页/共113页第一百零三页，共114页。1049.3综合(zngh)实例内六角螺栓扳手图9-32 变形(bin xng)+未变形(bin xng)的模型第104页/共113页第一百零四页，共114页。1059.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（2）用等高线显示VonMises应力GUI:【MainMenu】/【Ge
60、neralPostproc】/【PlotResults】/【ContourPlot】/【NodalSolu】弹出图9-33所示的对话框，在列表中依次选择“【NodalSolution】/【Stress】/【VonMisesstress】”，单击“OK”按钮。结果( jigu)如图9-34所示，可以看出，VonMises应力的最大值为0.187109Pa，即187MPa，位于圆弧处。第105页/共113页第一百零五页，共114页。1069.3综合实例(shl)内六角螺栓扳手图9-33显示VonMises应力(yngl)设置第106页/共113页第一百零六页，共114页。1079.3综合实例(sh
61、l)内六角螺栓扳手图9-34 Von Mises应力图(lt)第107页/共113页第一百零七页，共114页。1089.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手（10）保存结果GUI：【Utility Menu】/【File】/【Save as Jobname.db】。ANSYS没有UNDO（撤消）功能，在做一些可能出现错误的操作(cozu)时，最好先保存一下数据库文件，以备需要时可以恢复原来的数据库。第108页/共113页第一百零八页，共114页。1099.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手9.3.4 命令(mng lng)流/CLEAR/FILNAME, LS6/PREP7ET,1,
62、PLANE182ET,2,SOLID185MP,EX,1,2E11MP,PRXY,1,0.3RPR4, 6, 0, 0, 0.01K,7,0,0,0K,8, 0,0,0.06K,9, 0,0.15,0.06LSTR,7,8LSTR,8,9LFILLT, 7, 8, 0.02LSTR,1,4ASBL, 1, 10LESIZE,2,3LESIZE,3,3LESIZE,4,3第109页/共113页第一百零九页，共114页。1109.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手LESIZE,7,0.01LESIZE,8,0.01LESIZE,9,0.01MSHAPE,0MSHKEY,1AMESH,ALLV
63、DRAG, ALL,7,9,8ACLEAR, 2,3,1FINISH/SOLUDA,2,ALLDA,3,ALLKSEL,S,24,29,1FK,ALL,FX,100KSEL,ALLSOLVESAVEFINISH第110页/共113页第一百一十页，共114页。1119.3综合实例内六角螺栓(lushun)扳手/POST1/VIEW,1,1,1,1PLDISP, 3PLNSOL,S,EQV,0,1 FINISH第111页/共113页第一百一十一页，共114页。1129.4本章(bnzhn)小结结构静力分析是ANSYS最基础(jch)、最简单的分析类型，也是工程中常见的分析类型。读者在掌握基本理论后
64、结合实例练习，用心体会有限元求解的思想，达到举一反三的效果。第112页/共113页第一百一十二页，共114页。113感谢您的观赏(gunshng)！第113页/共113页第一百一十三页，共114页。内容(nirng)总结1。模态分析：用于求解结构的固有频率与模态。屈曲分析：用于计算屈曲载荷和确定屈曲模态。显示动力学分析：用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。在分析之前，用户知道结构不会因屈曲(分叉或跳跃屈曲)而破坏。用户在设置了求解选项以后，就可以(ky)对模型施加载荷了。温度用于研究热膨胀或热收缩(即温度应力)。如果要计算热应变的话，必须定义热膨胀系数ALPX。感谢您的观赏第一百一十四页，共114页。
