ansys经典例题

1．如图所示三维实体支架，材料的弹性模量为200GPa，支架由两个圆孔的内表面固定，在支架表面承受1000N/cm2的均匀压力荷载，要求绘制变形后形状，找出模型的应力－应变分布规律，试分析最有可能发生屈服的位置。（给出命令流清单及相关结果图）

2．图示的屋顶桁架的横截面积为21.5in2,由绿枞木构成，弹性模量为1.9×106 lb/in2。用ansys计算每个结合点的位移、每个杆的应力以及支座处的反作用力，并验证得出的结果。（给出命令流清单及相关结果图）

3．图示为带方孔（边长为120mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）

4．如图（a）所示简支吊车梁，梁上有移动荷载以1.0s/m的速度从梁的一端移动到另一端，计算在此过程中吊车梁的位移和应力响应。其中，梁材料为钢材，弹性模量为2.0×1011Pa，波松比为0.3，密度为7800kg/m3，采用焊接“工”字型组合截面，如图（b）所示，其中W1=150mm，W2=300mm，T1=20mm，T2=10mm。

                        (a)                                     (b)

5．如图所示，一根直的细长悬臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加P=1lb的载荷。弹性模量=1.0e4psi，泊松比=0.0；L=100in，H=5in，B=2in；对该悬臂梁做特征值屈曲分析，并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生分支点失稳（标志为侧向的大位移）的临界载荷。

6．请用Ansys中的三维梁单元为下图所示结构的各部分设计横断面尺寸。要求用空心管。该结构用于支撑红绿灯，它所承受的风力为80mile/hour, 红绿灯灯箱重10kg。请写一份简要报告，叙述自己的最终设计。

计算分析报告应包括以下部分：

A、问题描述及数学建模；

B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界条件处理、求解控制）

C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判）

D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等）

ANSYS及其工程应用大作业

7．如图所示三维实体支架，材料的弹性模量为200GPa，支架由两个圆孔的内表面固定，在支架表面承受1000N/cm2的均匀压力荷载，要求绘制变形后形状，找出模型的应力－应变分布规律，试分析最有可能发生屈服的位置。（给出命令流清单及相关结果图）

分析：（1）命令流。  

/PREP7  

ET,1,SOLID95 

WPSTYLE,,,,,,,,1

wpstyle,0.5,0.5,0,8,0.003,0,0,,5

BLOCK,0,5,0,8,0,1,  

/VIEW,1,1,1,1   

/ANG,1  

/REP,FAST   

CYL4,2.5,1.25,0.5, , , ,1   

CYL4,2.5,6.75,0.5, , , ,1   

SAVE

VSBV,       1,       2  

VSBV,       4,       3  

SAVE

/REPLOT 

wpoff,0,0,1 

BLC4,1.25,2.75,2.5,2.5,6

SAVE

wpoff,1.25,2.75,6   

BLC4,0,0,2.5,2.5,2.5

BLC4,2.5,0,6,2.5,2.5

SAVE

CSYS,0  

WPAVE,0,0,0 

CSYS,0

FLST,2,2,6,ORDE,2   

FITEM,2,1   

FITEM,2,-2  

VADD,P51X   

SAVE

FLST,2,3,6,ORDE,2   

FITEM,2,3   

FITEM,2,-5  

VGLUE,P51X  

NUMMRG,KP, , , ,LOW 

SAVE

AFILLT,34,2,1,  

LPLOT   

/AUTO,1 

/REP,FAST   

FLST,2,3,4  

FITEM,2,38  

FITEM,2,63  

FITEM,2,65  

AL,P51X 

FLST,2,3,4  

FITEM,2,37  

FITEM,2,68  

FITEM,2,  

AL,P51X 

FLST,2,5,5,ORDE,5   

FITEM,2,2   

FITEM,2,11  

FITEM,2,15  

FITEM,2,24  

FITEM,2,-25 

VA,P51X 

VPLOT

/REPLOT,RESIZE  

WPSTYLE,,,,,,,,

MPTEMP,,,,,,,,  

MPTEMP,1,0  

MPDATA,EX,1,,2e11   

MPDATA,PRXY,1,,0.3  

FLST,5,4,6,ORDE,2   

FITEM,5,1   

FITEM,5,-4  

CM,_Y,VOLU  

VSEL, , , ,P51X 

CM,_Y1,VOLU 

CMSEL,S,_Y  

CMSEL,S,_Y1 

VATT,       1, ,   1,       0   

CMSEL,S,_Y  

CMDELE,_Y   

CMDELE,_Y1  

ESIZE,0,10, 

MSHAPE,1,3D 

MSHKEY,0

FLST,5,4,6,ORDE,2   

FITEM,5,1   

FITEM,5,-4  

CM,_Y,VOLU  

VSEL, , , ,P51X 

CM,_Y1,VOLU 

CHKMSH,'VOLU'   

CMSEL,S,_Y  

VMESH,_Y1   

CMDELE,_Y   

CMDELE,_Y1  

CMDELE,_Y2 

FINISH  

/SOL

ANTYPE,0  

FLST,2,4,5,ORDE,4   

FITEM,2,9   

FITEM,2,-10 

FITEM,2,13  

FITEM,2,-14 

/GO 

DA,P51X,ALL,

/VIEW,1,1,1,1   

/ANG,1  

/REP,FAST   

APLOT    

/PNUM,ELEM,0

/REPLOT

FLST,2,1,5,ORDE,1   

FITEM,2,31  

/GO 

FLST,2,1,5,ORDE,1   

FITEM,2,31  

/GO 

SFA,P51X,1,PRES,1000

/STATUS,SOLU

SOLVE   

FINISH  

/POST1  

SET,FIRST   

/EFACET,1   

PLNSOL, U,SUM, 0,1.0

（2）有关结果图。

 应力与应变云值图

 变形前后的形状图

（3）结果分析。

 从上面的应力与应变的云图可以得出，这种实体应力与应变基本符合弹性线性变化，两者成正比关系。实体可能发生的屈服位置是与带有圆孔矩形的接触面上，最容易发生破坏。这里受到剪，弯，扭的共同的作用，所以易破坏。

8．图示的屋顶桁架的横截面积为21.5in2,由绿枞木构成，弹性模量为1.9×106 lb/in2。用ansys计算每个结合点的位移、每个杆的应力以及支座处的反作用力，并验证得出的结果。（给出命令流清单及相关结果图）

分析：（1）命令流。

/PREP7  

ET,1,LINK1  

R,1,21.5

K,2,8.7,0,0 

K,3,15.3,0,0

K,4,24,0,0,0

K,5,6,2.2,0 

K,6,12,4.4,0

K,7,18,2.2,0

ESIZE,,1

FINISH  

/DIST,1,1.08222638492,1 

/DIST,1,0.9240210872,1

D,1,ALL 

D,4,ALL 

F,1,FY,-250 

F,4,FY,-250 

F,5,FY,-250 

F,6,FY,-250 

F,7,FY,-250 

FINISH  

/POST1  

PLDISP,1

PLNSOL,U,SUM

PRRSOL  

FINISH  

/REPLOT,RESIZE  

/REPLOT,RESIZE  

SAVE

FINISH  

(2)有关结果图。

 每个杆的应力云图

（3）支座反力：

   NODE      FX          FY    

       1   928.98      625.00    

       4  -928.98      625.00

每个结点的位移

 NODE      UX          UY          UZ          USUM  

       1   0.0000      0.0000      0.0000      0.0000    

       2  0.19966E-04-0.93887E-03  0.0000     0.93908E-03

       3 -0.19966E-04-0.93887E-03  0.0000     0.93908E-03

       4   0.0000      0.0000      0.0000      0.0000    

       5  0.12775E-03-0.84343E-03  0.0000     0.85305E-03

       6  0.22860E-18-0.88762E-03  0.0000     0.88762E-03

       7 -0.12775E-03-0.84343E-03  0.0000     0.85305E-03

  MAXIMUM ABSOLUTE VALUES

 NODE          7           3           0           3

轴应力与轴力

STAT    CURRENT     CURRENT 

    ELEM    S-AXIS      N-AXIS  

       1   4.3605      93.750    

       2  -11.496     -247.16    

       3   4.3605      93.750    

       4  -50.666     -10.3    

       5  -40.183     -863.94    

       6  -40.183     -863.94    

       7  -50.666     -10.3    

       8  -12.695     -272.95    

       9   10.024      215.52    

      10   10.024      215.52    

      11  -12.695     -272.95    

 MINIMUM VALUES

 ELEM          7           7

 VALUE   -50.666     -10.3    

 MAXIMUM VALUES

 ELEM         10          10

 VALUE    10.024      215.52    

 （4）验证。

 理论值：支座反力：FX为929，FY为625，与程序分析结果一样。应力，结点位移理论值与分析结果基本符合，说明程序很好的模拟了该模型。

3.图示为带方孔（边长为120mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）

               三种方孔布置的变形云图比较

（2）结果分析

上述三图为变形图，他们都是用同种单元分析的。可见不管其中心是圆孔还是方孔，其构件各部位变形基本趋同，斜正方形孔和其他的结果有很多不同，可见孔的布置对结果又关系。由于篇幅有限，应力比较不作分析。

建议与体会：

当网格划分更细时，其值稍有变化，但不影响结果比较及分析，由于篇幅，从略。

网格size值勿设置过小，或单元勿划分过细，否则，运行时间较长。为方便比较，两种空洞情形，划分网格时参数设置应一致。

4.如图（a）所示简支吊车梁，梁上有移动荷载以1.0s/m的速度从梁的一端移动到另一端，计算在此过程中吊车梁的位移和应力响应。其中，梁材料为钢材，弹性模量为2.0×1011Pa，波松比为0.3，密度为7800kg/m3，采用焊接“工”字型组合截面，如图（b）所示，其中W1=150mm，W2=300mm，T1=20mm，T2=10mm。

（1）命令流。

/PREP7  

!*  

ET,1,BEAM188

!*  

!*  

MPTEMP,,,,,,,,  

MPTEMP,1,0  

MPDATA,PRXY,1,,0.3  

MPTEMP,,,,,,,,  

MPTEMP,1,0  

MPDATA,DENS,1,,7800 

SECOFFSET, CENT 

SECDATA,0.15,0.15,0.3,0.02,0.02,0.01,0,0,0,0

K,1,0,0,0,  

K,2,10,0,0, 

K,3,0,2,0,  

L,1,2  

LESIZE,1,,,10

LATT,1,,1,,3,,1

LMESH,ALL

SAVE

/SOL

antype,transient

TRNOPT,FULL 

DK,1,,,,0,UX,UY,UZ,,,,  

DK,2,,,,0,UX,UY,,,, 

TIME,1  

F,3,FY,-1000

TIME,2  

F,4,FY,-1000

TIME,3  

F,5,FY,-1000

TIME,4  

F,6,FY,-1000

TIME,5  

F,7,FY,-1000

TIME,6  

F,8,FY,-1000

TIME,7  

F,9,FY,-1000

TIME,8  

TIME,9  

FINISH  

/POST1  

SET,1,LAST,1

PLNSOL,S,X,0,1  

SET,5,LAST,1

PLNSOL,S,X,0,1  

FINISH  

/POST26 

NSOL,2,7,U,Y,UY 

PLVAR,2,

FINISH  

（2）有关结果图

 应力与应变云图

 的位移响应曲线

（3）结果分析。

 这是一个动荷载问题，解决动力响应问题，我们在这里仅讨论位移的动力响应。我们从上面的UY的位移动力响应曲线，我们可以知道在第五秒的时候位移最大，也就是当荷载在运动到梁的中点时，位移响应最大，这也和理论值符合。很好的模拟了动力问题。

5.如图所示，一根直的细长悬臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加P=1lb的载荷。弹性模量=1.0e4psi，泊松比=0.0；L=100in，H=5in，B=2in；对该悬臂梁做特征值屈曲分析，并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生分支点失稳（标志为侧向的大位移）的临界载荷。

（1）命令流。

/PREP7

K,1,0,0,0

K,2,100.0,0,0

K,3,50,5,0

LSTR,1,2

ET,1,BEAM1

SECTYPE,1, BEAM, RECT

SECDATA, 2.0, 5.0

SLIST, 1, 1

MP,EX,1,1E4

MP,NUXY,1,0.0

LSEL,S, , , 1, 1, 1

LATT,1, ,1,0, 3, ,1

LESIZE, all, , ,10

SECNUM,1

LMESH,all

/VIEW,,1,1,1

/ESHAPE,1

EPLOT

DK,1, , , ,0,ALL

FK,2,FY,-1.0

FINISH

/SOLU

PSTRES,ON

SOLVE

FINISH

/SOLU

ANTYPE,BUCKLE

BUCOPT,LANB,4

MXPAND,4,,,YES

SOLVE

FINISH

/POST1

/ESHAPE,1

/VIEW, 1 ,1,1,1

/ANG, 1

SET,LIST

SET,1,1

PLDISP,2

FINISH

/PREP7

UPGEOM,0.002,1,1,file,rst

/SOLU

ANTYPE,STATIC

OUTRES,ALL,ALL

NLGEOM,ON

ARCLEN,ON,25,0.0001

ARCTRM,U,1.0,2,UZ

NSUBST,10000

SOLVE

FINISH

/POST26

NSOL,2,2,U,Z,TIPLATDI

RFORCE,3,1,F,Y

PROD,4,3, , , , , ,-1.0,1,1

XVAR,2

PLVAR,4

PRVAR,2,4

FINISH

（2）有关结果图。

 悬臂梁的屈曲图与变化曲线

（3）结果分析

 从上面得图与变化曲线，我们可以知道，细长悬臂梁在荷载的作用下很易发生弯曲屈曲，随着受力荷载的加大，这种屈曲更加明显，显然对这种梁要注意，由于篇幅有限，其他不作分析。从上图我们知道当P为约810时，整个梁屈曲破坏。

6.这是吊车梁的动力响应的问题，处理采用多载步，绘制其响应变化曲线，这里就讨论UY的位移响应曲线，我们可以可以看出正在第五秒的位移最大，也就是说当荷载在梁的中点时，位移最大，这也符合理论结果，说明该程序很好的模拟了该模型。

尺寸。要求用空心管。该结构用于支撑红绿灯，它所承受的风力为80mile/hour, 红绿灯灯箱重10kg。请写一份简要报告，叙述自己的最终设计。

a)问题描述及数学建模；

根据题目要求，钢结构具有自重小，建设方便，强度高，设计简单的优点，故该交通灯的设计为钢管空心管，并且采用管单元建模。具体截面尺寸为：竖杆为：直径R= 100mm，管厚为D1=14mm；水平支撑：直径R2=40mm，管厚为D2=8mm；灯箱：直径R3=30mm，管厚D3=6mm.，为Q360冷弯钢管焊接而成。用ansys建模型图如下：

b)有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界条件处理、求解控制）

pipe16是一种单轴单元，具有拉压、扭转、和弯曲性能。<0{<}0{>该单元在两个结点有6个自由度：沿节点X,Y,Z方向的平移和绕结点X,Y,Z轴的旋转。<0}该单元基于三维梁单元(BEAM4)，包含了根据对称性和标准管几何尺寸进行的简化。根据钢管的特性比较符合pipe16的描述。

结点布置及规模、网格划分方案：根据所选择的单元ansys自动帮助选择确定节点布置和规模。

载荷及边界条件处理：风荷载根据荷载规范计算，基本分压w0=v02÷1600，wk=βzμzμs w0= 0.4736N/m2,灯箱F=10×9.8=98N，把风荷载和灯箱荷载依次加到节点上，加载图如下：

边界条件处理：根据设计，将钢管底部和混凝土基础上的预埋件用高强螺栓连接，可以近似的看做全约束。

9．多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等）

单元改变对精度的影响分析：如果选用beam4单元，Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移。可用于计算应力硬化及大变形的问题。通过一个相容切线刚度矩阵的选项用来考虑大变形（有限旋转）的分析。原方案中的单元精度和实际有些微的差距。

10．建议与体会

我觉的ansys的功能强大，做好ansys的分析建模是关键，所选的单元不一样，最后的结果差距也比较大。我们应该根据，所学的力学知识尤其是结构力学的只是，充分理解结构的特点，才可以比较正确的选择单元。

该体的命令流如下：

R1=100

D1=14

R2=40

D2=8

R3=30

D3=6

H=6000

L=8000

M=2000

N=4900

A=400

B=700

C=2000

/PREP7  

ET,1,beam4

M定义材料弹性模量EX

MP,PRXY,1,0.3

R,1,100,D1, , , , ,

R,2,40,D2, , , , ,

R,3,30,D3, , , , ,

/VIEW,1,,-1

k,1,0,0,0

k,2,0,0,H-A-B

k,3,0,0,H-A

k,4,0,0,H

l定义各个单元

l, 2, 3

l, 3, 4

LATT,1,1,1

LESIZE,

LMESH,1,3,1

k,5,-M,0,H-A

k,6,-2*M,0,H-A

k,7,-3*M,0,H-A

k,8,-4*M,0,H-A

k,9,-M,0,N+150

k,10,-2*M,0,N+300

k,11,-3*M,0,N+450

K,12,-4*M,0,N+600

l定义各个单元

l, 5, 6

l, 6, 7

l定义各个单元

l, 2, 9

l, 9, 10

l定义各个单元

l, 11, 12

LATT,1,2,1

LESIZE,

LMESH,4,11,1

l, 5, 9

l定义各个单元

l, 7, 11

LATT,1,3,1

LESIZE,

LMESH,12,14,1

k,13,-4*M,0,H-200

k,14,-4*M,0,N+100

l, 8, 12

l,12,14

LATT,1,1,1

LESIZE,

LMESH,15,17,1

NUMMRG,node,,,,LOW

NUMMRG,kp,,,,LOW

!位移约束

!底部

/prep7

nsel,s,LOC,Z,0

D,ALL,ALL

ALLSEL

ALLSEL,ALL 

Nplot 

f施加单位力

allsel,all

Nplot 

f施加单位力

allsel,all

Nplot 

f施加单位力

allsel,all

Nplot 

f施加单位力

allsel,all

/AUTO,1 

/REP,FAST  

/VIEW,1,1,1,1  

A定义Z方向的重力加速度9.8

! (4)在求解模块开始求解

/SOLU

SOLVE

FINISH