《有限元教程》20例ANSYS经典实例
【ANSYS 算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析
针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图3-19所示的框架结构，其顶端受均布力作用，用有限元方法分析该结构的位移。结构中各个截面的参数都为：113.010Pa E =?，
746.510m I -=?，426.810m A -=?，相应的有限元分析模型见图3-20。在ANSYS 平台
上，完成相应的力学分析。
图3-19 框架结构受一均布力作用
（a ） 节点位移及单元编号 （b ） 等效在节点上的外力
图3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载
解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。 1．基于图形界面的交互式操作(step by step)
(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): beam3→Run → OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK
(3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →beam ：2D elastic 3 →OK (返回到Element Types 窗口) →Close
(4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu:Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Linear →Elastic→Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) →OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口
(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close
(6) 生成几何模型
生成节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→In Active CS→Node number 1 →X:0,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 2 →X:1.44,Y:0.96,Z:0 →Apply→Node number 3 →X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 →X:1.44,Y:0,Z:0→OK
生成单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Element →Auto Numbered →Thru Nodes →选择节点1，2(生成单元1)→apply →选择节点1，3(生成单元2)→apply →选择节点2，4(生成单元3)→OK
(7)模型施加约束和外载
左边加X方向的受力
ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes →选择节点1→apply →Direction of force: FX →V ALUE：3000 →OK→
上方施加Y方向的均布载荷
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Beams →选取单元1(节点1和节点2之间)→apply →V ALI：4167→V ALJ：4167→OK
左、右下角节点加约束
ANSYS Main Menu:Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Nodes →选取节点3和节点4 →Apply →Lab:ALL DOF →OK
(8) 分析计算
ANSYS Main Menu:Solution →Solve →Current LS →OK →Should the Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口
(9) 结果显示
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape … →Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results)
(10) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK
(11) 计算结果的验证
与MA TLAB支反力计算结果一致。
2．完全的命令流
!%%%%%%%%%% [典型例题]3.3.7(3) %%% begin %%%%%
/ PREP7 !进入前处理
ET,1,beam3 !选择单元类型
R,1,6.5e-7,6.8e-4 !给出实常数(横截面积、惯性矩)
MP,EX,1,3e11 !给出材料的弹性模量
N,1,0,0.96,0 !生成4个节点,坐标(0,0.96,0)，以下类似
N,2,1.44,0.96,0
N,3,0,0,0
N,4,1.44,0,0
E,1,2 !生成单元(连接1号节点和2号节点) ，以下类似E,1,3
E,2,4
D,3,ALL !将3号节点的位移全部固定
D,4,ALL !将4号节点的位移全部固定
F,1,FX,3000 !在1号节点处施加X方向的力(3000) SFBEAM,1,1,PRESS,4167 !施加均布压力
FINISH !结束前处理状态
/SOLU !进入求解模块
SOLVE !求解
FINISH !结束求解状态
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !显示变形状况
FINISH !结束后处理
!%%%%%%%%%% [典型例题]3.3.7(3) %%% end %%%%%
【ANSYS算例】3.4.2(1) 基于图形界面的桁架桥梁结构分析(step by step) 下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)，见图3-22。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。桥长L=32m,桥高H=5.5m。桥身由8段桁架组成，每段长4m。该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2和P3，其中P1= P3=5000 N, P2=10000N，见图3-23。
图3-22位于密执安的"Old North Park Bridge" (1904 - 1988)
图3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)
表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数
解答以下为基于ANSYS图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。(1) 进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序→ANSYS →ANSYS Interactive →Working directory（设置工作目录）→Initial jobname （设置工作文件名）:TrussBridge →Run →OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu：Preferences… →Structural →OK
(3) 定义单元类型
ANSYS Main Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Beam: 2d elastic 3 →OK（返回到Element Types窗口）→Close
(4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add…→select Type 1 Beam 3 →OK →input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁) →Apply →input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2号实常数用于弦杆) →Apply →input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3号实常数用于底梁) →OK (back to Real Constants window) →Close (the Real Constants window)
(5) 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(定义泊松比及弹性模量) →OK →Density(定义材料密度) →input DENS: 7800, →OK →Close（关闭材料定义窗口）
(6) 构造桁架桥模型
生成桥体几何模型
ANSYS Main Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 →Apply →同样输入其余15个特征点坐标（最左端为起始点，坐标分别为(4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5), (16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)）→Lines →Lines →Straight Line →依次分别连接特征点→OK
网格划分
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked Lines →选择桥顶梁及侧梁→OK →select REAL: 1, TYPE: 1 →Apply →选择桥体弦杆→OK →select REAL: 2, TYPE: 1 →Apply →选择桥底梁→OK →select REAL: 3, TYPE:1 →OK →ANSYS Main Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool →位于Size Controls下的Lines：Set →Element Size on Picked →Pick all →Apply →NDIV：1 →OK →Mesh →Lines →Pick all →OK (划分网格)
(7) 模型加约束
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural→Displacement →On Nodes →选取桥身左端节点→OK →select Lab2: All DOF(施加全部约束)→Apply →选取桥身右端节点→OK →select Lab2: UY(施加Y方向约束)→OK
(8) 施加载荷
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →选取底梁上卡车两侧关键点（X坐标为12及20）→OK →select Lab: FY，Value: -5000 →Apply →选取底梁上卡车中部关键点（X坐标为16）→OK →select Lab: FY，Value: -10000 →OK →ANSYS Utility Menu：→Select →Everything
(9) 计算分析
ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Current LS →OK
(10) 结果显示
ANSYS Main Menu：General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def shape only →OK （返回到Plot Results）→Contour Plot →Nodal Solu →DOF Solution, Y-Component of Displacement →OK（显示Y方向位移UY）(见图3-24(a))
定义线性单元I节点的轴力
ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_I], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close
定义线性单元J节点的轴力
ANSYS Main Menu →General Postproc →Element Table →Define Table →Add →Lab: [bar_J], By sequence num: [SMISC,1] →OK →Close
画出线性单元的受力图(见图3-24(b))
ANSYS Main Menu →General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Line Elem Res →LabI: [ bar_I], LabJ: [ bar_J], Fact: [1] →OK
(11) 退出系统
ANSYS Utility Menu：File →Exit →Save Everything →OK
(a)桥梁中部最大挠度值为0.003 374m (b)桥梁中部轴力最大值为25 380N
图3.24 桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果
【ANSYS算例】3.4.2(2) 基于命令流方式的桁架桥梁结构分析
!%%%%% [ANSYS算例]3.4.2(2) %%%%% begin %%%%%%
!------注：命令流中的符号$，可将多行命令流写成一行------
/prep7 !进入前处理
/PLOPTS,DA TE,0 !设置不显示日期和时间
!=====设置单元和材料
ET,1,BEAM3 !定义单元类型
R,1,2.19E-3,3.83e-6, , , , , !定义1号实常数用于顶梁侧梁
R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定义2号实常数用于弦杆
R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定义3号实常数用于底梁
MP,EX,1,2.1E11 !定义材料弹性模量
MP,PRXY,1,0.30 !定义材料泊松比
MP,DENS,1,,7800 !定义材料密度
!-----定义几何关键点
K,1,0,0,, $ K,2,4,0,, $ K,3,8,0,, $K,4,12,0,, $K,5,16,0,, $K,6,20,0,, $K,7,24,0,, $K,8,28,0,, $K,9,32,0,, $K,10,4,5.5,, $K,11,8,5.5,, $K,12,12,5.5,, $K,13,16,5.5,, $K,14,20,5.5,, $K,15,24,5.5,, $K,16,28,5.5,,
!-----通过几何点生成桥底梁的线
L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9
!------生成桥顶梁和侧梁的线
L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10
!------生成桥身弦杆的线
L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16
!------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
LSEL,S,,,9,16,1,
LA TT,1,1,1,,,,
!-----选择桥身弦杆指定单元属性
LSEL,S,,,17,29,1,
LA TT,1,2,1,,,,
!-----选择桥底梁指定单元属性
LSEL,S,,,1,8,1,
LA TT,1,3,1,,,,
!------划分网格
AllSEL,all !再恢复选择所有对象
LESIZE,all,,,1,,,,,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置LMESH,all !对所有几何线进行单元划分
!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/solu
NSEL,S,LOC,X,0 !根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,ALL,,,,, !对所选择的节点施加位移约束
AllSEL,all !再恢复选择所有对象
NSEL,S,LOC,X,32 !根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,,UY,,,, !对所选择的节点施加位移约束
ALLSEL,all !再恢复选择所有对象
!------基于几何关键点施加载荷
FK,4,FY,-5000 $FK,6,FY,-5000 $FK,5,FY,-10000
/replot !重画图形
Allsel,all !选择所有信息(包括所有节点、单元和载荷等) solve !求解
!=====进入一般的后处理模块
/post1 !后处理
PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !显示Y方向位移
PLNSOL, U,X, 0,1.0 !显示X方向位移
!------显示线单元轴力------
ETABLE,bar_I,SMISC, 1
ETABLE,bar_J,SMISC, 1
PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 !画出轴力图
finish !结束
!%%%%% [ANSYS算例]3.4.2(2) %%%%% end %%%%%%
【ANSYS算例】3.4.2(3) 基于参数化方式的桁架桥梁结构分析
!%%%%%%% [ANSYS算例]3.4.2(3) %%% begin %%%%%%%
!------注：以下命令流中的符号$，表示可将多行命令流写成一行-----------
/prep7 !进入前处理
/PLOPTS,DA TE,0 !设置不显示日期和时间
!=====进行参数化建模的参数设置
!(1)将桥梁总长度设为L，每段水平桁架长度设为DL，桥梁高度设为H
L=32
DL=L/8
H=5.5
!(2)将桥梁钢截面的面积设为A，惯性矩设为I
A1=2.19E-3
I1=3.83E-6
A2=1.185E-3
I2=1.87E-6
A3=3.031E-3
I3=8.47E-6
!(3)将弹性模量和泊松比设为参数
e_modu=2.1e11
prxy_Poi=0.3
!(4)将载荷值设为参数
P1=-5000 $P2=-10000 $P3=-5000
!======下面开始有限元的建模和分析
ET,1,BEAM3 !定义单元类型
R,1,A1,I1, , , , , !定义1号实常数用于顶梁侧梁
R,2,A2,I2,0,0,0,0, !定义2号实常数用于弦杆
R,3,A3,I3,0,0,0,0, !定义3号实常数用于底梁
!-------定义钢的弹性模量和泊松比
MP,EX,1,e_modu
MP,PRXY,1,prxy_Poi
MP,DENS,1,,7800 !定义材料密度
!-----定义关键点
K,1,0,0,, $K,2,DL,0,, $K,3,2*DL,0,, $K,4,3*DL,0,, $K,5,4*DL,0,, $K,6,5*DL,0,,
K,7,6*DL,0,, $K,8,7*DL,0,, $K,9,8*DL,0,, $K,10,DL,H,, $K,11,2*DL,H,, $K,12,3*DL,H,,
K,13,4*DL,H,, $K,14,5*DL,H,, $K,15,6*DL,H,, $K,16,7*DL,H,,
!-----通过几何点生成桥底梁的线
L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9
!------生成桥顶梁和侧梁的线
L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10
!------生成桥身弦杆的线
L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16 !------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
LSEL,S,,,9,16,1,
LA TT,1,1,1,,,,
!-----选择桥身弦杆指定单元属性
LSEL,S,,,17,29,1,
LA TT,1,2,1,,,,
!-----选择桥底梁指定单元属性
LSEL,S,,,1,8,1,
LA TT,1,3,1,,,,
!------划分网格
AllSEL,all !再恢复选择所有对象
LESIZE,all,,,1,,,,,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置LMESH,all !对所有几何线进行单元划分
!=====在求解模块中，施加位移约束、外力，进行求解
/solu
NSEL,S,LOC,X,0 !选择x=0处的节点
D,all,,,,,,ALL,,,,, !施加完全固定的约束
AllSEL,all
NSEL,S,LOC,X,L !选择x=L处的节点
D,all,,,,,,,UY,,,, !施加UY方向固定的约束
ALLSEL,all
!-----施加载荷
FK,4,FY,P1 $FK,6,FY,P3 $FK,5,FY,P2
/replot
Allsel,all !选择所有信息(包括所有节点，单元，载荷等) solve !求解
!=====进入一般的后处理模块
/post1 !后处理
PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !显示Y方向位移
PLNSOL, U,X, 0,1.0 !显示X方向位移
!------显示线单元轴力
ETABLE,bar_I,SMISC, 1
ETABLE,bar_J,SMISC, 1
PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1
finish !结束
!%%%%%%% [ANSYS算例]3.4.2(3) %% end %%%%%
【ANSYS 算例】4.3.2(4) 三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较
针对【典型例题】4.3.2(3)的问题，即如图4-7所示的平面矩形结构，取
1,1,0.25E t μ===，假设约束和外载为
BC(): 0,0,0
BC(): 1,0,1,0,0A A D Bx By Cx Cy Dy u u v u p P P P P P ===??
?=-====??位移边界条件力边界条件
(4-67)
图4-7 平面矩形结构的有限元分析
在ANSYS 平台上，进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，完成相应的力学分析。
解答 下面基于ANSYS 平台，
进行三角形单元与矩形单元的精细网格的划分，见图4-11。对该问题进行有限元分析的过程如下。
(a)采用三角形单元的划分 (b)采用四边形单元的划分
图4-11 基于ANSYS 平台的精细网格划分(每边划分10段)
1 基于图形界面的交互式操作(step by step)
(1) 进入ANSYS （设定工作目录和工作文件）
程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory （设置工作目录）→ Initial jobname （设置工作文件名）: TrussBridge → Press → Run → OK (2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK (3) 定义分析类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Analysis Type → New Analysis → STATIC → OK (4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models →Structural → Linear
→Elastic →Isotropic →EX: 1（弹性模量), PRXY: 0.25(泊松比)→OK →鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口
(5)定义单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Structural Solid: Quad 4node 42 →OK（返回到Element Types窗口）→Close
(6)设置为带厚度的平面问题
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1→OK→Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), THK: 1 (平面问题的厚度)→OK →Close
(7) 定义实常数以确定厚度
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants…→Add…→Type 1 Plane42 →OK →Real Constants Set No: 1（第1号实常数）, Thickness: 1（平面问题的厚度）→OK →Close
(8) 构造模型
生成几何模型
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0,0,0 →Apply →（同样方式输入其余3个特征点坐标，分别为(1,0,0), (1,1,0), (0,1,0) ）→OK
连接点生成面
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPs →Min，Max，Inc：1,4,1 →OK
(9) 设定模型材料
ANSYS Main Menu:Preprocessor →Modeling →Create →Elements →Elem Attributes →MAT: 1 ,TYPE: 1 PLANE42,REAL: 1→OK
(10) 网格划分
ANSYS Utility Menu: Select →Entities →Lines →Sele All →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Size Cntrls →ManualSize →Lines →All Lines→Element Sizes on All Selected Lines: NDIV: 10 (每一条线分为10段) ，SPACE: 1 →OK →ANSYS Main Menu：Preprocessor →Meshing →MeshTool →Mesh：Areas，Shape：Tri，mapped →Mesh →Pick ALL
(11) 模型加约束
ANSYS Utility Menu: Select →Everything
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Loads →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On Keypoints→Min，Max，Inc：1 →OK →lab2：ALL DOF(约束1号特征点所有方向上的位移) →Apply →Min，Max，Inc：4 →OK →lab2：UX(约束4号特征点X方向上的位移) →OK
(12) 施加载荷
在2号特征点上施加–X方向的外载
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Loads →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Keypoints →Min，Max，Inc： 2 →OK →Direction of force/mom: FX , Force/moment value: -1 →Apply
在3号节点上施加X方向的外载
ANSYS Main Menu: Preprocessor→Loads →Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment→On Keypoints →Min，Max，Inc： 3 →OK →Direction of force/mom: FX，Force/moment value: 1 →OK
(13) 计算分析
ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK
(14) 结果显示
显示变形前后的位移
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed shape →Def + undeformed →OK
ANSYS Utility Menu: Parameters →Scalar Parameters →Selection下输入NB=NODE(1,0,0) →Accept→(以同样方式输入其余需要的结果参数表达式，分别为NB_UX=UX(NB)；NB_UY=UY(NB)；NC=NODE(1,1,0)；NC_UX=UX(NC) ；NC_UY=UY(NC)；STR_ENGY= 0.5*(NB_UX*(-1)+ NC_UX*(1))；POTE_ENGY=-0.5*(NB_UX*(-1)+ NC_UX*(1)) ) →Close
ANSYS Utility Menu: List →Status →Parameters →All Parameters（显示所有计算结果）(15) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File →Exit →Save Everything →OK
2 完整的命令流
!%%%%%%%% [ANSYS算例]4.3.2(4) %%%% begin %%%%%%%
/PREP7 !进入前处理
ANTYPE,STA TIC !设定为静态分析
MP,EX,1,1 !定义1号材料的弹性模量
MP,PRXY,1,0.25 !设定1号材料的泊松比
ET,1,PLANE42 ! 选取单元类型1
KEYOPT,1,3,3 !设置为带厚度的平面问题
R,1,1 ! 设定实常数No.1，厚度
K,1,0,0,0 !生成几何点No.1
K,2,1,0,0 !生成几何点No.2
K,3,1,1,0 !生成几何点No.3
K,4,0,1,0 !生成几何点No.4
A,1,2,3,4 !由几何点连成几何面No.1
MA T,1 ! 设定为材料No.1
TYPE,1 ! 设定单元No.1
REAL,1 ! 设定实常数No.1
!------设置单元划分
LSEL,ALL !选择所有的线
LESIZE,all, , ,10, , , , ,1 !将所选择的线划分成10段
MSHAPE,1,2D !设置三角形单元
!MSHAPE,0,2D !设置四边形单元
MSHKEY,1 !设置映射划分
AMESH,1 !对面No.1进行网格划分
ALLSEL,ALL !选择所有的对象
DK,1,ALL ! 对几何点1施加固定的位移约束
DK,4,ALL ! 对几何点4施加固定的位移约束
FK,2,FX,-1 ! 对几何点2施加外力FX=–1
FK,3,FX,1 ! 对几何点3施加外力FX=1
FINISH !结束前处理
/SOLU !进入求解模块
SOLVE !求解
FINISH !结束求解
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !计算的变形位移显示(变形前与后的对照)
NB=NODE(1,0,0) !获取几何位置为(1,0,0) (B点)所对应的节点号码，赋值给NB NB_UX=UX(NB) !获取节点号NB处的位移UX，赋值给NB_UX
NB_UY=UY(NB) !获取节点号NB处的位移UY，赋值给NB_UY
ALLSEL,ALL ! 选择所有的对象
NC=NODE(1,1,0) ! 获取几何位置为(1,1,0) (C点)所对应的节点号码，赋值给NC NC_UX=UX(NC) ! 获取节点号NC处的位
移UX，赋值给NC_UX
NC_UY=UY(NC) !获取节点号NC处的位移UY，赋值给NC_UY
STR_ENGY= 0.5*(NB_UX*(-1)+ NC_UX*(1)) !计算结构系统的应变能
POTE_ENGY=-0.5*(NB_UX*(-1)+ NC_UX*(1)) ! 计算结构系统的势能
*status,parm !显示所有的参数
!%%%%%%%% [ANSYS算例]4.3.2(4) %%%% end %%%%%
【ANSYS 算例】4.7.1(3) 基于3节点三角形单元的矩形薄板分析
如图4-20所示为一矩形薄平板，在右端部受集中力100 000N F =作用，材料常数为：弹性模量7110Pa E =?、泊松比1/3μ=，板的厚度为0.1m t =，在ANSYS 平台上，按平面应力问题完成相应的力学分析。
(a) 问题描述 (a) 有限元分析模型
图4–20 右端部受集中力作用的平面问题(高深梁)
解答 在ANSYS 平台上，完成的分析如下。 1. 基于图形界面的交互式操作(step by step)
(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序 → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): 2D3Node →Run → OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu : Preferences… → Structural → OK
(3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →Solid ：Quad 4node 42 →OK (返回到Element Types 窗口) → Options… →K3: Plane Strs w/thk(带厚度的平面应力问题) →OK →Close
(4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic → Isotropic: EX:1.0e7 (弹性模量)，PRXY: 0.33333333 (泊松比) → OK → 鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口
(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1→ OK →Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), THK: 0.1 (平面问题的厚度) →OK →Close
(6) 生成单元模型 生成4个节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Nodes → On Working Plane →输入节点1的x,y,z 坐标(2,1,0)，回车→输入节点2的x,y,z 坐标(2,0,0)，回车→输入节点3的x,y,z 坐标(0,1,0)，回车→输入节点4的x,y,z 坐标(0,0,0)，回车→OK
定义单元属性
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Elem Attributes →Element type number:1 →Material number:1→Real constant set number:1 →OK
生成单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → User Numbered → Thru Nodes →Number to assign to element:1→Pick nodes:2,3,4→OK →Number to assign to element:2→Pick nodes:3,2,1→OK
(7) 模型施加约束和外载
左边两个节点施加X,Y 方向的位移约束
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply →Structural → Displacement → On
Nodes→鼠标选取节点3，4→OK →Lab2 DOFs to be constrained: UX，UY，V ALUE：0→OK 右边两个节点施加Y方向的集中力载荷
ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes→鼠标选取节点1，2→OK→Direction: FY→V ALUE: -0.5e5 →OK
(8) 分析计算
ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口
(9) 结果显示
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape …→Def + Undeformed →OK (返回到Plot Results) →Contour Plot→Nodal Solu …→Stress, Von Mises, Undisplaced shape key: Deformed shape with Undeformed model→OK (还可以继续观察其他结果)
(10) 退出
ANSYS Utility Menu: File→ Exit …→ Save Everything→OK
2 完整的命令流
!%%%%%%% [ANSYS算例]4.7.1(3) %%%% begin %%%%%
/PREP7 !进入前处理
!=====设置单元和材料
ET,1,PLANE42 !定义单元类型
KEYOPT,1,3,3 !带厚度的平面应力问题
MP,EX,1,1.0e7 !定义材料弹性模量
MP,PRXY,1,0.33333333 !定义材料泊松比
R,1,0.1 !定义实常数（平板厚度0.1）
!------定义4个节点
N,1,2,1,0,,,, !节点1,坐标(2,1,0)
N,2,2,0,0,,,, !节点2,坐标(2,0,0)
N,3,0,1,0,,,, !节点3,坐标(0,1,0)
N,4,0,0,0,,,, !节点4,坐标(0,0,0)
!------设置划分网格的单元和材料类型
TYPE,1 !设置单元类型1
MA T,1 !设置材料类型1
TSHAP,LINE !设置由节点连成直边的单元
!-------生成单元
EN,1,2,3,4 !由4个节点生成一个单元
EN,2,3,2,1 !由4个节点生成另一个单元
!-------施加约束位移
D,3,,,,,,UX,UY,UZ,,, !对3号节点, 完全位移约束
D,4,,,,,,UX,UY,UZ,,, !对4号节点, 完全位移约束
!-------施加载荷
F,1,FY,-0.5e5 !对1号节点, 施加FY=-0.5e5
F,2,FY,-0.5e5 !对2号节点, 施加FY=-0.5e5
!=====进入求解模块
/solu !求解模块
solve !求解
finish !退出所在模块
!=====进入一般的后处理模块
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !计算的变形位移显示(变形前与后的对照)
!%%%%%%% [ANSYS算例]4.7.1(3) %%%% end %%%%%
【ANSYS 算例】4.7.2(2) 基于4节点四边形单元的矩形薄板分析
针对【MA TLAB 算例】4.7.2(1)的模型，即如图4-21所示的一个薄平板，在右端部受集中力F 作用，其中的参数为：75
110Pa,=1/3,=0.1m,=110N E t F μ=??。在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。
(a) 问题描述 (b) 有限元分析模型
图4-21 右端部受集中力作用的薄平板
解答 下面对该平面结构进行整体建模和分析，按照图4-21(b)的模型，该结构被划分为左右两个4节点单元。
1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)
(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序 →ANSYS →ANSYS product launcher →Filemanagement →Working directory (设置工作目录) →Jobname (设置工作文件名): rectangular →Run → OK (2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu : Preferences… → Structural → OK
(3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →Solid ：Quad 4node 42 →OK (返回到Element Types 窗口) → Options… →K3: Plane Strs w/thk(带厚度的平面应力问题) →OK →Close
(4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic → Isotropic: EX:1e7 (弹性模量)，PRXY: 0.3 (泊松比) → OK → 鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口
(5) 定义实常数以确定平面问题的厚度
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1→ OK →Real Constant Set No: 1 (第1号实常数), THK: 0.1 (平面问题的厚度) →OK →Close
(6) 建立节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Nodes → In Active CS → NODE:(节点编号) → X,Y , Z:(节点坐标) → THXY ，THYZ ，THZX ：（旋转角度，不填，默认为零）→ Apply → 最后一个节点坐标输入→ OK
(7) 建立单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → User Numbered → Thru Nodes → Number to assign to element: 1 → Apply → 用鼠标依次选取点3，5，6，4 → Apply → Number to assign to element: 2 → Apply → 用鼠标依次选取点1，3，4，2 → OK (8) 模型施加约束和外载
左边两节点加X和Y两方向的约束
ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Displacement→On Nodes→用鼠标选择左侧边上两个节点(节点5，6) →OK→Lab2 DOFs to be constrained : All DOF →V ALUE →0(默认值为零)→OK
右边加Y方向的外载
ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment→On Nodes→用鼠标选择右侧边上的两个节点(节点1，2)→OK →Lab Direction of force/mom: FY ，V ALUE：-5.0e4→OK
(9) 分析计算
ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口
(10) 结果显示
ANSYS Main Menu: General Postproc → List Results→ Nodel Solution→ DOF Solution → Displacement vector sum→ OK(可得到节点位移结果如下)
ANSYS Main Menu: General Postproc → List Results→ Reaction Solu → All items → OK , (可得到5，6节点支反力)
ANSYS Main Menu: General Postproc → List Results→ Element Solution→ Stress → X-component of stress→ OK(得到单元X方向应力结果如下，依照相同方法可以得到其它方向结果)
(11) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File→ Exit …→ Save Everything→OK
2 完整的命令流
!%%%%%%%%% [ANSYS算例] 4.7.2(2) %%%%% begin %%%%
/prep7 !进入前处理
et,1,plane42 !定义单元类型(no.1 plane42 )
KEYOPT,1,3,3 !设置带厚度的平面应力
mp,ex,1,1e7 !设置弹性模量
mp,prxy,1,0.33333 !设置泊松比
R,1,0.1, ! 定义厚度(0.1)
!------定义6个节点
N,1,2,1,,,,, ! 节点1,坐标(2,1,0)
N,2,2,,,,,, ! 节点2,坐标(2,0,0)
N,3,1,1,,,,, ! 节点3,坐标(1,1,0)
N,4,1,0,,,,, ! 节点4,坐标(1,0,0)
N,5,0,1,,,,, ! 节点5,坐标(0,1,0)
N,6,0,0,,,,, ! 节点6,坐标(0,0,0)
E,5,6,4,3 ! 由4个节点生成一个单元
E,3,4,2,1 ! 由4个节点生成另一个单元
d,5,all ! 对5号节点, 完全位移约束
d,6,all ! 对6号节点, 完全位移约束
F,1,FY,-50000 ! 对1号节点, 施加FY=-50000
F,2,FY,-50000 ! 对2号节点, 施加FY=-50000
!=====进入求解模块
/solu !求解模块
solve !求解
finish !退出所在模块
!=====进入一般的后处理模块
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !计算的变形位移显示(变形前与后的对照)
finish !退出
!%%%%%%%%% [ANSYS算例] 4.7.2(2) %%%%% end %%%%
【ANSYS 算例】4.8.1(2) 基于4节点四面体单元的空间块体分析
针对【MA TLAB 算例】4.8.1(1)的模型，即如图4-22所示的一个块体，在右端面上端点受集中力F 作用，计算各个节点位移、支反力以及单元的应力。在ANSYS 平台上，完成相应的力学分析。
取相关参数为：10
5
110Pa,=0.25,=110N E F μ=??。
图4-22 一个空间块体的分析
解答 计算分析模型如图4-22所示，下面同样采用5个4节点四面体单元对该结构进行分析。
1. 基于图形界面的交互式操作(step by step)
(1) 进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序 →ANSYS → ANSYS Interactive →Working directory (设置工作目录) →Initial jobname (设置工作文件名): TBrick →Run → OK
(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu : Preferences… → Structural → OK (3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete… →Add… →Solid ：Brick 8node 45 →OK (返回到Element Types 窗口) →Close
(4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic → Isotropic: EX:1e10(弹性模量)，PRXY: 0.25 (泊松比) → OK → 鼠标点击该窗口右上角的“ ”来关闭该窗口
(5) 定义节点和单元 定义节点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Node → In Active CS → NODE : 1, X,Y,Z : 分别输入0,0,0（表示1号节点的坐标）→ Apply → 继续输入2~8号节点的坐标，在输入完8号节点坐标后→按OK
生成单元
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Element → User Numberd → Thru Nodes → Number to assign to element: 1 → 弹出对话框中输入：1，4，2，6 → OK → 再点击Thru Nodes → Number to assign to element: 2 → 在弹出的对话框中输入：1，4，3，7 → OK →重复操作上面的过程，按照表中给出的节点顺序输入完5个单元→ OK
(6) 模型施加约束和外载
在7，8节点施加沿－Z方向的集中载荷
ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Force/Moment→On Nodes→在方框中键入：7（也可用鼠标在模型中点选相应的节点）→OK →Direction of Force: FZ，V ALUE：-1e5→Apply →在方框中输入：8 →Direction of Force: FZ，V ALUE：-1e5→OK 在1，2，5，6节点施加约束
ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply →Structural →Displacement→On Nodes→用鼠标选择节点→OK→Lab2 All DOFs (默认值为零) →OK
(7) 分析计算
ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK→Should The Solve Command be Executed? Y→Close (Solution is done! ) →关闭文字窗口
(8) 对比结果
节点位移
ANSYS Main Menu: General Postproc →List Results→Nodal Solution→DOF Solution →Displacement vector sum →OK (对比结果，和Matlab计算结果一致)
支反力
ANSYS Main Menu: General Postproc →List Results→Reaction Solu→All items →OK (对比结果，和Matlab计算结果一致)
单元应力
ANSYS Main Menu: General Postproc →List Results→Element Solution→Stress →X –component of stress →OK (对比结果，和Matlab计算结果一致)
(9) 退出系统
ANSYS Utility Menu: File→Exit …→Save Everything→OK
2 完整的命令流
!%%%%%%%%%% [ANSYS算例] 4.8.1(2) %%%%% begin %%%%
/PREP7 !进入前处理
!=====设置单元和材料
ET,1,SOLID45 !定义单元类型(SOLID45)
MP,EX,1,1e10 !定义材料弹性模量
MP,PRXY,1,0.25 !定义材料泊松比
!------定义8个节点
N,1,0,0,0,,,, !节点1,坐标(0,0,0)，以下类似
N,2,0.2,0,0,,,,
N,3,0,0.8,0,,,,
N,4,0.2,0.8,0,,,,
N,8,0.2,0.8,0.6,,,,
N,7,0,0.8,0.6,,,,
N,6,0.2,0,0.6,,,,
N,5,0,0,0.6,,,,
!------基于节点生成单元
EN,1,1,4,2,6 !由节点1,4,2,6生成单元1，以下类似，共5个单元
EN,2,1,4,3,7
EN,3,6,7,5,1
EN,4,6,7,8,4
EN,5,1,4,6,7
FINISH
!=====进入求解模块
/SOLU
F,7,FZ,-100000,,, !在节点7处施加FZ, -100000
F,8,FZ,-100000,,, !在节点8处施加FZ, -100000
D,1, ,0, ,2, ,ALL, , , , , !对节点1和2，施加固定约束
D,5, ,0, ,6, ,ALL, , , , , !对节点5和6，施加固定约束
SOLVE !求解
FINISH !退出该模块
!=====进入一般的后处理模块
/POST1 !进入后处理
PLDISP,1 !计算的变形位移显示(变形前与后的对照) !%%%%%%%%%% [ANSYS算例] 4.8.1(2) %%%%% end %%%%
- 实例ANSYS
- ANSYS经典APDL程序实例
- ANSYS经典实例汇集(共72个例子)
- ansys旋转经典命令流
- 几个ansys经典实例(长见识)
- ANSYS经典应用实例(从入门到精通)
- ANSYS经典实例
- ANSYS命令详解(超全)
- ansys命令流
- 命令流ansys经典实例
- ANSYS经典界面讲解
- ansys旋转经典命令流
- ansys的几种优化方法_命令流
- ANSYS-结构稳态(静力)分析之经典实例-命令流格式
- ANSYS分析经典冲压实例命令流文件
- ANSYS经典实例汇集(共72个例子)
- ANSYS经典应用实例(入门和提高好帮手)
- 《有限元教程》_【20例ANSYS经典实例】
- ANSYS案例——20例ANSYS经典实例】
- ANSYS经典应用实例(入门和提高好帮手)