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ANSYS一种结构瞬态分析实例

ANSYS一种结构瞬态分析实例
ANSYS一种结构瞬态分析实例

第二日 练习主题:各种网格划分方法

输入实体模型尝试用映射、自由网格划分,并综合利用多种网格划分控制方法

一个瞬态分析的例子

练习目的:熟悉瞬态分析过程

练习过程:瞬态(FULL)完全法分析板-梁结构实例

如图1所示板-梁结构,板件上表面施加随时间变化的均布压力,计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。

全部采用A3钢材料,特性:

杨氏模量=2e112/m N 泊松比=0.3 密度=7.8e33

/m Kg

板壳: 厚度=0.02m

四条腿(梁)的几何特性:

截面面积=2e-42m 惯性矩=2e-84m 宽度=0.01m 高度=0.02m

压力载荷与时间的关系曲线如图2所示。

图1 质量梁-板结构及载荷示意图

压力(N/m 2)

10000 5000

0 1 2 4 6 时间(s )

图 2 板上压力-时间关系

分析过程

第1步:设置分析标题

1. 选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title 。

2. 输入“ The Transient Analysis of the structure ”,然后单击OK 。

第2步:定义单元类型

单元类型1为SHELL63,单元类型2为BEAM4

第3步:定义单元实常数

实常数1为壳单元的实常数1,输入厚度为0.02(只需输入第一个值,即等78厚度壳)

实常数2为梁单元的实常数,输入AREA 为2e-4惯性矩IZZ=2e-8,IYY =2e-8宽度TKZ=0.01,高度TKY=0.02。

第5步:杨氏模量EX=2e112/m N 泊松比NUXY=0.3 密度DENS=7.8e33

/m Kg 第6步:建立有限元分析模型

1. 创建矩形,x1=0,x2=2,y1=0,y2=1

2. 将所有关键点沿Z 方向拷贝,输入DZ =-1

3. 连线。将关键点1,5;2,6;3,7;4,8分别连成直线。

4. 设置线的分割尺寸为0.1,首先给面划分网格;然后设置单元类型为2,实常数为2,

对线5到8划分网格。

第7步:瞬态动力分析

1. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis ,弹出New Analysis

对话框。

2. 选择Transient ,然后单击OK ,在接下来的界面仍然单击OK 。

3. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Damping ,弹出

Damping Specifications 窗口。

4. 在Mass matrix multiplier 处输入5。单击OK 。

5. 选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural-

Displacement>On Nodes 。弹出拾取(Pick )窗口,在有限元模型上点取节点232、242、252和262,单击OK ,弹出Apply U,ROT on Nodes 对话框。

6. 在DOFS to be constrained 滚动框中,选种“All DOF ”(单击一次使其高亮度显示,

确保其它选项未被高亮度显示)。单击OK 。

7. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything 。

8. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File ,弹

出Controls for Database and Results File Writing 窗口。

9. 在Item to be controlled 滚动窗中选择All items ,下面的File write frequency 中选择

Every substep 。单击OK 。

10. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time

Step ,弹出Time – Time Step Options 窗口。

11. 在Time at end of load step 处输入1;在Time step size 处输入0.2;在Stepped or ramped

b.c 处单击ramped ;单击Automatic time stepping 为on ;在Minimum time step size 处输入0.05;在Maximum time step size 处输入0.5。单击OK 。

12. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas 。弹

出Apply PRES on Areas 拾取窗口。

13. 单击Pick All ,弹出Apply PRES on Areas 对话框。

14. 在pressure value 处输入10000。单击OK

15. 选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File ,弹出Write Load Step File 对话框。

16. 在Load step file number n 处输入1,单击OK 。

17. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time

Step ,弹出Time – Time Step Options 窗口。

18. 在Time at end of load step 处输入2。单击单击OK 。

19.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File,弹出Write Load Step File 对话框。

20.在Load step file number n处输入2,单击OK。

21.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹

出Apply PRES on Areas拾取窗口。

22.单击Pick All,弹出Apply PRES on Areas对话框。

23.在pressure value处输入5000。单击OK

24.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time –Time

Step,弹出Time – Time Step Options窗口。

25.在Time at end of load step处输入4;在Stepped or ramped b.c处单击Stepped。单击

OK。

26.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File,弹出Write Load Step File 对话框。

27.在Load step file number n处输入3,单击OK。

28.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time –Time

Step,弹出Time – Time Step Options窗口。

29.在Time at end of load step处输入6。单击单击OK。

30.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas。弹

出Apply PRES on Areas拾取窗口。

31.单击Pick All,弹出Apply PRES on Areas对话框。

32.在pressure value处输入0。单击OK

33.选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File,弹出Write Load Step File 对话框。

34.在Load step file number n处输入4,单击OK。

35.选取菜单途径Main Menu>Solution>-Solve-From LS File,弹出Slove Load Step Files

对话框。

36.在Starting LS file number处输入1;在Ending LS file number处输入4。单击OK。

37.当求解完成时会出现一个“Solution is done”的提示对话框。单击close。

第8步:POST26观察结果(节点146的位移时间历程结果)

1.选取菜单途径Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables。Defined Time-History

Variables对话框将出现。

2.单击Add,弹出Add Time-History Variable对话框。接受缺省选项Nodal DOF Result,

单击OK,弹出Define Nodal Data拾取对话框。

3.在图形窗口中点取节点146。单击OK,弹出Define Nodal Data对话框。

4.在user-specified label处输入UZ146;在右边的滚动框中的“Translation UZ”上单击

一次使其高亮度显示。单击OK。

5.选取菜单途径Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graph>Modify Axes,弹出Grid

Modifications for Graph Plots对话框。

6.在type of grid滚动框中选中“X and Y lines”,在Display grid项打开为ON,单击

OK。

7.选取菜单途径Main Menu>TimeHist PostPro>Graph Variables,弹出Graph

Time-History Variables对话框。、在1st Variable to graph处输入2。单击OK,图形窗口中将出现一个曲线图,见图8。

图8 节点146的UZ位移结果第9步:退出ANSYS

1.在ANSYS Toobar中单击Quit。

2.选择要保存的选项然后单击OK。

ansys中的热分析

【转】热-结构耦合分析 知识掌握篇2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号:大中小订阅 热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分 布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析, 然后在进行结构分析.热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失,热梯度,热流密度(热通量)等.本章主要介绍在ANSYS中进行稳态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析. 21.1 热-结构耦合分析简介 热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的 分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即 先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作 为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知 识,然后再学习耦合分析方法. 21.1.1 热分析基本知识 ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温 度,并导出其它热物理参数.ANSYS热分析包括热传导,热对流及热辐射三种热传 递方式.此外,还可以分析相变,有内热源,接触热阻等问题. 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换.热对流是指固体的表面和与它周围接触的流体之间,由于温差的存在引起的热量的交换.热辐射指物体发射电磁能,并被其它物体吸收转变为热的热量交换

ANSYS非稳态热分析及实例详解解析

本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识, 主要包括非稳态热分析的应用、 非稳态热分析的基本步骤。 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 丄本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析 7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。 根据物体温度随着时间的推移而变化的 特性可本章要点 非稳态热分析单兀、

以区分为两类非稳态导热:物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中,绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化,或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如:在机器启动、停机及变动工况时,急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏,因此需要确定物体内部的瞬时温度场;钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程,掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如,金属在加热炉内加热时,需要确定它在加热炉内停留的时间,以保证达到规定的中心温度。可见,非稳态热分析是有相当大的应用价值的。 ANSYS 11.0 及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场,并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷,首先必须将载荷 - 时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步,必须定义载荷值及时间值,同时必须选择载荷步为渐变或阶越。

ANSYS热分析指南与经典案例

第一章简介 一、热分析的目的 热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失、热梯度、热流密度(热通量〕等。 热分析在许多工程应用中扮演重要角色,如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。 二、ANSYS的热分析 ?在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中 ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。 ?ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温度,并导出其它热物理参数。 ?ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。此外,还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。 三、ANSYS 热分析分类 ?稳态传热:系统的温度场不随时间变化 ?瞬态传热:系统的温度场随时间明显变化 四、耦合分析 ?热-结构耦合 ?热-流体耦合 ?热-电耦合 ?热-磁耦合 ?热-电-磁-结构耦合等

第二章 基础知识 一、符号与单位 W/m 2-℃ 3 二、传热学经典理论回顾 热分析遵循热力学第一定律,即能量守恒定律: ● 对于一个封闭的系统(没有质量的流入或流出〕 PE KE U W Q ?+?+?=- 式中: Q —— 热量; W —— 作功; ?U ——系统内能; ?KE ——系统动能; ?PE ——系统势能; ● 对于大多数工程传热问题:0==PE KE ??; ● 通常考虑没有做功:0=W , 则:U Q ?=; ● 对于稳态热分析:0=?=U Q ,即流入系统的热量等于流出的热量; ● 对于瞬态热分析:dt dU q = ,即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。 三、热传递的方式 1、热传导 热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律:dx dT k q -='',式中''q 为热流

ANSYS框架结构分析

有限元分析大作业报告 一、结构形式及参数 1、结构基本参数 某框架结构如下图所示,为两榀、三跨七层框架。结构由梁板柱组成,梁板柱之间刚结。材料为C35混凝土,弹性模量为3.15e10N/m2,泊松比取0.25,质量密度为2500kg/m3,梁截面为300mm×700 mm,柱截面为500mm×500mm,楼板厚度为120mm。梁和柱采用beam44 单元,板采用shell 63单元。单位采用国际单位制。 二、静力分析及结果 1、荷载详情 荷载包括自重荷载,采用命令acel,0,0,9.8施加;以及垂直板面向下的均布恒荷载0.35 kN/m2和活荷载0.15 kN/m,两者合并后采用命令*do,mm,204,245,1 sfe,mm,2,pres,,500,500,500,500 *end do施加。 2、结构变形:最大变形发生在91号节点,数值为1.573mm,方向竖直向下(-Z方向)。

3、位移云图 4、等效应力云图:最大等效应力发生在78号节点,数值为175064Pa。

5、支座反力(保留两位小数,单位如表中所示) 节点编码FX(kN) FY(kN) FZ(kN) MX(kN﹒m) MY(kN﹒m) MZ(kN﹒m) 1 -3.87 5.33 514.15 -5.19 -3.74 0.00 2 -6.36 0.09 774.5 3 -0.12 -6.13 0.00 3 -6.36 -0.09 774.53 0.12 -6.13 0.00 4 -3.87 -5.33 514.1 5 5.19 -3.74 0.00 5 0.00 8.2 6 693.8 7 -8.00 0.00 0.00 6 0.00 0.06 107.28 -0.08 0.00 0.00 7 0.00 -0.06 107.28 0.08 0.00 0.00 8 0.00 -8.26 693.87 8.00 0.00 0.00 9 3.87 5.33 514.15 -5.19 3.74 0.00 10 6.36 0.09 774.53 -0.12 6.13 0.00 11 6.36 -0.09 774.53 0.12 6.13 0.00 12 3.87 -5.33 514.15 5.19 3.74 0.00 三、模态分析结果 1、各阶振型频率及类型 振型阶次自振频率(Hz)振动形式 1 1.838 2 弯曲振型 2 1.8627 弯曲振型 3 2.2773 扭转振型 4 5.6636 弯曲振型 5 5.7097 弯曲振型

用ANSYS进行桥梁结构分析

用ANSYS进行桥梁结构分析 谢宝来华龙海 引言:我院现在进行桥梁结构分析主要用桥梁博士和BSACS,这两种软件均以平面杆系为计算内核,多用来解决平面问题。近来偶然接触到ANSYS,发现其结构分析功能强大,现将一些研究心得写出来,并用一个很好的学习例子(空间钢管拱斜拉桥)作为引玉之砖,和同事们共同研究讨论,共同提高我院的桥梁结构分析水平而努力。 【摘要】本文从有限元的一些基本概念出发,重点介绍了有限元软件ANSYS平台的特点、使用方法和利用APDL语言快速进行桥梁的结构分析,最后通过工程实例来更近一步的介绍ANSYS进行结构分析的一般方法,同时进行归纳总结了各种单元类型的适用范围和桥梁结构分析最合适的单元类型。 【关键词】ANSYS有限元APDL结构桥梁工程单元类型 一、基本概念 有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。 真实系统有限元模型 自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。

节点和单元 荷载 1、每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。 2、作为一个整体,单元形成了整体结构的数学模型。 3、信息是通过单元之间的公共节点传递的。 4、节点自由度是随连接该节点单元类型变化的。 单元形函数 1、FEA仅仅求解节点处的DOF值。 2、单元形函数是一种数学函数,规定了从节点DOF值到单元内所有点处DOF值的计算方法。 3、因此,单元形函数提供出一种描述单元内部结果的“形状”。 4、单元形函数描述的是给定单元的一种假定的特性。 5、单元形函数与真实工作特性吻合好坏程度直接影响求解精度。 6、DOF值可以精确或不太精确地等于在节点处的真实解,但单元内的平均值与实际情况吻合得很好。 7、这些平均意义上的典型解是从单元DOFs推导出来的(如,结构应力,热梯度)。 8、如果单元形函数不能精确描述单元内部的DOFs,就不能很好地得到导出数据,因为这些导出数

ANSYS分析指南精华:子结构

第四章子结构 什么是子结构? 子结构就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单元的过程。这个单一的矩阵单元称为超单元。在ANSYS分析中,超单元可以象其他单元类型一样使用。唯一的区别就是必须先进行结构生成分析以生成超单元。子结构可以在ANSYS/Mutiphysics,ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。 使用子结构主要是为了节省机时,并且允许在比较有限的计算机设备资源的基础上求解超大规模的问题。原因之一如a)非线性分析和带有大量重复几何结构的分析。在非线性分析中,可以将模型线性部分作成子结构,这样这部分的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算。在有重复几何结构的模型中(如有四条腿的桌子),可以对于重复的部分生成超单元,然后将它拷贝到不同的位置,这样做可以节省大量的机时。 子结构还用于模型有大转动的情况下。对于这些模型,ANSYS假定每个结构都是围绕其质心转动的。在三维情况下,子结构有三个转动自由度和三个平动自由度。在大转动模型中,用户在使用部分之前无须对子结构施加约束,因为每个子结构都是作为一个单元进行处理,是允许刚体位移的。 另外一个原因b)一个问题就波前大小和需用磁盘空间来说相对于一个计算 1

机系统太庞大了。这样,用户可以通过子结构将问题分块进行分析,每一块对于计算机系统来说都是可以计算的。 如何使用子结构 子结构分析有以下三个步骤: ●生成部分 ●使用部分 ●扩展部分 生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界,提取模型的动力学特性。图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。由于接触单元需要迭代计算,将板状构件形成子结构将显著地节省机时。本例中,主自由度是板与接触单元相连的自由度。 图4-1 子结构使用示例 2

Ansys 第 例瞬态热分析实例一水箱

第33例瞬态热分析实例——水箱 本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容,以及模型边界条件和初始温度的施加方法。 33.1概述 热分析是计算热应力的基础,热分析分为稳态热分析和瞬态热分析,稳态热分析将在后面两个例子中介绍,本例介绍瞬态热分析。 33.1.1 瞬态热分析的定义 瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。一般用瞬态热分析计算温度场,并找到温度梯度最大的时间点,将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。 33.1.2 嚼态热分析的步骤 瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。 1.建模 瞬态热分析的建模过程与其他分析相似,包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。 注意:瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。 2.施加载荷和求解 (1)指定分析类型, Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择 Transient。 (2)获得瞬态热分析的初始条件。 定义均匀的初始温度场:Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp,初始温度仅对第一个子步有效,而用Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温

度在整个瞬态热分析过程中均不变,应注意二者的区别。 定义非均匀的初始温度场:如果非均匀的初始温度场是已知的,可以用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Initial Condit'n→Define 即IC命令施加。非均匀的初始温度场一般是未知的,此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。该稳态分析与一般的稳态分析相同。 注意:要设定载荷(如已知的温度、热对流等),将时间积分关闭,选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步,时间很短(如(0.01s)的载荷步, Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time →Time Step。 (3)设置载荷步选项。 普通选项包括每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等,选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step. 非线性选项包括:迭代次数(默认25),选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Equilibrium Iter;打开自动时间步长,选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step:将时间积分打开,选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay. 输出选项包括:控制打印的输出,选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出,选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.

ANSYS工程分析 基础与观念Chapter04

第4章 ANSYS结构分析的基本观念Basic Concepts for ANSYS Structural Analysis 这一章要介绍关于ANSYS结构分析的基本观念,熟悉这些基本观念有助于让你很快地区分你的工程问题的类别,然后依此选择适当的ANSYS分析工具。在第1节中我们会对分析领域(analysis fields)做一个介绍,如结构分析、热传分析等。第2节则对分析类别(analysis types)作一介绍,如静力分析、模态分析、或是瞬时分析等。第3节解释何谓线性分析,何谓非线性分析。第4节要对结构材料模式(material models)作一个讨论并作有系统的分类。第5节讨论结构材料破坏准则。第6、7节分别举两个实例,一个是结构动力分析,一个是非线性分析来总合前面的讨论。这两个例子再加上第3章介绍过的静力分析例子,这三个例子可以说是用来做为正式介绍ANSYS命令(第5、6、7章)之前的准备工作。最后(第8节)我们以两个简单的练习题做本章的结束。

第4.1节学科领域与元素类型 Disciplines and Element Types 4.1.1 学科领域(Disciplines) 我们之前提过,ANSYS提供了五大学科领域的分析能力:结傋分析、热传分析、流场分析、电场分析、磁场分析(电场分析及磁场分析可统称为电磁场分析),此外ANSYS也提供了偶合场分析(coupled-field analysis)的能力。为了能分析横跨多学科领域的偶合场,ANSYS提供了一些偶合场元素(coupled-field elements),但是这些元素还是无法涵盖所有偶合的可能性(举例来说,ANSYS 并没有流场与结构的偶合场元素)。但是在ANSYS的操作环境下,再加上利用APDL [Ref. 20],理论上可以进行各种偶合场分析(但是计算时间及收敛性常是问题所在)。下一小节将举几个例子来解说偶合场分析的含义,更详细的偶合场分析步骤你必须参阅Ref. 15。 4.1.2 偶合场分析 以下我们举三个例子来说明何谓偶合场分析。 第一个例子是热应力的计算,这是最常会遇到的问题之一。当你进行热应力分析时,通常分成两个阶段:先做热传分析解出温度分布后,再以温度分布作为结构负载来进行结构分析,而解出应力值。在第一个阶段,热边界条件(thermal boundary conditions)是热传分析的负载,我们希望知道在此热边界条件之下,温度是怎么分布的。因为不均匀的温度分布会造成结构的翘曲变形,所以第二个阶段是希望知道在这些温度分布下结构的变形及应力。这是一个很典型的偶合场分析问题,因为结构怎么变形是依温度怎么分布而定,而温度如何分布则与结构如何变形(变形量很大时,几何形状会改变)有关,这种相依的关系就称为偶合(coupling)。严格来说,前述的分析程序(先做热传分析再做结构分析)观念上不是很正确的,较正确的做法应该是热传与结构分析必须同时进行,也就是说温

ANSYS瞬态分析实例

例题:一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷(如图1所示)。钢梁长为L,支撑着一个集中质量M。这根梁承受着一个上升时间为t1的值为F1 的动态载荷F(t)。梁的质量可以忽略,确定产生最大位移响应时的时间t max 和响应y max。 图1 钢梁支撑集中质量的几何模型 材料特性:弹性模量为2e5MPa,质量为M=0.0215t,质量阻尼为8; 几何尺寸为:L=450mm,I=800.6mm4,h=18mm; 载荷为:F1=20N,t1=0.075s GUI操作方式: 1.定义单元类型:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现一个对话框,单击“Add”,又出现一个对话框,在对话框左面的列表栏中选择“Structural Beam”,在右面的列表栏中选择“2D elastic 3”,单击“Apply”,在对话框左面的列表栏中选择“Structural Mass”,在右边选择“3D mass 21”,单击“OK”,在单击“Options”,弹出对话框,设置K3为“2-D W/O rot iner”,单击“OK”,再单击“Close”。 2.设置实常数:Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete,出现对话框,单击“Add”,又弹出对话框,选择“Type1 BEAM3”,单击“OK”,

又弹出对话框,输入AREA为1,IZZ=800.6,HEIGHT=18,单击“OK”,在单击“Add”,选择Type 2 MASS21,单击“OK”,设置MASS为0.0215,单击“OK”,再单击“Close”。 3.定义材料属性:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modls,出现对话框,在“Material Models Available”下面的对话框中,双击打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”,又出现一个对话框,输入弹性模量EX=2e5,泊松比PRXY=0,单击“OK”,单击“Materal>Exit”。 4.建立模型: 1)创建节点:依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS,在弹出对话框中,依次输入节点的编号1,节点坐标x=0,y =0,然后单击“Apply”,输入节点编号2,节点坐标x=450/2,y=0,然后单击“Apply”,输入节点编号3,节点坐标x=450,y=0。单击“OK”。2)创建单元:依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes,弹出拾取框,拾取节点1和2,2和3,单击“OK”。 3)指定单元实常数:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements> Elem Attributes,弹出对话框,设置TYPE为2,REAL为2,单击“OK”。4)创建单元:依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes,弹出拾取框,拾取节点2,单击“OK”。5.定义分析类型:Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,弹出对话框,选择Trasiernt,单击“OK”,又弹出对话框,选择Reduced,单击“OK”。6.设置分析选项:Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options,弹出对话框,单击“OK”。

ANSYS稳态热分析的基本过程和实例

ANSYS稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤: ?前处理:建模、材料和网格 ?分析求解:施加载荷计算 ?后处理:查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit; ②、进入PREP7前处理,定义单元类型,设定单元选项; ③、定义单元实常数; ④、定义材料热性能参数,对于稳态传热,一般只需定义导热系数,它可 以是恒定的,也可以随温度变化; ⑤、创建几何模型并划分网格,请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ●如果进行新的热分析: Command: ANTYPE, STATIC, NEW GUI: Main menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis>Steady-state ●如果继续上一次分析,比如增加边界条件等: Command: ANTYPE, STATIC, REST GUI: Main menu>Solution>Analysis Type->Restart ②、施加载荷 可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) : a、恒定的温度 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 Command Family: D GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Thermal-Temperature b、热流率 热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷),如果输入的值为正,代表热流流入节点,即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一节点上则ANSYS读取温度值进行计算。 注意:如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元要

ansys结构瞬态分析实例

第二日 练习主题:各种网格划分方法 输入实体模型尝试用映射、自由网格划分,并综合利用多种网格划分控制方法 一个瞬态分析的例子 练习目的:熟悉瞬态分析过程 练习过程:瞬态(FULL)完全法分析板-梁结构实例 如图1所示板-梁结构,板件上表面施加随时间变化的均布压力,计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。 全部采用A3钢材料,特性: 杨氏模量=2e112 /m N 泊松比=0.3 密度=7.8e33/m Kg 板壳: 厚度=0.02m 四条腿(梁)的几何特性: 截面面积=2e-42m 惯性矩=2e-84m 宽度=0.01m 高度=0.02m 压力载荷与时间的关系曲线如图2所示。 图1 质量梁-板结构及载荷示意图 压力(N/m 2) 10000 5000 0 1 2 4 6 时间(s ) 图 2 板上压力-时间关系 分析过程 第1步:设置分析标题 1. 选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title 。 2. 输入“ The Transient Analysis of the structure ”,然后单击OK 。 第2步:定义单元类型 单元类型1为SHELL63,单元类型2为BEAM4 第3步:定义单元实常数 实常数1为壳单元的实常数1,输入厚度为0.02(只需输入第一个值,即等78厚度壳)

实常数2为梁单元的实常数,输入AREA 为2e-4惯性矩IZZ=2e-8,IYY =2e-8宽度TKZ=0.01,高度TKY=0.02。 第5步:杨氏模量EX=2e112 /m N 泊松比NUXY=0.3 密度DENS=7.8e33/m Kg 第6步:建立有限元分析模型 1. 创建矩形,x1=0,x2=2,y1=0,y2=1 2. 将所有关键点沿Z 方向拷贝,输入DZ =-1 3. 连线。将关键点1,5;2,6;3,7;4,8分别连成直线。 4. 设置线的分割尺寸为0.1,首先给面划分网格;然后设置单元类型为2,实常数为2, 对线5到8划分网格。 第7步:瞬态动力分析 1. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis ,弹出New Analysis 对话框。 2. 选择Transient ,然后单击OK ,在接下来的界面仍然单击OK 。 3. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Damping ,弹出 Damping Specifications 窗口。 4. 在Mass matrix multiplier 处输入5。单击OK 。 5. 选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural- Displacement>On Nodes 。弹出拾取(Pick )窗口,在有限元模型上点取节点232、242、252和262,单击OK ,弹出Apply U,ROT on Nodes 对话框。 6. 在DOFS to be constrained 滚动框中,选种“All DOF ”(单击一次使其高亮度显示, 确保其它选项未被高亮度显示)。单击OK 。 7. 选取菜单途径Utility Menu>Select>Everything 。 8. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File ,弹 出Controls for Database and Results File Writing 窗口。 9. 在Item to be controlled 滚动窗中选择All items ,下面的File write frequency 中选择 Every substep 。单击OK 。 10. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step ,弹出Time – Time Step Options 窗口。 11. 在Time at end of load step 处输入1;在Time step size 处输入0.2;在Stepped or ramped b.c 处单击ramped ;单击Automatic time stepping 为on ;在Minimum time step size 处输入0.05;在Maximum time step size 处输入0.5。单击OK 。 12. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>On Areas 。弹 出Apply PRES on Areas 拾取窗口。 13. 单击Pick All ,弹出Apply PRES on Areas 对话框。 14. 在pressure value 处输入10000。单击OK 15. 选取菜单途径Main menu>Solution>Write LS File ,弹出Write Load Step File 对话框。 16. 在Load step file number n 处输入1,单击OK 。 17. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time – Time Step ,弹出Time – Time Step Options 窗口。 18. 在Time at end of load step 处输入2。单击单击OK 。

ANSYS-结构稳态(静力)分析之经典实例-命令流格式

ANSYS 结构稳态(静力)分析之经典实例-命令流格式.txt两人之间的感情就像织毛衣,建立 的时候一针一线,小心而漫长,拆除的时候只要轻轻一拉。。。。/FILNAME,Allen-wrench,1 ! Jobname to use for all subsequent files /TITLE,Static analysis of an Allen wrench /UNITS,SI ! Reminder that the SI system of units is used /SHOW ! Specify graphics driver for interactive run; for batch ! run plots are written to pm02.grph ! Define parameters for future use EXX=2.07E11 ! Young's modulus (2.07E11 Pa = 30E6 psi) W_HEX=.01 ! Width of hex across flats (.01m=.39in) *AFUN,DEG ! Units for angular parametric functions定义弧度单位 W_FLAT=W_HEX*TAN(30) ! Width of flat L_SHANK=.075 ! Length of shank (short end) (.075m=3.0in) L_HANDLE=.2 ! Length of handle (long end) (.2m=7.9 in) BENDRAD=.01 ! Bend radius of Allen wrench (.01m=.39 in) L_ELEM=.0075 ! Element length (.0075 m = .30 in) NO_D_HEX=2 ! Number of divisions on hex flat TOL=25E-6 ! Tolerance for selecting nodes (25e-6 m = .001 in) /PREP7 ET,1,SOLID45 ! 3维实体结构单元;Eight-node brick element ET,2,PLANE42 ! 2维平面结构;Four-node quadrilateral (for area mesh) MP,EX,1,EXX ! Young's modulus for material 1;杨氏模量 MP,PRXY,1,0.3 ! Poisson's ratio for material 1;泊松比 RPOLY,6,W_FLAT ! Hexagonal area创建规则的多边形 K,7 ! Keypoint at (0,0,0) K,8,,,-L_SHANK ! Keypoint at shank-handle intersection K,9,,L_HANDLE,-L_SHANK ! Keypoint at end of handle L,4,1 ! Line through middle of hex shape L,7,8 ! Line along middle of shank L,8,9 ! Line along handle LFILLT,8,9,BENDRAD ! Line along bend radius between shank and handle! 产生 一个倒角圆,并生成三个点 /VIEW,,1,1,1 ! Isometric view in window 1 /ANGLE,,90,XM ! Rotates model 90 degrees about X! 不用累积的旋转 /TRIAD,ltop /PNUM,LINE,1 ! Line numbers turned on LPLOT

ANSYS非稳态热分析及实例详解解析

第7 章非稳态热分析及实例详解 本章向读者介绍非稳态热分析的基本知识,主要包括非稳态热分析的应用、非稳态热分析单元、非稳态热分析的基本步骤。 本章要点 非稳态导热的基本概念 非稳态热分析的应用 非稳态热分析单元 分析的基本步骤 本章案例 钢球非稳态传热过程分析 不同材料金属块水中冷却的非稳态传热过程分析 高温铜导线冷却过程分析

7.1 非稳态热分析概述 物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随着时间的推移而变化的特性可以区分为两类非稳态导热:物体的温度随时间的推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而作周期性的变化。无论在自然界还是工程实际问题中,绝大多数传热过程都是非稳态的。许多工程实际问题需要确定物体内部的温度场随时间的变化,或确定其内部温度达到某一限定值所需要的时间。例如:在机器启动、停机及变动工况时,急剧的温度变化会使部件因热应力而破坏,因此需要确定物体内部的瞬时温度场;钢制工件的热处理是一个典型的非稳态导热过程,掌握工件中温度变化的速率是控制工件热处理质量的重要因素。再例如,金属在加热炉内加热时,需要确定它在加热炉内停留的时间,以保证达到规定的中心温度。可见,非稳态热分析是有相当大的应用价值的。ANSYS 11.0及其相关的下属产品均支持非稳态的热分析。非稳态热分析确定了温度以及其它随时间变化的热参数。 7.1.1 非稳态热分析特性 瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场,并将之作为热载荷进行应力分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷,首先必须将载荷-时间曲线分为载荷步。对于每一个载荷步,必须定义载荷值及时间值,同时必须选择载荷步为渐变或阶越。 7.1.2 非稳态热分析的控制方程 热储存项的计入将稳态系统变为非稳态系统,计入热储存项的控制方程的矩阵形式如下: []{}[]{}{}C T K T Q += 其中,[]{} C T 为热储存项。 在非稳态分析时,载荷是和时间有关的函数,因此控制方程可表示如下: []{}[]{}(){}C T K T Q t += 若分析为分线性,则各参数除了和时间有关外,还和温度有关。非线性的控制方程可表示如下: (){}(){}(){},C T T K T T Q T t +=???????? 7.1.3 时间积分与时间步长 1、时间积分 从求解方法上来看,稳态分析和非稳态分析之间的差别就是时间积分。利用ANSYS 11.0分析问题时,只要在后续载荷步中将时间积分效果打开,稳态分析即转变为非稳态分析;同样,只要在后续载荷步中将时间积分关闭,非稳态分析也可转变为稳态分析。 2、时间步长 两次求解之间的时间称为时间步,一般来说,时间步越小,计算结果越精确。确定时间步长的方法有两种: (1)指定裕度较大的初始时间步长,然后使用自动时间步长增加时间步。

ANSYS 非线性_结构分析

目录 非线性结构分析的定义 (1) 非线性行为的原因 (1) 非线性分析的重要信息 (3) 非线性分析中使用的命令 (8) 非线性分析步骤综述 (8) 第一步:建模 (9) 第二步:加载且得到解 (9) 第三步:考察结果 (16) 非线性分析例题(GUI方法) (20) 第一步:设置分析标题 (21) 第二步:定义单元类型 (21) 第三步:定义材料性质 (22) 第四步:定义双线性各向同性强化数据表 (22) 第五步:产生矩形 (22) 1

第六步:设置单元尺寸 (23) 第七步:划分网格 (23) 第八步:定义分析类型和选项 (23) 第九步:定义初始速度 (24) 第十步:施加约束 (24) 第十一步:设置载荷步选项 (24) 第十二步:求解 (25) 第十三步:确定柱体的应变 (25) 第十四步:画等值线 (26) 第十五步:用Post26定义变量 (26) 第十六步:计算随时间变化的速度 (26) 非线性分析例题(命令流方法) (27) 非线性结构分析 非线性结构的定义 在日常生活中,会经常遇到结构非线性。例如,无论何时用钉书针钉书,金 2

属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状。(看图1─1(a))如果你在一个木架上放置重物,随着时间的迁移它将越来越下垂。(看图1─1(b))。当在 汽车或卡车上装货时,它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化。(看图1─1(c))如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性. 图1─1 非线性结构行为的普通例子 3

非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多,它可以被分成三种主要类型: 状态变化(包括接触) 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如,一根只能拉伸的电缆可能是松散的,也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接有关(如在电缆情况中),也可能由某种外部原因引起(如在冻土中的紊乱热力学条件)。ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。 接触是一种很普遍的非线性行为,接触是状态变化非线性类型形中一个特殊而重要的子集。 几何非线性 如果结构经受大变形,它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应。一个例的垂向刚性)。随着垂向载荷的增加,杆不断弯曲以致于动力臂明显地减少,导致杆端显示出在较高载荷下不断增长的刚性。 4

ANSYS动力学瞬态分析完全法

完全法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应(没有矩阵缩减)。它是三种方法中功能最强的,允许包括各类非线性特性(塑性、大变形、大应变等)。 注─如果并不想包括任何非线性,应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的优点是: ·容易使用,不必关心选择主自由度或振型。 ·允许各种类型的非线性特性。 ·采用完整矩阵,不涉及质量矩阵近似。 ·在一次分析就能得到所有的位移和应力。 ·允许施加所有类型的载荷:节点力、外加的(非零)位移(不建议采用)和单元载荷(压力和温度),还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。 ·允许在实体模型上施加的载荷。 完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。 §3.4 完全法瞬态动力学分析 首先,讲述完全法瞬态动力学分析过程,然后分别介绍模态叠加法和缩减法与完全法不相同的计算步骤。完全法瞬态动力分析(在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal及ANSYS/Structural中可用)由以下步骤组成: 1.建造模型 2.建立初始条件 3.设置求解控制 4.设置其他求解选项 5.施加载荷 6.存储当前载荷步的载荷设置 7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步

8.备份数据库 9.开始瞬态分析 10.退出求解器 11.观察结果 § 型 在这一步中,首先要指定文件名和分析标题,然后用PREP7定义单元类型,单元实常数,材料性质及几何模型。这些工作在大多数分析中是相似的。<>详细地说明了如何进行这些工作。 对于完全法瞬态动力学分析,注意下面两点: ·可以用线性和非线性单元; ·必须指定杨氏模量EX(或某种形式的刚度)和密度DENS(或某种形式的质量)。材料特性可以是线性的或非线性的、各向同性的或各向异性的、恒定的或和温度有关的。 划分合理的网格密度: ·网格密度应当密到足以确定感兴趣的最高阶振型; ·对应力或应变感兴趣的区域比只考察位移的区域的网格密度要细一些; ·如果要包含非线性特性,网格密度应当密到足以捕捉到非线性效应。例如,塑性分析要求在较大塑性变形梯度的区域有合理的积分点密度(即要求较密的网格); ·如果对波传播效果感兴趣(例如,一根棒的末端准确落地),网格密度应当密到足以解算出波动效应。基本准则是沿波的传播方向每一波长至少有20个单元。 § 在执行完全法瞬态动力学分析之前,用户需要正确理解建立初始条件和正确使用载荷步。 瞬态动力学分析顾名思义包含时间函数的载荷。为了定义这样的载荷,用户需要将载荷—时间关系曲线划分成合适的载荷步。载荷—时间曲线上的每个“拐角”对应一个载荷步,如图3.1所示。

ansys动力学瞬态分析详解

§3.1瞬态动力学分析的定义 瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要,就可以用静力学分析代替瞬态分析。 瞬态动力学的基本运动方程是: 其中: [M] =质量矩阵 [C] =阻尼矩阵 [K] =刚度矩阵 {}=节点加速度向量 {}=节点速度向量 {u} =节点位移向量 在任意给定的时间,这些方程可看作是一系列考虑了惯性力([M]{})和 阻尼力([C]{})的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长(integration time step)。 §3.2学习瞬态动力学的预备工作 瞬态动力学分析比静力学分析更复杂,因为按“工程”时间计算,瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义,从而节省大量资源。例如,可以做以下预备工作:

1.首先分析一个较简单模型。创建梁、质量体和弹簧组成的模型,以最小的代价深入的理解动力学认识,简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。 2.如果分析包括非线性特性,建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。在某些场合,动力学分析中是没必要包括非线性特性的。 3.掌握结构动力学特性。通过做模态分析计算结构的固有频率和振型,了解这些模态被激活时结构的响应状态。同时,固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。 4.对于非线性问题,考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。 §3.3三种求解方法 瞬态动力学分析可采用三种方法:完全(Full)法、缩减(Reduced)法及模态叠加法。ANSYS/Professional产品中只允许用模态叠加法。在研究如何实现这些方法之前,让我们先探讨一下各种方法的优点和缺点。 §3.3.1完全法 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应(没有矩阵缩减)。它是三种方法中功能最强的,允许包括各类非线性特性(塑性、大变形、大应变等)。 注─如果并不想包括任何非线性,应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。 完全法的优点是: ·容易使用,不必关心选择主自由度或振型。 ·允许各种类型的非线性特性。 ·采用完整矩阵,不涉及质量矩阵近似。 ·在一次分析就能得到所有的位移和应力。 ·允许施加所有类型的载荷:节点力、外加的(非零)位移(不建议采用)和单元载荷(压力和温度),还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。 ·允许在实体模型上施加的载荷。 完全法的主要缺点是它比其它方法开销大。

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