《機械工程有限元分析基礎》大作業報告

二〇二一年六月

一、建模過程/步驟

1、ANSYS分析開始準備工作

（1）清空數據庫并開始一個新的分析，選取 Utility > File > Clear & Start New,彈出 Clear database and Start New 對話框，單擊 OK 按鈕，彈出 Verify 對話框，單擊 OK按鈕完成清空數據庫。

（2）指定新的工作文件名 指定工作文件名。選取 Utility Menu > File >Change Jobname,彈出 Change Jobname 對話框，在 Enter New Jobname 項輸入工作文件名“feilm”，單擊 OK按鈕完成工作文件名的定義。

（3）指定新的標題指定分析標題。選取 Utility Menu > File > Change Title，彈出 Change Title 對話框，在 Enter New Title 項輸入標題名“feilun axis”為標題名，然后單擊OK按鈕完成分析標題的定義。

（4）重新刷新圖形窗口 選取 Utility Menu > Plot >Repiot，定義的信息顯示在圖形窗口中。

2、確定分析類型

（1）運行主菜單 Main Menu > Preference 彈出分析類型設定對話框，選擇分析模塊為 Structural 結構分析，然后單擊 OK 按鈕完成分析類型定義。

（2）d定義單元及材料屬性

（3）新建單元類型 運行主菜單 Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 命令，彈出 Element types 對話框，單擊 Add 按鈕新建單元類型，彈出 Library of Element Types 對話框，先選擇單元大類為 solid，接著選擇 Quad 8 node 183，單擊 OK 按鈕，完成單元類型選擇。接著單擊 Option 按鈕進入單元設置選項，在 Element behavior(K3)欄中更改選項為 Asisymmetric(軸對稱)，在單擊 OK按鈕返回 Element Type 對話框，單擊 Close 按鈕完成設置。

（4）定義材料屬性 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Material Props > Matorial Models 命令，系統顯示材料屬性設置對話框，在材料屬性對話框中一次選擇 Structure/Linear/Elastic/Isotropic。完成選擇后，彈出材料屬性對話框，方便輸入彈性模量210e9，泊松比0.27，單擊 OK 返回選擇 Density，彈出密度定義對話框，輸入密度 7800，單擊 OK返回。完成材料屬性設置后，關閉對話框離開材料屬性設置。

3、建立幾何圖形

（1）建立關鍵點

（2）繪制矩形 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions 命令，在對話框中分別輸入 1 點坐標 X1=50，Y1=0，2 點坐標 X2=55，Y2=50，單擊 Apply 按鈕完成第一個矩形繪制；同理，輸入3點坐標X1=55，Y1=24，6點坐標 X2=75，Y2=16，單擊 Apply 按鈕完成第二個矩形繪制；輸入4點坐標 X1=75，Y1=40，5點坐標 X2=80，Y2=5，單擊 OK 按鈕完成第三個矩形繪制。

（3）布爾操作合并圖形 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出現選擇拾取對話框，依次點擊圖形再點 Apply，完成布爾加。

（4）設置顯示方式 運行菜單 Utility Menu > Plot > Line，設置顯示方式為直線，以便下一步為直線倒圓角。

（5）倒圓角 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet 彈出對話框，拾取視頻中線段，單擊 OK按鈕，出現圓角半徑設置對話框，Fillet Radius 項輸入5，其他項默認，單擊 Apply 按鈕完成第一個圓角繪制；同理，完成其他三個圓角的繪制。

（6）生成面 運行菜單 Utility Menu > Plot > Line 設置直線顯示方式，運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas >Arbitrary > By Lines，出現選擇拾取對話框，點擊拾取視頻中的線段，單擊 Apply 按鈕完成；同理，完成其他三個面的生成，單擊 OK 按鈕結束。

（7）布爾運算 完成幾何圖形創建 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出現選擇拾取對話框，依次點擊圖形再點 Apply，完成幾何圖形創建。

4、劃分網格

（1）運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool(網格劃分工具)命令，出現 Mesh Tool 菜單，單擊 Areas 中的 set 按鈕，在單元尺寸對話框中的 Element edge length 項中輸入單元尺寸，本列中輸入1，單擊 OK 按鈕確定。在 Mesh Tool 菜單中設置 Mesh 下拉框為 Areas，shape 項選擇 Quad(四邊形單元網格），單擊 Mesh 按鈕劃分網格，出現的 Mesh Areas 對話框中單擊飛輪平面，在點擊Apply，系統將自動完成網格劃分。

5、加載求解

（1）顯示線段

（2）施加約束 運行主菜單 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Displacement on Lines 命令，出現拾取菜單，選擇視頻中線段，單擊 Apply，出現約束定義對話框，選擇 All DOF 約束所有自由度，在 Displacement Value 選項輸入0，在單擊OK按鈕，完成約束定義。

（3）施加載荷 運行 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Pressure > On Lines 命令，出現拾取菜單，選擇線段，單擊 Apply，出現載荷（壓力）定義對話框，輸入1e6，單擊 OK 按鈕完成。

（4）施加角速度 運行主菜單 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Inertia >Angular veloc > Globel 彈出施加速度對話框。在 OMEGY Y 項輸入62.8 單擊 OK按鈕完成。

6、求解

（1）運行主菜單 Main Menu > Solution > Current LS 命令，出現菜單中單擊 OK 按鈕確定。計算機開始進行求解，求解完成后出現“solution is done”提示表示求解完成。單擊 Close 按鈕完成求解。

7、查看分析結果

（1）改變觀察輸出結果坐標系 在總體柱坐標系下觀察應力分布和變形比較方便，因此，吧結果坐標系轉換到柱體坐標系下：執行 Main Menu > General Postproc > Options for output 出現結果坐標系設置對話框，設置為柱坐標系，單擊 OK按鈕完成。

（2）顯示節點（單元）徑向位移云圖 運行主菜單 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，選擇 DOF Solution > X-Component of Displacement 徑向位移（如果觀察周向位移，該項選擇為 Y-Component of Displacement)，單擊 OK 按鈕。

（3）顯示節點（單元）應力云圖 運行主菜單 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，選擇 stress > X-Component stress 徑向應力（周向應力為 Y-Component stress），單擊 OK按鈕。

（4）三維擴展結果 運行下拉菜單 Utility Menu > PlotCtrls > Style > symmetry Expansion > 2D Axis-symmetric 彈出軸對稱擴展設置對話框，選擇 Full expansion，單擊 OK 按鈕。（也可以改成四分之一顯示）

二、結果分析圖片

圖2.1 節點徑向位移云圖

圖2.2 節點徑向應力云圖

圖2.2 三維擴展結果圖

三、ANSYS軟件應用小結

ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發。它能與多數CAD軟件接口，實現數據的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是現代產品設計中的高級CAE工具之一。

本次實驗是學習如何使用ANSYS 通過軟件對框架結構內力進行計算，在還未學習該軟件前，對于此類問題，通常會采用力矩分配法來進行計算，計算過程繁復，計算量大，并且容易出錯。導致過程緩慢，效果不顯著。

在這次大作業中，我跟隨著視頻中老師的講解一步步建模和受力分析，在一開始的迷茫和不解中一次次觀看老師的教程，一點點學會使用軟件。在課堂上魏老師也在上課過程中給我們介紹了有關飛機上角架和飛輪以及她在研究生期間的研究設計，給我打開了一扇新的大門

對于其他應用型軟件而言，ANSYS作為大型權威性的有限元分析軟件，在解題過程中是十分牢靠的。同時這也是一門不易掌握的軟件，因而，要學好ANSYS,我們要自己有較高的要求，所有實驗的基礎都是需要我們有理論知識的支持，因此我們要對力學有一定程度的掌握。在掌握理論知識的同時我們要對軟件的使用積累經驗，光有理論或者經驗都是不行的。要結合起來這樣我們才能有更深層次的探索和學習。