实验一 ANSYS 软件环境一、实验目的：熟悉 ANSYS 软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤二、实验设备：微机（P4配置），ANSYS软件（教学版）三、实验内容：ANSYS 软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍四、实验步骤：1、ANSYS 界面介绍：ANSYS软件功能非常强大，应用范围很广，并具有友好的图形用户界面（GUI）和优秀 和程序架构基于 Motif 标注的 GUI 主要由主窗口和输出窗口组成随着版本的不断升级， ANSYS界面不断改进，不同版本间的界面存在着较大差别下面介绍ANSYS7.0的用户界面图 l-i_ANSYS7.0 主徑口价■呻陆口阴“材（1）主窗口ANSYS7.0的主窗口主要由以下5个部分组成① Utility菜单这些菜单主要通过ANSYS的相关功能组件起作用，比如文件控制、参数选择、图像参数 控制及参数输入等② Input Line（Input Window 命令输入窗口）命令输入窗口(也称为命令栏)用于显示程序的提示信息并允许用户直接输入命令，简 化分析过程③ 工具栏(Toolbar)工具栏主要由按钮组成，这些按钮都是ANSYS中的常用命令用户可以根据工作类型定 义自己的工具栏以提高分析效率。
④ 主菜单(Main Menu)主菜单包括了 ANSYS最主要的功能，分为前处理器(Preprocessor)、求解器(Solution)、 通用后处理器(General Postprocessor)＞设计优化器(Design Optimizer)o展开主菜单可以看 到非常多的树状建模命令，这也是 ANSYS7.0 版本和以前版本的一个显著差别虽然菜单的 外观改变了，但是菜单结构没有变化，这对ANSYS用户平滑升级非常有利⑤ 图形窗口( Graphic Windows)图形窗口用于显示分析过程的图形，实现图形的选取在这里可以看到实体建模各个过 程的图形并可查看随后分析的结果2)输出窗口(Output Windows)输出窗口用于显示程序的文本信息，即以简单表格形式显示过程数据等信息通常，输 出窗口被主窗口遮盖，当然，如果需要随时可以将输出窗口拖到前面注意：应该在 ANSYS 分析的各个步骤中随时查看输出窗口中的信息，检验分析过程是否正确， 以便及时调整通过 GUI 可以方便地交互式访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料，一步步 地完成整个分析，很好地体现出 ANSYS 的易用性同时， ANSYS 软件也提供了完整的说 明和帮助文件，以协助有经验的用户进行高级应用。
在用户界面中， ANSYS 软件提供了 4 种通用的命令输入方式：菜单、对话框、工具栏和 直接输入命令2、ANSYS 分析过程：一个典型的 ANSYS 分析过程包含 3 个主要步骤，每个主要步骤及其子步骤如下：( 1) 建立有限元模型在 ANSYS 中建立有限元模型的过程大致可分为以下 3 个主要步骤：① 建立或导入几何模型② 定义材料属性③ 划分网格建立有限元模型( 2) 施加载荷并求解在 ANSYS 中施加载荷及求解的过程大致可以分为以下 3 个主要步骤：① 定义约束② 施加载荷③ 设置分析选项并求解( 3) 查看分析结果在 ANSYS 中查看分析结果的过程大致可以分为以下 2 个主要步骤：① 查看分析结果② 检验分析结果(验证结果是否正确)ANSYS 典型实例分析如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布 已知条件：F=20N/mm, L=200mm, b=100mm,圆孔半径r=20，圆心坐标为（100, 50）, E=200Gpa板的左端固定图1-2 带孔平板模型1．问题描述 难度级别：普通级别所需时间：一个小时或者更多（视ANSYS操作熟练程度而定）。
实例类型：ANSYS结构分析分析类型：线性静力分析单元类型： PLANE82ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变 形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧ANSYS帮助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis 分析知识，在 ANSYS Elements Reference 部分了解 Plane82 单元的详细资料2．建立有限元模型1） ．建立工作目录并添加标题以Interactive方式进入ANSYS，File菜单中设置工作文件名为Plane、 标题为plane2） ．创建实体模型（ 1 ）创建矩形通过定义原点、板宽和板高定义矩形，其操作如下：GUI： PreProcessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By 2 Corners弹出Rectangle by 2 corners对话框（如图1-3所示），如图填写WP X和 WP Y表示左下角点坐标命令： BLC4,0,0,200,1002）生成圆面首先在矩形面上生成圆，然后挖去生成圆孔。
图 1 -3 生成矩形生成圆面得操作如下：GUI：PreProcessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid Circle弹出Solid Circular Area对话框（如图1-4所示），依图输入圆面几何参 数命令：CYL4,100,50,20 下面通过布尔“减”操作生成圆孔，其操作如下：GUI： Processor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Areas先选择矩形面为Base Area，单击OK按钮，然后选择圆，单击OK按钮 布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板3）．定义材料属性 材料属性是与几何模型无关的本构关系，如弹性模量、密度等虽然材料属性不是与单元直接相联系在一起，但是由于计算单元矩阵时需要材 图1-4 生成圆料属性，ANSYS为了用户分析过程中定义材料属性方便，对每个单元类型 进行了相应的分类根据不同类型的应用，材料属性可以是线性或非线性的与单元类型相似，材料 也可以定义多个，系统自动根据材料定义的顺序编号本问题只有一种材料，因此只需定义一种材料 而且只需定义弹性模量和泊松比， 其操作如下：GUI： PreProcessor > Material Props > Material models > Structural > Linear > Elastic >Isotropic 在弹出对话框中键入EX=200000 （单位Mpa）, PRXY=0.3。
4）．划分网格划分网格首先选择合理的单元类型，然后定义单元的实常数，最后根据分析问题的需要 划分网格1）选择单元对于任何分析，必须在单元类型库中选择一种或者多种合适的单元类型单元类型决定了附加的 自由度（位移，转角、温度等）许多单元还需要设置一些单元选项，比如单元特性和假设单元结 果的打印输出选项等，对于本问题选择Plane82单元选择单元得操作如下：GUI： PreProcessor Menu > Element Type > Add/Edit/Delete图 1-5 选择单元选择Plane82,弹出单元类型对话 框（如图1-5所示）单击OK 按钮命令： ET， 1 ， plane82（2）定义单元实常数有限单元的几何特性，不能 仅用其节点的位置充分表达，这 时需要提供一些实常数来补充 几何参数典型的实常数有壳单 元的厚度，梁单元的横截面参数，板单元的厚度等这些单元类型所需要的实常数以实数数值的形式 输入本问题所用单元类型为带厚度平面应力分析，因此分析类型设定为Plane strs w/thk类型，操作如下：GUI：PreProcessor Menu > Element Type > Add/Edit/Delete > Options在K3项后面下拉菜单中选“Plane strs w/thk “。
命令：KEYOPT,1,3,3单元厚度为20mm，定义单元厚度操作如下：GUI： PreProcessor Menu > Real Constants > Add/Edit/Delete > Add在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值20命令： R， 1 ， 20（3） 设定网格尺寸这里让ANSYS知道需要划分多大网格采用用户自定义网格尺寸参数，其操作如下：GUI： PreProcessor > Meshing > Size Cntrls > Manual Size > Areas > All Areas 在弹出 Element Size on All Selected Areas 对话框，在 SIZE 栏键入 20mm命令： AESIZE,ALL,20（4） 划分网格让ANSYS知道网格大小后，现在划分网格，操作如下：GUI： Processor > Meshing > Mesh > Areas > Free > Pick All命令： AMESH,ALL（5） 保存数据库GUI： Utility Menu > File > Save as... 输入文件名为 Mesh （表示分析进度：已完成网格划分）。
3．施加载荷并求解 在这里首先定义模型约束，然后施加载荷，最后求解，为后处理查看结果提供数据，具体操作步骤如下所示：1） ．定义约束由已知得，需要固定（Fix）板左边线，即需要约束线上节点所有自由度（All DOFs），其操作 如下：GUI： Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines 弹出Apply U， ROT on Lines对话框选择板左侧边线，在Lab2栏选All DOF单击Apply按钮2） ．施加载荷在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/20 = IMpa,施加载荷操作如下：GUI： Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Lines 弹出Apply PRES on Lines对话框，键入载荷值-1 （由于载荷方向离开板，为拉力所以为负值，反之 为正），单击OK按钮3）．求解GUI： Solution > Solve > Current LS4．查看分析结果 下面查看分析结果，对于静力分析主要是模型位移及等效应力等值线图或者节点结果数据列表。
1）．显示模型变形图其操作如下：GUI： General Postproc > Plot Results > Deformed Shape 2）．显示位移等值线分布图其操作如下：GUI：General Postproc > Plot Results > Nodal Solution> DoF Solution > Displacement Vector sum由图获知最大位移值3）．显示等效应力等值线图其操作如下：GUI：General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu > Stress > Von Mises 由图发现最大应力出现在孔的上下顶点，与解析解吻合4）．显示变形动画 通过动画显示可以查看模型在载荷作用下的内力变化过程，以图形方式显示分析计算结果其操 作如下：Utility Menu 中 PlotCtrls > Animate > Deformed Results5）．列表显示位移结果数据其操作如下：GUI：General Postproc > List Results > Nodal Solution 查看左侧边上的节点位移是否为零（由于边上所有节点已被固定，所以任意节点的位移均应该为 零，这也是验证的一个方面）。
6）．列表显示节点应力值验证节点应力值是否合理，其操作如下：GUI：General Postproc > List Results > Stress > Principals SPRIN列表显示分析结果与参考数据相吻合，表明ANSYS分析结果可靠7）．列表显示反作用力值 在任何方向上，反作用力总是等于此方向上的载荷总和通过显示反作用力可以检验分析结果是 否合理，其操作如下：GUI：General Postproc > List Results > Reaction Solution。