ANSYS上机指导共26页

桁架的静力分析 ................................................. 0 梁的静力分析 .................................................... 3 板的静力分析 .................................................... 8 孔板的静力分析 ............................................... 11 三维静力分析 .................................................. 15 热分析 ............................................................ 18 焊接接头稳态传热过程分析 27

桁架的静力分析

问题

如图所示，水平放置的杆长为12m，倾斜放置的杆长为10m，截面积为0.5m²的桁架结构，右端节点5固定，节点2在Y方向固定，在左端节点3施加一个Y方向的－2000N的力，在中间节点4施加一个Y方向的－1000N的力，试以静力来进行分析，写出节点3和节点4的位移。 条件

E36106pa

泊松比0.3

分析步骤： 一、 偏好设定

1、指定为结构分析 菜单路径： Main Menu> Preferences ，选\"Structural\"， 然后 OK.。 二、 定义单元类型、实例常数及材料属性

1、新建单元类型

菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete. 就会弹出单元类型对话框。点击Add ... 就

会弹出单元类型库对话框。 2、定义单元类型

先选择单元为Structural Link,接着右边选择2D spar 1,然后单击OK按钮确定，完成单元类型的选择。 3、关闭单元类型对话框。 4、定义实例常数

Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete。接着在对话框中单击Add按钮新建实例常量。接着选择定义单元LINK1的实例常量，然后选择单击OK按钮。然后输入该单元的截面积AREA为0.5，输入后单击OK按钮。

5、关闭实例常量对话框。 6、 设置材料属性

1)菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models. 弹出一个对话框。

2)在”Define Material Models Behavior”的对话框的右边, 双击 Structural, Linear, Elastic, Isotropic，就会弹出一个对话框。

3)在 EX中输入36e6 (弹性模量)。

4)在PRXY 输入 0.3 (泊松比), 并点击 OK。 5)关掉对话框。 三、 建立桁架几何图形

1、 生成节点

菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Nodes> In Active CS,在输入框里输入节点号和坐标如下所示： Node X Location Y Location Z Location Click This Button Number to Accept Values 1 2 3 4 5 6 18 0 12 24 0 0 8 8 8 0 0 0 0 0 Apply Apply Apply Apply OK 第 1 页

2、 生成单元

菜单路径：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes.

依次选择节点1、节点2，完成输入后单击Apply按钮。依次选择节点1、节点4，完成输入后单击Apply按钮。可依照上述步骤完成单元的生成。 3、 显示节点与单元编号

运行下拉式菜单中Plotctrls>Numbering 编号显示命令，接着在编号控制对话框中将选择打开Node numbers, 并选择 Element numbers 显示单元编号，完成后单击OK按钮。 四、 施加负载及约束（边界条件）

1、 约束设置

Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Nodes 施加位移在节点上命令。接着选择节点2，完成选择后单击对话框中OK按钮。然后选择 UY的自由度，在 Displacement value输入数值0，完成输入后选择Apply按钮。接着继续选择节点5，完成选择后单击对话框中OK按钮，然后选择ALL DOF(全部的自由度)，在Displacement value 输入数值0，完成输入后选择OK按钮。

2、 施加集中力

菜单路径： Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Force/Moment> On Nodes.接着选择节点3，完成选择后单击对话框中OK按钮。然后选择FY方向的集中力，在Force/moment value 输入数值-2000，选择完后选择APPLY按钮。接着选择节点4，完成选择后单击对话框中OK按钮。然后选择FY方向的集中力，在Force/moment value 输入数值-1000，选择完成后单击OK按钮。

五、 分析（求解）

1、菜单路径：Main Menu> Solution> Solve> Current LS. 接着单击OK 按钮开始运行分析。

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2、当出现Solution is Done! 窗口时, 点击 Close 关掉它。统计窗口可将其关闭。

六、 结果（后处理）

1、 显示变形图

Main Menu> General Postproc> Plot Results> Deformed Shape

接着选择显示Def + undef变形与未变形图，然后单击OK按钮，此时系统将会显示桁架未受集中力与受集中力后的变形显示。

2、 列表节点解

Main Menu > General Postproc > List Results >Nodal Solu 接着选择列表形式为 DOF solution 的Displacement vector sum所有的位移解，然后单击OK按钮完成设置。

练习：

如图所示，水平放置的底端杆长为6m，其他水平放置的杆长为3 m，竖直放置的杆长为3m，截面积为0.35m²的桁架结构，底部左端节点固定，底部右端节点在Y方向固定，在顶端节点施加一个 X方向的5000N的力，试以静力来进行分析。

E36106pa

泊松比0.3

梁的静力分析 q

h L b 一个梁结构如图所示，L0.3m，h0.005m,b0.02m，求梁结构受力后的变形、剪力及弯矩图。E21011N/m2,0.3，

q600N/m。试分析梁的弯矩和剪力图。

一、 定义单元类型和横截面信息

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1. 菜单路径： Main Menu> Preferences ，选\"Structural\"， 然后 OK.

2. 菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete. 就会弹出单元类型对话框. 3. 点击Add ... 就会弹出单元类型库对话框. 4. 在左侧的滚动块上, 点击 \"Structural Beam\". 5. 在右侧的滚动块上, 点击 \"2D elastic 3 \" ，选择BEAM3. 6. 点击 OK,然后关掉单元类型数据框. 二、定义实例常数 1、 新建实例常量

Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete。接着在对话框中单击Add按钮新建实例常量。

2、 输入实例常量

在横截面积(AREA)输入框中输入 0.0001 ，在惯性转矩IZZ输入框中输入2.08e-10 （惯性转矩公式IZZbh312），在高度HEIGHT输入框中输入0.005, 点击OK确定。 3、关闭材料属性设置对话框 三、 定义材料属性

1. 菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models. 弹出一个对话框。

2. 在”Define Material Models Behavior”的对话框的右边, 双击 Structural, Linear, Elastic, Isotropic，就会弹出一个对话框。

1123. 在 EX中输入2e11 (弹性模量).（由已知E210N/m） 4. 在PRXY 输入 0.3 (泊松比), 并点击 OK. 5. 关掉对话框.

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四、建立几何图形

1. 定义关键点. 菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Keypoints> In Active CS,在输入框里输入关键点号和坐标如下所示： Keypoint X Y Z Number Location Location Location 1 2 0 0.3 0 0 0 0 Click This Button to Accept Values Apply OK 2. 创建直线。Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Lines> Lines> Straight Line.会弹出创建直线拾取框。在图形窗口选择关键点1 和 2，然后 OK。 五、 划分网格

1. 设置单元尺寸大小。 Main Menu> Preprocessor>Meshing> Size Cntrls> ManualSize> Lines> All Lines. 在 No. of Element Divisions 窗口输入6并点击OK。 2. 划分网格。 Main Menu> Preprocessor>Meshing>MeshTool. 在MeshTool 中点击MESH 则会出现一个拾取框。在图形窗口中选择线，然后在拾取框中点击OK. 在MeshTool 中点击Close 关掉它。 3. 显示划分网格。 Plotctrls>Numbering,在出现的对话框中，点击第一个下拉菜单，并选择 Element numbers 显示单元编号，完成后单击OK按钮。 六、 定义边界条件

1. 对固定端定义边界条件.Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Keypoints. 则出现The Apply U,ROT on KPs 拾取框.

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2. 把关键点1定义为固定端。在拾取框的文本输入框中输入1, 按 Enter 键, 然后点击 OK,则出现 The Apply U,ROT on KPs 对话框.

3. 点击 \"All DOF\" 选中它,并点击 OK. 在图形窗口中关键点1会出现边界条件信息。

4. 在梁上施加表面压力负载。菜单路径： Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Pressure> On Beams.则会出现 The Apply PRES on Beams 拾取框. 将鼠标移到图形窗口，选中单元1，再点击拾取框中的Apply 按钮，则会出现 The Apply PRES on Beams 对话框.在第二个文本框(VALI)中输入0，第三个文本框（VALJ）中输入100，然后点击Apply 按钮，再选中单元2，在第二个文本框中输入100，第三个文本框中输入200，然后点击Apply 按钮，然后按照上述方法，对单元3至6施加压力载荷。 七、 求解

1. 菜单路径：Main Menu> Solution> Solve> Current LS. 接着单击OK 按钮开始运行分析。

2. 当出现Solution is Done! 窗口时, 点击 Close 关掉它。 3. 再将统计窗口关闭。 八、结果后处理

1、显示变形图

Main Menu>General Postproc>Plot Results> Deformed Shape，接着选择显示Def + undef变形与未变形图，然后单击OK按钮，此时系统将会显示桁架未受集中力与受集中力后的变形显示。 2、显示剪力弯矩图 1） 建立元素结果表

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General Postproc>Element Table>Define Table, 就会弹出一个对话框.点击Add ... 就会弹出Define Additional Element Table Items对话框. 在Lab文本框中输入IMOMENT,在对话框的左边选择By sequence num,右边选择SMISC,下面的输入框中在”SMISC,”后面输入6，点击Apply按钮确定。

然后在Lab文本框中输入JMOMENT,在对话框的左边选择By sequence num,右边选择SMISC,下面的输入框中在”SMISC,”后面输入12，点击Apply按钮确定。 在Lab文本框中输入ISHEAR,在对话框的左边选择By sequence num,右边选择SMISC,下面的输入框中,在”SMISC,”后面输入2，点击Apply按钮确定。 在Lab文本框中输入JSHEAR,在对话框的左边选择By sequence num,右边选择SMISC,下面的输入框中在”SMISC,”后面输入8，点击OK按钮确定。 2)画出剪力弯矩图

General Postproc> Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res,就会弹出一个对话框，在对话框的第一个下拉列表中选择IMOMENT,第二个下拉列表中选JMOMENT,并点击Apply 按钮确定。这样在图形窗口中就会显示出弯矩图。

在对话框的第一个下拉列表中选择ISHEAR,第二个下拉列表中选JSHEAR,并点击OK 按钮确定。这样在图形窗口中就会显示出剪力图。 练习：

有一个梁结构如图所示，L8m，h0.1m,b0.2m，求梁结构受力后的变形、剪力及弯矩图。E21011N/m2,0.3，

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q1000N/m。

q h L/2 L/2 b 有一个梁结构如图所示，L8m，h0.1m,b0.3m，求梁结构受力后的变形、剪力及弯矩图。E21011N/m2,0.3，

q400N/m。

板的静力分析

例题：一长方形板，在底端约束固定，于顶端右侧的节点上施以

Fz100N的集中力，其中，Lx10m，Ly20m，Lz1m，试以分析a、b两点的；应力及位移。E2.0e11N/m2， 0.3

y 定一、确z 菜

x

100N

类型

元类型库对话框. 3、定义单元类型

先选择单元为Shell,接着选择Elastic 4node 63(弹性4个节点单元),然后单击OK按钮确定，完成单元类型的选择。 4、关闭单元类型对话框。 5、定义实例常数

Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete。接着在对话框中单击Add按钮新建实例常量。接着选择定义单元SHELL63的实例常量，然后选择单

单元及截面

1、新建单元类型

单路径： Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete. 就会弹出单元对话框. 点击Add ... 就会弹出单

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击OK按钮。然后在Shell thickness下第一栏输入壳厚度为1（已知给出Lz1m），输入后单击OK按钮。 6、关闭实例常量对话框。 7、设置材料属性

1)菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models. 弹出一个对话框。

2)在”Define Material Models Behavior”的对话框的右边, 双击 Structural, Linear, Elastic, Isotropic，就会弹出一个对话框。

3)在 EX中输入2e11 (弹性模量E2.0e11N/m2)。 4)在PRXY 输入 0.3 (泊松比), 并点击 OK。 5)关掉对话框。 二、建立几何图形

运行主菜单Main Menu > Preprocessor >Modeling> Create > Areas> Rectangle > By 2 Corners（由对角两点定义矩形）命令绘制矩形。其中，在width中输入10，在highth中输入20。 三、划分网格

1、定义网格划分

Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls> ManualSi ze> Global>Size（总体的单元尺寸）命令。

在 NO.of element divisions单元等分框输入2，单击OK按钮完成设置。 2、进行网格划分

Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free（区域自由化分网格）命令。

接着在对话框中单击Pick All 选择全部按钮。 3、等角视图显示

运行下拉式菜单中Plotctrls>Pan zoom rotate，在出现的对话框中，单击Iso等角视图显示按钮，完成后单击Close按钮关闭对话框。

4、显示节点及单元编号

运行下拉式菜单中Plotctrls>Numbering 编号显示命令，接着在编号控制对话框中将选择打开Node numbers, 并选择 Element numbers 显示单元编号，完成后单击OK按钮。

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四、负载及约束

1、板底端约束

Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Lines在线上定义位移命令。

接着选择板底端的线,在对话框中单击OK按钮继续，选择All DOF 所有自由度，在Displacement value 若不输入任何数值，则默认为零，故选择完后可直接选择”OK”按钮完成设置。

2、顶端右侧节点负载

菜单路径： Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Force/Moment> On Nodes.接着选择顶端右侧节点，完成选择后单击对话框中OK按钮。然后选择FZ方向的集中力，在Force/moment value 输入数值-100，选择完后单击OK按钮。 五、分析

1、菜单路径：Main Menu> Solution> Solve> Current LS. 接着单击OK 按钮开始运行分析。

2、出现Solution is Done! 窗口时, 点击 Close 关掉它。统计窗口可将其关闭。 3、再将统计窗口关闭。 六、结果

1、显示节点总合应力

Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot>Nodal Solu 列表显示结果命令。

接着选择Stress应力的von Mises (SEQV)总合应力，在单击OK按钮完成总合应力图。 2、列表显示节点主应力值

General Postproc > List Results > Nodal Solu列表显示节点结果命令。

接着选择Stress应力的Principals SPRIN主应力，再单击OK 按钮完成列表显示。 3、质询节点总合应力值

运行主菜单General Postproc > Query Results > Subgrid

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Solu 质询节点结果命令。

接着选择Stress应力的von Mises (SEQV)总合应力，再单击OK按钮确定。然后用鼠标点击图形上的任一节点，则可显示出该点的总合应力值。 4、列表显示节点自由度

General Postproc > List Results > Nodal Solu列表显示节点结果命令。

在 DOF Solution自由度解的选项中，选择All DOF 所有自由度，再单击OK 按钮完成列表显示设置。

习题：一梯形板，在底端约束固定，于顶端右侧的节点上施以

Fz50N的集中力，于顶端左侧的节点施以Fz50N的集中力，其中下底边长为1米，顶端边长为0.5米，高为1米，板厚

E2.0e11N/m2，为1厘米，试静力分析a、b应力及位移。0.3

50N

50N

孔板的静力分析

如图所示为一个承受双向拉伸的板，在其中心位置有一个圆孔，

其边长为20米，孔的直径为10米，板的厚度为0.2米，材料属性为：弹性模量E21011Pa，泊松比0.3，拉伸载荷为

q1000Pa。

分析步骤： 一、偏好设定

1、指定为结构分析

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菜单路径： Main Menu> Preferences ，选\"Structural\"， 然后 OK。

二、定义单元类型、材料属性 1、新建单元类型

菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete. 就会弹出单元类型对话框， 点击Add ... 就会弹出单元类型库对话框. 2、定义单元类型

先选择单元为Solid,接着选择quad 8node 82(PLANE82),然后单击OK按钮确定，完成单元类型的选择。

接着单击”Option”按钮进入单元设置选项。在第一栏中更改选项为 Plane strs w/thk （平板应力），再单击OK按钮完成设置。

3、关闭单元类型对话框 4、设置材料属性 菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models. 弹出一个对话框。 5、设置扬氏弹性模量与泊松比

在”Define Material Models Behavior”的对话框的右边, 双击 Structural, Linear, Elastic, Isotropic，就会弹出一个对话框。

在 EX中输入2e11 (弹性模量)，在PRXY中输入 0.3 (泊松比), 并点击 OK。

6、关闭材料属性设置对话框 三、定义实例常量 1、 新建实例常量

Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete。接着在对话框中单击Add按钮新建实例常量。

2、 输入实例常量

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单击OK继续，输入厚度0.2，按”OK”完成设置。 3、 关闭实例常量对话框 四、建立几何图形 1、生成长方形

运行主菜单Main Menu > Preprocessor >Modeling> Create > Areas> Rectangle > By Dimensions（定义长方形尺寸）命令。 接着依次输入X1= 0,X2= 10,Y1= 0,Y2= 10（只输入数字）,完成后单击”OK”按钮,系统将显示长方形。 2、生成实例圆

Main Menu > Preprocessor >Modeling> Create > Areas>Circle > Solid Circle 依次输入圆心坐标WP X = 0 ，WP Y = 0，半径radius = 5，再单击OK按钮完成实例圆。 3、 生成孔

Main Menu > Preprocessor > Modeling> Operate> Booleans >Subtract> Areas

接着选择矩形，再单击对话框中的”Apply”按钮应用，然后选择圆，再单击对话框中”OK”按钮确定。 五、网格化

Main Menu > Preprocessor > Meshing> Mesh Tool

接着单击size controls 一项的Global 的”Set”按钮，接着在Element edge length 单元边界长度选项中输入0.5，再单击 OK按钮确定，选择Mesh按钮进行网格划分，再单击对话框中Pick All按钮，系统将会自动进行网格划分，再单击 Close按钮关闭对话框。

六、施加负载及约束（边界条件）

Main Menu > Solution > Define Loads> Apply > Structural> Displacement > On Lines

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接着选择ea线段, 在其上加UX的约束，点击对话框中的apply按钮，选择bc线段，在其上加UY的约束，再单击对话框中OK按钮确定。

Main Menu > Solution > Define Loads> Apply > Structural> Pressure > On Lines

接着选择ed线段和dc线段（见14页图），再单击对话框中OK按钮确定。

接着在VALUE load PRES value中输入-1000，再按OK按钮完成施加压力。 七、分析（求解）

1、菜单路径：Main Menu> Solution> Solve> Current LS. 接着单击OK 按钮开始运行分析。

2、出现Solution is Done! 窗口时, 点击 Close 关掉它。 3、再将统计窗口关闭。 八、结果（后处理） 1、显示变形图

Main Menu> General Postproc> Plot Results> Deformed Shape

接着选择显示Def + undef变形与未变形图，然后单击OK按钮，此时系统将会显示桁架未受集中力与受集中力后的变形显示。

2、动画显示变形

Utility Menu > Plot Ctrls > Animate > Deformed Shape

接着选择Def + undeformed选项，再单击OK按钮完成动画显示变形图，再单击对话框中Close按钮关闭动画图。 3、显示节点解

运行主菜单Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot> Nodal Solu命令。

接着选择Stress应力的von Mises (SEQV)总合应力，单击OK按钮完成显示节点总合应力解。 4、动态显示结果

Utility Menu > Plot Ctrls > Animate > Deformed Results 接着选择Stress应力的von Mises (SEQV)总合应力，单击OK按钮完成动态显示节点总合应力结果。

练习：如图所示的一块板，其内部有一个圆孔，ab端固定，

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ac=ab=bd=20米，圆孔的直径为10米，材料属性为：弹性模量

E21011Pa，泊松比0.3，均布载荷为q1000Pa。

三维静力分析

例题：如图所示，一立方体，在底面施加固定约束，在顶端右侧的节点上施以Fx1000N，Fy1000N，Fz1000N的集中力，试以静力分析其挠度。Lx10m，Ly20m，Lz10m，

E2.0e11N/m2，0.3

一、 定义单元类型、材料属性

1、创建单元类型

菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete. 就会弹出单元类型对话框. 点击Add ... 就会弹出单元类型库对话框. 2、定义单元类型

先选择单元为Solid,接着选择Brick 8node 45,然后单击OK按钮确定，完成单元类型的选择。 3、闭单元类型对话框 4、 设置材料属性

菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models. 弹出一个对话框。 5、 设置扬氏弹性模量与泊松比

在”Define Material Models Behavior”的对话框的右边, 双击 Structural, Linear, Elastic, Isotropic，就会弹出一个对话框。在 EX中输入2e11 (弹性模量)。

在PRXY中输入 0.3 (泊松比), 并点击 OK. 6、关闭材料属性设置对话框 二、 建立几何图形 1、生成立方体

运行主菜单Main Menu > Preprocessor >Modeling> Create > Volumes> Block > By Dimensions（定义长方体尺寸）命令。 2 、等角视图显示

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在前视图中无法精确观察立方体，所以将其转成等角视图显示，在视角平移、缩放及旋转对话框中，先单击Iso，再单击Fit。 三、 网格化 1、网格设置 Main Menu > Preprocessor > Meshing> Mesh Tool

接着单击size controls 一项的Global 的”Set”按钮，接着在Element edge length 单元边界长度选项中输入10，再单击 OK按钮确定。

2、进行网格划分

首先选择网格化分类型为Volumes,再设置Shape形状为Hex,并以Mapped的方式，然后单击Mesh按钮，接着单击对话框中Pick All按钮，系统将自动进行网格划分。 3、关闭网格工具对话框。 4、显示节点及单元编号

运行下拉式菜单中Plotctrls>Numbering 编号显示命令，接着在编号控制对话框中将选择打开Node numbers, 并选择 Element numbers 显示单元编号，完成后单击OK按钮确定。 四、 施加负载及约束（边界条件） 1、立方体底面约束

Main Menu > Solution > Define Loads> Apply > Structural> Displacement > On Areas 捕捉立方体底面，单击对话框中OK按钮确定。在弹出的对话框中，选择All DOF 所有自由度，再单击对话框中OK按钮确定。

2、顶端右侧节点X方向负载

Main Menu > Solution > Define Loads> Apply > Structural> Force/Moment> On Nodes.

接着选择顶端右侧节点，完成选择后单击对话框中OK按钮。然后选择FX方向的集中力，在Force/moment value 输入数值1000，选择完后选择Apply按钮。 3、顶端右侧节点Y方向负载

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选择顶端右侧节点，完成选择后单击对话框中OK按钮。然后选择FY方向的集中力，在Force/moment value 输入数值1000，选择完后选择Apply按钮。 4、顶端右侧节点Z方向负载 选择顶端右侧节点，完成选择后单击对话框中OK按钮。然后选择FZ方向的集中力，在Force/moment value 输入数值-1000，选择完后选择OK按钮。 五、 分析（求解） 1、菜单路径：Main Menu>Solution> Solve> Current LS. 接着单击OK 按钮开始运行分析。

2、出现Solution is Done! 窗口时, 点击 Close 关掉它。统计窗口可将其关闭。

3、再将统计窗口关闭。 六、 结果

1、显示节点解

运行主菜单Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot> Nodal Solu命令。

接着选择Stress应力的von Mises (SEQV)总合应力，单击OK按钮完成显示节点总合应力解。 2、列表显示节点主应力值

General Postproc > List Results > Nodal Solu列表显示节点结果命令。

接着选择Stress应力的Principals SPRIN主应力，再单击OK 按钮完成列表显示。 3、显示变形图

Main Menu>General Postproc>Plot Results> Deformed Shape

接着选择显示Def + undef变形与未变形图，然后单击OK按钮，此时系统将会显示立方体未受集中力与受集中力后的变形显示。

4、列表显示节点自由度

General Postproc > List Results > Nodal Solu列表显示节点结果命令。

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在 DOF Solution自由度解的选项中，选择All DOF 所有自由度，再单击OK 按钮完成列表显示设置。

练习：如图，一个厚壁圆筒压力容器，内部压力为1ＭPa，内径为5米，外径11米，试以静力分析其挠度。E2.0e11N/m2，

0.3

（有限元模型）

提示：由于是轴对称结构，可简化模型，建立右图的有限元模型。 练习：一个厚壁圆筒，底部固定，内径为0.5米，外径1米，内部压力为0.5ＭPa，高为1米，顶部右侧受一集中力Fx1000N，试以静力分析其挠度。

热分析

例题：有一双层板(层1和层2),其几何形状与边界条件如图所示。板的上侧流过流体介质。其中层1中间有一半径为1cm的圆孔。求稳态条件下，双层板内的温度分布。 一、 偏好设定

指定为热分析

菜单路径： Main Menu> Preferences ，选\"Thermal\"， 然

后 OK.

二、 定义单元类型、材料属性

1、新建单元类型

菜单路径： Main Menu> Preprocessor> Element Type>

Add/Edit/Delete. 就会弹出单元类型对话框. 点击Add ... 就会弹出单元类型库对话框. 2、定义单元类型

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先选择单元为Thermal Solid,接着选择quad 4node 55(PLANE55),然后单击OK按钮确定，完成单元类型的选择。 3、关闭单元类型对话框 4、设置材料属性

需设置双层板中对应的两种材料，其热传导率分别为20W/m.K,50W/m.K

先设置左侧板的材料属性，点击Preprocessor>Material Props,将出现 Material Props菜单，点击Material Models, 就会弹出一个对话框,双击Thermal>Conductivity>Isotropic,在KXX中输入20，点击OK确认。

点击对话框上边的Material,下拉菜单中选择New Model,弹出菜单，输入框的材料号为2，点击OK确认。 材料2的属性设置同上（在KXX中输入50）。 三、 建立几何图形

1、 生成长方形

运行主菜单Main Menu > Preprocessor >Modeling> Create > Areas> Rectangle > By Dimensions（定义长方形尺寸）命令。 接着依次输入X1=0,X2=0.05,Y1=0,Y2=0.05,完成后单击”OK”按钮,图形窗口将显示出正方形。

按照同样的办法创建右侧板的几何图形，输入的参数值为X1=0.05,X2=0.15,Y1=0,Y2=0.05。 2、 生成实例圆

Main Menu > Preprocessor >Modeling> Create >

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Areas>Circle > Solid Circle

依次输入圆心坐标WP X = 0.025 ，WP Y = 0.025，半径radius = 0.01，再单击OK按钮完成实例圆。 3、 生成孔

Main Menu > Preprocessor > Modeling> Operate> Booleans >Subtract> Areas

用鼠标点击矩形1的中心，将出现对话框询问究竟选择哪个图元，这是因为矩形1与圆的几何中心重合在了一起。因为要执行A1-A3,故应先选中矩形1, 再单击对话框中的”Apply”按钮应用，然后选择圆，再单击对话框中”OK”按钮确定。由于A4与 A2之间并非简单的接触关系，故应将两者通过布尔运算粘着在一起。

Main Menu > Preprocessor > Modeling> Operate> Booleans >Glue> Areas,在弹出的对话框中点击Pick All按钮完成操作。 四、 网格化

Main Menu > Preprocessor > Meshing> Mesh Tool

选中SmartSize复选框，指定划分单元的大小，滑动滚动条，

使其值为4。选择自由网格划分，选择Mesh按钮进行网格划分，再单击对话框中Pick All按钮，系统将会自动进行网格划分，再单击 Close按钮关闭对话框完成。

五、 指定材料属性

点击工具菜单中的Select>Entities,将出现实体选择对话框。从最上面的下拉列表中选择Areas,第二个下拉列表中保留原来的设置By Num/Pick,然后点击Apply按钮，将出现面积选择框,移动鼠标选定A1,并点击OK 按钮，将完成面积A1

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的选择.接着,从第一个下拉列表中选择Elements, 并从第二个下拉列表中选择Attached to,选择Areas单选按钮,表示所要选择的单元为已选定面积中的单元.点击OK按钮即选定了A1中的所有单元.点击Plot>Replot,将只显示已选定的单元和面积.

点击Main Menu> Preprocessor> Material Props>Change Mat Num,New Material Number文本框中输入”1”,在第二个文本框中输入”All”表示所选定的所有单元对应的材料类型均为1.之后点击OK按钮。

点击Select>Everything,恢复对所有图元的选择。点击Plot>Replot,将显示所有图元。

可按类似的方法将右侧矩形中的单元材料属性设置为2，完成后再次点击Select>Everything。

完成以上步骤后，点击PlotCtrls>numbering,在第一个下拉列表中，选择Material numbers,并点击OK按钮，图中将显示出所有单元及其对应的材料类型。

六、 添加边界条件

1、温度边界条件

Main Menu > Solution > Define Loads> Apply >Temperature>On Nodes,将出现对话框,选中Box单选按钮,并将鼠标移至左侧矩形的左上侧，按住鼠标左键并移动鼠标将左侧矩形的左边界框选住,随后点击OK按钮,将出现对话框,要求输入所选各节点的温度值。将Lab2 DOFs to be constrained这一项中的TEMP选中，根据最初给定的条件，左边一侧温度为200℃，故在对应的文本框中输入200，并点击OK按钮进行确认。可按类似的方法，为右边一侧各节点添加温度值为50℃。 2、对流边界条件

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Main Menu > Solution > Define Loads> Apply >Convection> On Lines,在出现的对话框中，选中Box单选按钮,并移动鼠标将顶边一侧边界框选住,随后点击OK按钮,将出现对话框,在第一个文本框中输入150，表明对流换热系数为150W/ m2.K,在第二个文本框中输入25，表明流体介质温度为25℃。然后点击OK 按钮确认。 3、热流量

Main Menu > Solution > Define Loads> Apply >Heat Flux> On Lines,在出现的对话框中，选住组成圆孔边界的四条弧线，点击OK按钮，将出现一个对话框，在第一个文本框中输入100，

2

表示圆孔对应的热流量为100W/m。

七、 求解菜单路径：

1、Main Menu> Solution> Solve> Current LS. 接着单击OK 按钮开始运行分析。

2、出现Solution is Done! 窗口时, 点击 Close 关掉它。统计窗口可将其关闭。

八、 进行后处理

Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot> Nodal Solu，将出现一个对话框，选择DOF solution 对应的Temperature TEMP,并点击OK按钮后，即可看到温度场分布。

习题：一无限长的截面形状和尺寸如图所示的厚壁双层圆管， a=5.5mm,b=10.8mm,c=15.6mm。其内层温度为20℃,热传导率为内层0.0234W/(mm.℃),外层0.152 W/(mm.℃)。外层的对流换热系数为1.5e8 W/(mm².℃) ,流体介质温度为80℃。求解圆管沿径向的温度分布情况。 提示：可建立轴对称几何模型，选择单元时，Element behavior 应为Axisymmetric.

焊接接头稳态传热过程分析

如图 1 所示,圆形的冷凝管通过法兰接头进行对接。接头的制作方法如下:

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先把法兰移动到圆管接头位置,然后沿圆周焊接两道次,把法兰连接到圆管上.用螺栓把两个法兰接头拉紧,法兰之间压上一块垫片.圆管内的液体温度为 0℃,蒸汽冷凝在圆管的外表面上, 蒸汽温度为 100℃.。圆管内表面换热系数为 5000W/m2K，,外表面换热系数为 20000 W/m2K。 圆管和法兰材料的导热系数为 20W/mK,弹性模量为 2 × 105 MPa，泊松比为 0.3,线膨胀系数为 1.2 × 10-5 /K.分析在圆管和法兰内的稳态温度分布及热应力

分布。

图 1 一个典型的焊接接头

解答:以下为基于 ANSYS 图形界面(GUI)的菜单操作流程;注意:符号\"→\"表示针对菜单中选项的鼠标点击操作.

基于图形界面的交互式操作(step by step)

(1) 设置计算类型 Main Menu: Preferences… select Thermal, steady → OK

(2) 选择单元类型 Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Add → Thermal Solid, Quad 8node 77 → OK → Option →K3: Axisymmetric → Close

(3) 定义材料参数 Main Menu: Preprocessor→ Material Props → Material Models → Material Models Available →Thermal(双击打开子菜单) → Conductivity(双击) → Isotropic(双击) →KXX:0.02 (导热系数) → OK → 关闭材料定义菜单

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图 2 有限元模型关键点号 图3有限元模型线号

(4) 生成几何模型 Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints →In Active CS → NPT Keypoint number: 1 , X Y Z Location in active CS: (77,0,0) → Apply → 同样输入其余 7 个关键点坐标, 分 别为 2(156,0,0), 3(156,39,0), 4(102,39,0), 5(102,48,0), 6(84,66,0), 7(84,156,0), 8(77,156, 0) → OK → Areas→ Arbitrary → Through KPs → Pick All →OK (5) 划分网格 Main Menu: Preprocessor Main Menu → Preprocessor → Meshing → Size Cntrls → ManualSize → Global → Size → Global Element Sizes → Size Element edge length:3.5 → OK

Main Menu → Preprocessor → Meshing → Mesh → Areas → Free → pick all → OK

(6) 对模型定义换热边界条件 Main Menu: Preprocessor →Loads → Define Loads → Apply → Thermal → Convection → On Lines →用鼠标点击选择线 2,线 3,线 4,线 5 和线 6, 即边界对应的线段 → OK→ Apply Conv on lines对话框弹出, VALI Film coefficient: 0.02 ; VAL2I Bulk temperature: 100 → OK → On Lines→ 用鼠标点击选择线 8,即线段AB →OK →Apply Conv on lines对话框弹出,VALI Film coefficient:0.05; VAL2I Bulk temperature: 0 OK

(7) 分析计算 Main Menu: Solution → Solve → Current LS → (弹出一个对话框)OK → (求解完成后,弹 出一个对话框)Solution is done! Close (8) 显示稳态温度分布 Main Menu: General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → DOF Solution →Nodal Temperature → OK (9)显示热流矢量分布 Main Menu → General Postproc → Plot Results → Vector Plot → Predefined → Flux & gradient, Thermal flux TF → OK

(10) 转换单元类型 Main Menu: Preprocessor→ Element Type→ Switch

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Elem Type→ change element type: Thermal to Struc →OK

Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Type 1: PLANE183; Options → Element behavior K3: Axisymmetric; OK → Close

(11) 定义材料参数 Main Menu → Preprocessor → Material Props → Material Models → Material Models Available: Structural(双击打开子菜单) → Linear(双击) → Elastic (双击)→ Isotropic(双击) →EX: 2.0e5(弹性模量) ,PRXY:0.3 (泊松比)→OK →转到Material Models Available: Thermal Expansion(双击)→Secant Coefficient (双击)→ Isotropic(双击) →ALPX:1.2E-5(平均线膨胀系数) → OK →关闭材料定义菜单 (12)施加边界条件 Step1 位移约束

Main Menu: Preprocessor →Loads→ Define Loads→ Apply→ Structural→ Displacement →On Lines→ 用鼠标 点击选择线 1, → OK→DOFs to be constrained:UY , Displacement value:0→OK Step2 施加节点温度

Main Menu: Preprocessor →Loads →Define Loads →Apply →Structural →Temperature →From Therm Analy → Name of results file,Browse...(单击):→ joint.rth 文件→OK

(13)分析计算 Main Menu:Solution → Solve →Current LS → (弹出一个对话框)OK → (求解完成后,弹出一个对话框)Solution is done!

(14)显示应力分布 Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → Stress →von Mises stress→ OK

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