具体分析过程详解

1.启动Workbench并建立分析项目

1）双击桌面上的【Workbench14.5】图标，启动ANSYS 14.5 Workbench，进入用户操作界面。

2）选择【Units】|【Metric（kg，mm.s，℃，mA，N，mV）】命令，设置分析单位，如图6-17所示。

3）双击【Toolbox（工具箱）】中【Component Systems】下的【Geometry】选项，即可在【Project Schematic（项目管理区）】创建分析项目A，如图6-18所示。

图6-17 设置分析单位

图6-18 创建分析项目A

4）在【Toolbox（工具箱）】中【Analysis Systems】下的【Static Structure】选项上按住鼠标左键，拖动到【Project Schematic（项目管理区）】分析项目A中的A2上，当A2呈红色高亮显示时，释放鼠标创建分析项目B，如图6-19所示。

5）在【Toolbox（工具箱）】中【Analysis Systems】下的【Modal】选项上按住鼠标左键，拖动到【Project Schematic（项目管理区）】分析项目B中的B6上，当B6呈红色高亮显示时，释放鼠标创建分析项目C，如图6-20所示。

图6-19 创建分析项目B

图6-20 创建分析项目C

2.导入几何体模型

1）在A2栏的【Geometry】上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Import Geometry】|【Browse】命令，如图6-21所示，弹出【打开】对话框。

2）在弹出的【打开】对话框中选择文件路径，导入随书光盘中的“\Chapter08\uncompletedframe.sldprt”几何体文件。此时，A2栏的【Geometry】项后面的变为，表明实体模型已经添加。

3）双击项目A中的A2栏的【Geometry】，此时会进入到DesignModeler界面，并弹出【ANSYS Workbench】对话框，选择【Millimeter】单选按钮设置mm单位，如图6-22所示。

图6-21 选择【Import Geometry】|【Browse】命令

图6-22 【ANSYS Workbench】对话框

4）进入DM后，设计树中【Import1】节点前面显示，表示需要生成，图形窗口没有图形显示，单击按钮，生成几何体，即可在窗口右侧显示出几何图形，如图6-23所示。

图6-23 生成几何图形后的DesignModeler界面

5）在DesignModeler界面，单击右上角的按钮，退出DesignModeler，返回到Workbench主界面。

6）单击按钮，弹出【另存为】对话框，选择合适的文件路径和名称后，单击【保存】按钮保存项目。

3.添加材料库

本例中为了简化分析过程，选择的材料为Structural Steel，该材料为ANSYS Workbench系统默认材料。

4.添加模型材料属性

本例中为了简化分析过程，选择的材料为Structural Steel，该材料为ANSYS Workbench系统默认材料，所以不用为模型实体添加材料。

5.划分网格

1）双击【Project Schematic（项目管理区）】中项目B的B4栏中的【Model】项，进入Mechanical界面。在该界面下可进行网格划分、分析设置、结果观察等，如图6-24所示。

2）在【Outline（分析树）】中选择【Mesh】节点，单击【Mesh】工具栏上的【Mesh Control（网格控制）】|【Sizing（尺寸）】命令，单击窗口上方【图形选择】工具栏上的【Body（选择体）】按钮，在【Details of“Body Sizing”Sizing】列表中单击【Scope】选项下的【Scoping Method】项，在图形区单击选择实体，单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在【Element Size】文本框中输入5mm，如图6-25所示。

图6-24 Mechanical界面

图6-25 设置网格尺寸

3）在【Outline（分析树）】中选择【Mesh】节点，单击【Mesh】工具栏上的【Mesh（网格）】|【Generate Mesh（生成网格）】命令，将弹出网格生成进度条，表明正在划分网格。当网格划分完成后，进度条自动消失，最终生成效果如图6-26所示。

图6-26 生成网格

6.施加静力载荷与边界条件

1）在【Outline（分析树）】中选择【Static Structural（B5）】节点，出现【Environment】工具栏。

2）单击【Environment】工具栏上的【Supports】|【Fixed Support（固定约束）】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Single Select（单选）】按钮，然后再单击【Face（选择面）】按钮，在【Details of“Fixed Support”】列表中单击【Scope】选项下的【Scoping Method】项，选择4个圆孔端面，单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，如图6-27所示。

图6-27 施加固定约束(www.xing528.com)

3）单击【Environment】工具栏上的【Loads】|【Moment】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Single Select（单选）】按钮，然后再单击【Face（选择面）】按钮，在【Details of“Moment”】列表中单击【Scope】选项下的【Scoping Method】项，选择如图6-28所示端面。单击【Geometry】项中的【Apply】按钮，在【Magnitude】文本框中输入10000Nmm，如图6-28所示。

图6-28 施加力矩

7.设置静力学分析求解项

1）在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，出现【Solution】工具栏。

2）求解变形。单击【Solution】工具栏上的【Deformation】|【Total】命令，此时在分析树中插入【Total Deformation】项，如图6-29所示。

3）求解应力。单击【Solution】工具栏上的【Stress】|【Equivalent（von-Mises）】命令，此时在分析树中插入【Equivalent Stress】项，如图6-30所示。

图6-29 添加变形求解项

图6-30 添加应力求解项

8.求解静力学并显示分析结果

1）单击工具栏上的【Solve】按钮，启动求解，系统弹出进度条，表示正在求解。求解完成后进度条自动消失，如图6-31所示。

图6-31 求解进度条

2）变形云图。在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，单击其下的【Total Deformation】项，在图形窗口显示出变形云图，如图6-32所示。

3）应力云图。在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，单击其下的【Equivalent Stress】项，在图形窗口显示出应力云图，如图6-33所示。

图6-32 变形云图

图6-33 应力云图

9.设置模态分析求解项

1）在【Outline（分析树）】中选择【Modal（C5）】节点下的【Analysis Settings】，设置【Detail of“Analysis Settings”】中的【Max Modals to Find】为6，求解前6阶模态，如图6-34所示。

图6-34 设置模态求解参数

2）在【Outline（分析树）】中选择【Solution（C6）】节点，单击【Solution】工具栏上的【Deformation】|【Total】命令，此时在分析树中插入【Total Deformation】项，如图6-35所示。

3）同理，插入其他5个模态求解结果，如图6-36所示。

图6-35 设置求解模态变形

图6-36 插入模态求解结果

10.模态分析求解并显示分析结果

1）单击工具栏上的【Solve】按钮，启动求解，系统弹出进度条，表示正在求解。求解完成后进度条自动消失，如图6-37所示。

2）在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，单击其下的【Total Deformation】项，在图形窗口显示出一阶振型。

3）采用相同的方法可以观察其他的各阶模态的分析结果，如图6-38所示。

图6-37 求解进度条

图6-38 各阶模态振型

4）在Mechanical界面的右下方可以观察到模型的固有频率，如图6-39所示。

图6-39 模型的固有频率

11.保存和退出

1）单击Mechanical界面右上角的【关闭】按钮，退出Mechanical，返回ANSYS Workbench主界面。

2）单击工具栏上的【Save Project】按钮保存项目，然后单击右上角的【关闭】按钮退出。