弯管瞬态动力学分析入门实例

时间：2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：如图7-167a所示，弯管下端部固定，上端面每个节点施加动态力载荷，载荷和时间过程如图7-167b所示，试分析结构的最大位移和响应过程。图7-170 “Preferences for GUI Filtering”对话框4.定义单位在ANSYS软件的主界面命令输入窗口中，输入“/UNIT，SI”，如图7-171所示。图7-171 输入单位命令5.定义单元类型1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图7-172所示。图7-179 在活动坐标系中创建关键点93）重复上述步骤分别创建关键点10坐标为（0，0，

弯管瞬态动力学分析入门实例

如图7-167a所示，弯管下端部固定，上端面每个节点施加动态力载荷，载荷和时间过程如图7-167b所示，试分析结构的最大位移和响应过程。

图7-167 弯管及其承受载荷曲线

操作步骤

1.启动ANSYS 14.5

双击桌面上的“Mechanical APDL Product Launcher”图标，弹出“ANSYS配置”窗口，在“Simulation Environment”选择“ANSYS”，在“license”选择“ANSYS Multiphysics”，然后指定合适的工作目录，单击“Run”按钮，进入ANSYS用户界面。

2.指定工程名和分析标题

1）选择“Utility Menu＞File＞Change Jobname”命令，弹出“Change Jobname”对话框，修改工程名称为“pipe”，如图7-168所示。单击“OK”按钮完成修改。

图7-168 “Change Jobname”对话框，

2）选择“Utility Menu＞File＞Change Title”命令，弹出“Change Title”对话框，修改标题为“Transient Response of pipe”，如图7-169所示。单击“OK”按钮完成修改。

图7-169 “Change Title”对话框

3）选择“Utility Menu＞Plot＞Replot”命令，指定的标题“Transient Response of pipe”显示在窗口的左下方。

3.指定分析类型

选择“Main Menu＞Preference”命令，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，勾选“Structural”选项，如图7-170所示。单击“OK”按钮确认。

图7-170 “Preferences for GUI Filtering”对话框

4.定义单位

在ANSYS软件的主界面命令输入窗口中，输入“/UNIT，SI”，如图7-171所示。然后单击“Enter”键确认。

图7-171 输入单位命令

5.定义单元类型

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图7-172所示。

2）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“Solid”选项，即选择实体单元类型，然后在右边列表中选择“Brick 8node 185”单元，如图7-173所示。单击“Library of Element Types”对话框的“OK”按钮，返回“Element Types”对话框。

3）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“Solid”选项，即选择实体单元类型，然后在右边列表中选择“Quad 4 node 182”单元，如图7-174所示。单击“Library of Element Types”对话框

图7-172 “Element Types”对话框

的“OK”按钮，返回“Element Types”对话框。

图7-173 “Library of Element Types”对话框

图7-174 “Library of Element Types”对话框

4）单击“Close”按钮关闭“Element Types”对话框，结束单元类型的添加。

6.定义材料属性

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Materials Props＞Material Models”命令，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，如图7-175所示。

图7-175 “Define Material Model Behavior”对话框

2）在右侧列表中选择“Structural＞Linear＞Elastic＞Isotropic”，弹出“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框，在“EX”文本框中输入2.1e11，在“PRXY”文本框中输入0.3，如图7-176所示。单击“OK”按钮返回。

3）在图7-175所示对话框右侧列表中选择“Density”，弹出“Density for Material Number1”对话框，在“DENS”文本框中输入密度为7850，如图7-177所示。单击“OK”按钮确认。

4）在“Define Material Model Behavior”对话框中选择“Material＞Exit”命令，退出材料属性窗口，完成材料模型属性的定义。

图7-176 “Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框

图7-177 “Density for Material Number1”对话框

7.建立分析模型

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Circle＞Annulus”命令，弹出“Annular Circle Area”对话框，在“WP X”和“WP Y”文本框中输入圆环中心的X、Y坐标（0，0），在“Rad-1”和“Rad-2”文本框中分别输入圆环的内径0.0125和外径0.0175，单击“OK”按钮创建圆环面，如图7-178所示。

图7-178 创建圆环面

2）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS”命令，弹出“Create Keypoints in Active Coordinate System”对话框，输入关键点号为9和坐标值（0，0，0），单击“OK”按钮，以当前活动坐标系（系统默认为笛卡儿坐标系）定义一个关键点，如图7-179所示。

图7-179 在活动坐标系中创建关键点9

3）重复上述步骤分别创建关键点10坐标为（0，0，−0.5），关键点11坐标为（0，0.2，−0.5）。

4）选择“Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering”命令，弹出“Plot Numbering Controls”对话框，勾选“Keypoint numbers”和“Line numbers”选项，单击“OK”按钮，此时显示所创建的关键点，如图7-180所示。

图7-180 显示关键点

5）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，弹出“Create Straight Line”对话框，在图形区选择关键点9和10，或直接输入两点编号“9，10”绘制直线L9，然后单击“OK”按钮创建直线，如图7-181所示。

图7-181 创建直线L9

6）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Straight Line”命令，弹出“Create Straight Line”对话框，在图形区选择关键点10和11，或直接输入两点编号“10，11”绘制直线L10，然后单击“OK”按钮创建直线，如图7-182所示。

图7-182 创建直线L10

7）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Line Fillet”命令，弹出“Line Fillet”对话框，在图形区选择线L9和L10，或直接输入编号“9，10”，单击“OK”按钮，弹出“Line Fillet”对话框，输入半径0.1，然后单击“OK”按钮创建圆角，如图7-183所示。

图7-183 创建圆角

8.划分网格

1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，单击“Lines”后的“Set”按钮，弹出“Element Size on Picked Line”对话框，依次选择圆环所有8条边，单击“OK”按钮，弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框，在“No.of element divisions”文本框中输入5，单击“OK”按钮完成线单元数量的设置，如图7-184所示。

2）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞All Areas”命令，弹出“Area Attributes”对话框，在“Element type number”下拉列表中选择“2 PLANE182”，单击“OK”按钮完成面单元类型的设置，如图7-185所示。

3）在网格工具中选择分网对象为“Areas”，网格形状为“Quad”，选择分网形式为“Free”，单击“Mesh”按钮，拾取圆环面单击“OK”按钮，生成网格如图7-186所示。

图7-184 设置线单元数量

图7-185 设置面单元类型

图7-186 生成网格

4）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Tool”命令，弹出“Mesh Tool”对话框，单击“Global”后的“Set”按钮，弹出“Global Element Sizes”对话框，在“Element edge length”文本框中输入0.02，单击“OK”按钮完成单元边长的设置，如图7-187所示。

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图7-187 设置单元边长

5）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞Along Lines”命令，弹出“Sweep Areas along Lines”对话框，单击“Pick All”按钮选择模型中已经定义的面，单击“OK”按钮，弹出“Sweep Areas along Lines”对话框，依次选择直线L7、L9、L8，单击“OK”按钮，创建实体如图7-188所示。

图7-188 通过选择面创建实体

6）选择“Utility Menu＞Plot＞Element”命令，可显示弯管的节点和单元，如图7-189所示。

图7-189 显示节点和单元

7）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Clear＞Areas”命令，弹出选择对话框，单击“Pick All”按钮，清除所有面网格。此处即使保留源面网格对计算结果也没有影响，删除的目的仅仅是使后面的操作更加方便。

9.设置分析类型和求解选项

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis”命令，弹出“New Analysis”对话框，选中“Transient”选项，如图7-190所示。单击“OK”按钮确认。

2）系统弹出“Transient Analysis”对话框，在“Solution method”选项中选择“Full”，单击“OK”按钮完成设置，如图7-191所示。

图7-190 “New Analysis”对话框

图7-191 “Transient Analysis”对话框

10.施加第一个载荷步并输出

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入0，选中“Number of substeps”选项，在“Number of substeps”文本框中输入子步数为0，如图7-192所示。单击“OK”按钮确认。

图7-192 “Solution Controls”对话框

2）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Areas”命令，弹出实体选取对话框，选择圆管的端面，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on Areas”对话框，在“DOFs to be constrained”列表框中选择约束类型“All DOF”，在“Displacement value”文本框中输入数值0，单击“OK”按钮完成约束，如图7-193所示。

图7-193 施加自由度约束

3）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入0.005，选中“Number of substeps”选项，在“Number of substeps”文本框中输入子步数为1，如图7-194所示。单击“OK”按钮确认。

图7-194 “Solution Controls”对话框

4）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Nodes”命令，弹出实体选取对话框，框选Box短端面上的所有节点（共计40个），单击“OK”按钮，弹出“Apply F/M on Nodes”对话框，在“Direction of force/mom”下拉列表中选择载荷方向“FY”，在“Real part of force/mom”文本框中输入载荷数值0，单击“OK”按钮施加力载荷，如图7-195所示。

5）载荷步输出。选择“Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Write LS File”命令，弹出“Write Load Step File”对话框，在“Load step file number n”文本框中输入1，单击“OK”按钮完成，如图7-196所示。

图7-195 在节点上施加力载荷

图7-196 “Write Load Step File”对话框

11.施加第二个载荷步并输出

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入0.05，选中“Time increment”选项，在“Time step size”文本框中输入0.005，在“Minimum time step”文本框输入0.001，在“Maximum time step”文本框中输入0.01，如图7-197所示。

图7-197 “Basic”选项卡

2）单击“Transient”选项卡，选择“Full Transient Options”中的“Ramped loading”选项，如图7-198所示。单击“OK”按钮确认。

3）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Nodes”命令，弹出实体选取对话框，框选Box短端面上的所有节点（共计40个），单击“OK”按钮，弹出“Apply F/M on Nodes”对话框，在“Direction of force/mom”下拉列表中选择载荷方向“FY”，在“Real part of force/mom”文本框中输入载荷数值−100，单击“OK”按钮施加力载荷，如图7-199所示。

图7-198 “Transient”选项卡

图7-199 在节点上施加力载荷

4）载荷步输出。选择“Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Write LS File”命令，弹出“Write Load Step File”对话框，在“Load step file number n”文本框中输入2，单击“OK”按钮完成，如图7-200所示。

图7-200 “Write Load Step File”对话框

12.施加第三个载荷步并输出

1）选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框的“Basic”选项卡，在“Time at end of loadstep”（载荷步结束时间）文本框中输入1，选中“Time increment”选项，在“Time step size”文本框中输入0.005，在“Minimum time step”文本框输入0.001，在“Maximum time step”文本框中输入0.01，如图7-201所示。

2）单击“Transient”选项卡，选择“Full Transient Options”中的“Stepped loading”选项，如图7-202所示。单击“OK”按钮确认。

图7-201 “Basic”选项卡

图7-202 “Transient”选项卡

3）载荷步输出。选择“Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Write LS File”命令，弹出“Write Load Step File”对话框，在“Load step file number n”文本框中输入3，单击“OK”按钮完成，如图7-203所示。

图7-203 “Write Load Step File”对话框

提示：第三个载荷步中载荷值与第二个载荷步相同，所以只需要定义载荷步时间就可以，不必重新施加载荷值，ANSYS会自动保存上次时间的结果。

13.求解瞬态响应分析

1）选择“Main Menu＞Solution＞Solve＞From LS Files”命令，弹出“Solve Load Step Files”对话框，在“Starting LS file number”（开始载荷步文件序号）文本框中输入1，在“Ending LS file number”（结束载荷步文件序号）文本框中输入3，在“File number increment”文本框中输入1，如图7-204所示。