基于E=200GPa的车辆结构有限元分析成果

接下来以图2-1为例，介绍经典的ANSYS操作环境下的基本操作。基本数据如下：E=200GPa，w₁=0.002m，w₂=0.001m，t=0.00125m，L=0.10m，F=1000N。在下面的操作中，在杆的短边施加均布的压力，压力大小为

1.准备工作

（1）首先启动ANSYS

（2）进入前处理器

其操作如下：

GUI：Preprocessor。

命令：/PREP7。

（3）添加标题

其操作如下：

GUI：Utility Menu﹥File﹥Change Title...。

新标题为：Static Analysis。

命令：/TITLE，Static Analysis。

（4）修改工作名

其操作如下：

GUI：Utility Menu﹥File﹥Change Jobname...。

键入工作名：staticexample。

命令：/FILNAME，static example，0。

（5）定义单位制

在命令行输入/units，si，然后回车，定义单位为国际单位制即长度：m；力：N；压力：Pa；面积：m²；质量：kg。

（6）定义各向同性线性材料

GUI：Preprocessor﹥Material Props﹥Material Models﹥Structural﹥Linear﹥Elas-tic﹥Isotropic，弹出窗口如图2-12所示。

输入的材料参数如下：

弹性模量（Young’s modulus EX）：2E10。

泊松比（PRXY）：0.3。

命令：

MP，EX，1，10.4e9。

MP，PRXY，1，0.3。

图2-12 定义弹性模量和泊松比

2.建立模型

（1）定义关键点（梁的端点）

其操作如下：

GUI：Preprocessor﹥Modeling﹥Create﹥Keypoints﹥In Active CS，按照如图2-13所示进行设置。

图2-13 定义第一个点

单击Apply按钮，接下来定义第二个点，如图2-14所示。

图2-14 定义第二个点

接下来，按照表2-1所示，建立其他两个点。

表2-1 几何点坐标

（2）定义直线

通过关键点定义直线，操作如下：

GUI：Preprocessor﹥Modeling﹥Create﹥Lines﹥Lines﹥Straight Line，单击鼠标左键拾取图形界面上的两个关键点，然后单击鼠标中键确认，在第1个和第2个关键点之间生成一条直线。

按照上述相同的方法进行操作，在第2个和第3个关键点之间生成一条直线，在第3个和第4个关键点之间生成一条直线，在第4个和第1个关键点之间生成一条直线。

（3）定义面

通过直线定义平面，操作如下：

GUI：Preprocessor﹥Modeling﹥Create﹥Areas﹥Arbitrary。

拾取刚刚定义的四条直线，单击OK按钮，生成平面，如图2-15所示。

（4）定义单元

GUI：Preprocessor﹥Element Type﹥Add/Edit/Delete…。

选择Solid﹥Quad 4node 42单元（平面单元），单击OK按钮，如图2-16所示。

图2-15 生成平面

图2-16 定义单元(www.xing528.com)

命令：ET，1，Plane42。

然后在单元类型窗口（Element Type）单击option按钮，弹出单元选项窗口，如图2-17所示。设置K3属性为Plane strs w/thk。单击OK按钮完成设置，然后在单元类型窗口（Element Type）单击Close按钮。

图2-17 定义单元选项

（5）定义实常数

定义单元厚度：

GUI：Preprocessor﹥Real Constants﹥Add，弹出Plane42实常数窗口（Real Constants for Plane42），如图2-18所示，单击OK按钮，返回实常数设置窗口，单击Close按钮。

图2-18 定义Plane42实常数

（6）划分网格

定义模型网格尺寸：

GUI：Preprocessor﹥Meshing﹥MeshTool，单击Lines右侧的set按钮，选择L1、L3，单击拾取对话框的OK按钮，弹出如图2-19所示对话框。

定义划分单元个数（No.of element divisions）为1，单击OK按钮，完成设置。

按照相同的方法，定义L2、L4划分单元数量为4。然后单击MeshTool窗口中的Mesh按钮，拾取平面，单击拾取对话框上的OK按钮，网格划分完成后如图2-20所示。

图2-19 定义网格尺寸

图2-20 划分网格

（7）施加载荷/约束

定义L1的位移约束为全约束，操作如下：

GUI：Solution﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Displacement﹥On Lines，弹出拾取对话框，选择L1，在拾取对话框单击OK按钮，弹出自由度选择对话框，选择All DOF，如图2-21所示，单击OK按钮。

定义L3的载荷为沿着Y轴负方向，操作如下：

图2-21 选取需要约束的自由度

GUI：Solution﹥Define Loads﹥Apply﹥Structural﹥Pressure﹥On Lines，弹出拾取对话框，选择L3，在拾取对话框单击OK按钮，在压力大小定义对话框定义压力为-1e6，如图2-22所示，单击OK按钮。

载荷与约束定义完毕，如图2-23所示。

图2-22 定义压力大小

图2-23 施加载荷与约束

3.定义分析类型

选择静力学分析，操作如下：

GUI：Solution﹥Analysis Type﹥New Analysis﹥static。

命令：ANTYPE，0。

4.求解

GUI：Solution﹥Solve﹥Current LS。

命令：SOLVE。

5.查看分析结果

GUI：General Postproc﹥List Results﹥Nodal Solution，弹出窗口如图2-24所示。选择DOF Solution﹥Y-Component of displacement。

图2-24 选择节点分析结果

单击OK按钮，节点位移列表如图2-25所示。

将上述节点整理后得到表2-2所示节点位移计算结果，与理论算法比较差异不大，表中节点编号如图2-26所示。

图2-25 节点位移计算结果

图2-26 节点编号

表2-2 节点位移计算结果

生成应力计算结果：

GUI：General Postproc﹥Plot Results﹥Contour Plot﹥Nodal Solu，弹出对话框如图2-27所示。

图2-27 选择应力结果

单击OK按钮，生成应力分析结果如图2-28所示。最大应力为0.711E8，与前面理论算得的结果相差不大。

图2-28 生成应力分析结果