线性各向异性材料模型设置和网格划分步骤

1.定义工作文件名和工作标题

1）选择Utility Menu︱File︱Change Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM] Enter new jobname输入栏中输入工作文件名EXERCISE1，单击OK按钮关闭

该对话框。

2）选择Utility Menu︱File︱Change Title命令，出现Change Title对话框，在输入栏中输入FATIGUE ANALYSIS OF A PLATE WITH CIRCULAR HOLE，单击OK按钮关闭该对话框。

2.定义单元类型

1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Element Type︱Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。

2）在Library of Element Types列表框中选择Solid，Quad 4 node 182，在Element type reference number输入栏中输入1，如图7-2所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-2 单元类型列表对话框

3）单击Element Types对话框上的Options按钮，出现PLANE182 element type options对话框，在Element technology K1选项框中选择Enhanced Strain，如图7-3所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-3 PLANE182单元关键字设置对话框

4）单击Element Types对话框上的Close按钮，关闭该对话框。

3.定义材料性能参数

1）选择Main Menu︱Preprocessor︱Material Props︱Material Models命令，出现Define Material Model Behavior对话框。

2）在Material Models Available一栏中依次单击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，出现Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框，在EX输入栏中输入2E5，在PRXY输入栏中输入0.3，单击OK按钮关闭该对话框。

3）在Define Material Model Behavior对话框上选择Material︱Exit命令，关闭该对话框。

4.创建几何模型、划分网格

1）选择Utility Menu︱PlotCtrls︱Numbering命令，出现Plot Numbering Controls对话框，选择KP Keypoint numbers、LINE Line numbers和AREA Area numbers选项，使其状态从Off变为On，如图7-4所示，单击OK按钮关闭该对话框。

提示：显示关键点、线段及面编号。

2）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Rectangle︱By Dimensions命令，出现Create Rectangle by Dimensions对话框，在X1,X2 X-coordinates输入栏中分别输入0、50，在Y1,Y2 Y-coordinates输入栏中分别输入0、100，单击OK按钮关闭该对话框。

3）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Create︱Areas︱Circle︱Solid Circle命令，出现Solid Circular Area对话框，在WP X和WP Y输入栏中都输入0，在Radius输入栏中输入5，如图7-5所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-4 编号显示控制对话框

图7-5 创建圆面对话框

注意：长度单位选择mm。

4）选择Main Menu︱Preprocessor︱Modeling︱Operate︱Booleans︱Subtract︱Areas命令，出现Subtract Areas拾取菜单，在输入栏中输入1，单击OK按钮，在输入栏中输入2，单击OK按钮关闭该菜单，图7-6是面相减后的结果。

5）选择Main Menu︱Preprocessor︱Numbering Ctrls︱Compress Numbers命令，出现Compress Numbers对话框，在Label Item to be compressed下拉菜单中选择All，单击OK按钮关闭该对话框。

提示：压缩实体编号。

6）选择Utility Menu︱Plot︱Lines命令，显示所有线段。

7）选择Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Size Cntrls︱ManualSize︱Lines︱Picked Lines命令，出现Element Size on拾取菜单，在输入栏中输入1，单击OK按钮，出现Element Sizes on Picked Lines对话框，在NDIV No. of element divisions输入栏中输入10，如图7-7所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-6 面相减后的结果显示

图7-7 设置线段等分数对话框

8）选择Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Size Cntrls︱ManualSize︱Lines︱Picked Lines命令，出现Element Size on拾取菜单，在输入栏中输入2，单击OK按钮，出现Element Sizes on Picked Lines对话框，在NDIV No. of element divisions输入栏中输入6，单击OK按钮关闭该对话框。

9）选择Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Size Cntrls︱ManualSize︱Lines︱Picked Lines命令，出现Element Size on拾取菜单，在输入栏中输入3，单击OK按钮，出现Element Sizes on Picked Lines对话框，在NDIV No. of element divisions输入栏中输入16，单击OK按钮关闭该对话框。

10）选择Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Size Cntrls︱ManualSize︱Lines︱Picked Lines命令，出现Element Size on拾取菜单，在输入栏中输入4，5，单击OK按钮，出现Element Sizes on Picked Lines对话框，在NDIV No. of element divisions输入栏中输入12，在SPACE Spacing ratio输入栏中输入0.05，单击OK按钮关闭该对话框。

提示：将线段4、5设置为12段，且长度依次减小，最后1段的长度为第1段长度的0.05倍。

11）选择Main Menu︱Preprocessor︱Meshing︱Mesh︱Areas︱Mapped︱By Corners命令，出现Map Mesh Area by拾取菜单，在输入栏中输入1，单击OK按钮，在输入栏中输入3，5，4，1，单击OK按钮关闭该菜单。

注意：进行映射网格划分，关键点的选择需按照上述的次序，否则将导致网格划分过程无法正常进行或出现错误的结果。

12）选择Utility Menu︱Plot︱Elements命令，ANSYS显示窗口将显示网格划分结果，如图7-8所示。

图7-8 网格划分结果显示

13）选择Utility Menu︱File︱Save as命令，出现Save Database 对话框，在Save Database to输入栏中输入EXERCISE1-1.db，保存上述操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。

5.加载求解

1）选择Main Menu︱Solution︱Analysis Type︱New Analysis命令，出现New Analysis对话框，选择分析类型为Static，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择Utility Menu︱Plot︱Lines命令，显示所有线段。

3）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Lines，在第2个下拉菜单中选择By Num/Pick，在第3栏中选择From Full，如图7-9a所示，单击OK按钮，出现Select Lines拾取菜单，在输入栏中输入5，单击OK按钮关闭该菜单。

图7-9 选择实体对话框

4）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Nodes，在第2个下拉菜单中选择Attached to，在第3栏中选择Lines，all，在第4栏中选择From Full，如图7-9b所示，单击OK按钮关闭该对话框。

提示：选择编号为5的线段上的所有节点。

5）选择Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Displacement︱Symmetry B.C.︱On Nodes命令，出现Apply SYMM on Nodes对话框，在Norml Symm surface is normal to下拉菜单中选择X-axis，如图7-10所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-10 施加对称位移约束对话框

6）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Lines，在第2个下拉菜单中选择By Num/Pick，在第3栏中选择From Full，单击OK按钮，出现Select Lines拾取菜单，在输入栏中输入4，单击OK按钮关闭该菜单。

7）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Nodes，在第2个下拉菜单中选择Attached to，在第3栏中选择Lines,all，在第4栏中选择From Full，单击OK按钮关闭该对话框。

8）选择Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Displacement︱Symmetry B.C.︱On Nodes命令，出现Apply SYMM on Nodes对话框，在Norml Symm surface is normal to下拉菜单中选择Y-axis，单击OK按钮关闭该对话框。

9）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Lines，在第2个下拉菜单中选择By Num/Pick，在第3栏中选择From Full，单击OK按钮，出现Select Lines拾取菜单，在输入栏中输入2，单击OK按钮关闭该菜单。

10）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Nodes，在第2个下拉菜单中选择Attached to，在第3栏中选择Lines,all，在第4栏中选择From Full，单击OK按钮关闭该对话框。

11）选择Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Pressure︱On Nodes命令，出现Apply PRES on Nodes拾取菜单，单击Pick All按钮，出现Apply PRES on nodes对话框，在[SF] Apply PRES on nodes as a下拉菜单中选择Constant value，在VALUE Load PRES value输入栏中输入20，如图7-11所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-11 施加压力载荷对话框

12）选择Utility Menu︱Select︱Everything命令，选择所有实体。

13）选择Main Menu︱Solution︱Solve Current LS命令，出现Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。

14）求解结束时，出现Note提示框，单击Close按钮关闭该对话框。

15）选择Utility Menu︱File︱Save as命令，出现Save Database 对话框，在Save Database to输入栏中输入EXERCISE1-2.db，保存求解结果，单击OK按钮关闭该对话框。

6.进入后处理，查看结构分析结果并进行疲劳分析设置

1）选择Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution︱DOF Solution︱Y-Component of displacement，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图7-12所示的Y方向位移等值线图。

2）选择Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution︱DOF Solution︱Displacement vector sum，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图7-13所示的合位移等值线图。

3）选择Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution︱Stress︱von Mises stress，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图7-14所示的等效应力等值线图。

图7-12 Y方向位移等值线图

图7-13 合位移等值线图

图7-14 等效应力等值线图

技巧：以上3图均采用1/2屏幕显示，用户可通过执行Utility Menu︱PlotCtrls︱Multi-Window Layout命令实现该功能。

4）选择Main Menu︱General Postproc︱List Results︱Reaction Solu命令，出现List Reaction Solution对话框，在Lab Item to be listed列表框中选择All items，单击OK按钮，ANSYS将显示支反力结果，如图7-15所示。(www.xing528.com)

图7-15 支反力结果显示

5）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Size Settings命令，出现Fatigue Size Settings对话框，在MXLOC Max.no.of fatigue loc's输入栏中输入1，在MXEV Max.no. of fatig events输入栏中输入1，在MXLOD Max.no.of loadings输入栏中输入2，如图7-16所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-16 疲劳数据存储步长设置对话框

6）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Nodes，在第2个下拉菜单中选择By Location，在第3栏中选择X coordinates，在Min,Max输入栏中输入5，在第5栏中选择From Full，如图7-17a所示，单击Apply按钮，在第3栏中选择Y coordinates，在Min,Max输入栏中输入0，在第5栏中选择Reselect，如图7-17b所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-17 根据坐标值选择节点

提示：选择X坐标值为5、Y坐标值为0的节点。

7）选择Utility Menu︱Parameters︱Get Scalar Data命令，出现Get Scalar Data对话框，在Type of data to be retrieved列表框中选择Model data，For selected set，如图7-18所示，单击OK按钮，出现Get Data for Selected Entity Set对话框，在Name of parameter to be defined输入栏中输入NC1，在Data to be retrieved列表框中选择Current node set，Lowest node num，如图7-19所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-18 获取参量信息对话框

图7-19 获取已选参量信息对话框

技巧：获取X坐标值为5、Y坐标值为0的节点编号并将其存储到变量NC1中。第6）、7）步的操作过程可用NC1=NODE（5，0，0）命令代替。

8）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Store Stresses︱From rst File命令，出现Store Stresses at a Node，From Results File对话框，在NODE Node no.for strs storage输入栏中输入NC1，在NEV Event number输入栏中输入1，在NLOD Loading number输入栏中输入1，如图7-20所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-20 从结果文件中获取并存储节点应力对话框

9）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Store Stresses︱List Stresses命令，出现List Stored Stresses对话框，参照图7-21所示对其进行设置，单击OK按钮，ANSYS将列表显示已存储的节点应力，如图7-22所示。

图7-21 列表显示已存储的节点应力对话框

图7-22 已存储的节点应力结果显示

7.进入求解器，二次加载求解

1）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Lines，在第2个下拉菜单中选择By Num/Pick，在第3栏中选择From Full，单击OK按钮，出现Select Lines拾取菜单，在输入栏中输入2，单击OK按钮关闭该菜单。

2）选择Utility Menu︱Select︱Entities命令，出现Select Entities对话框，在第1个下拉菜单中选择Nodes，在第2个下拉菜单中选择Attached to，在第3栏中选择Lines,all，在第4栏中选择From Full，单击OK按钮关闭该对话框。

3）选择Main Menu︱Solution︱Define Loads︱Apply︱Structural︱Pressure︱On Nodes命令，出现Apply PRES on Nodes拾取菜单，单击Pick All按钮，出现Apply PRES on nodes对话框，在[SF]Apply PRES on nodes as a下拉菜单中选择Constant value，在VALUE Load PRES value输入栏中输入-20，单击OK按钮关闭该对话框。提示：输入负值表示施加拉应力载荷。

4）选择Utility Menu︱Select︱Everything命令，选择所有实体。

5）选择Main Menu︱Solution︱Solve Current LS命令，出现Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。

6）求解结束时，出现Note提示框，单击Close按钮关闭该对话框。

7）选择Utility Menu︱File︱Save as命令，出现Save Database 对话框，在Save Database to输入栏中输入EXERCISE1-3.db，保存求解结果，单击OK按钮关闭该对话框。

8.进入后处理，进行疲劳分析并查看求解结果

1）选择Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution︱DOF Solution︱Y-Component of displacement，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图7-23所示的Y方向位移等值线图。

2）选择Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution︱DOF Solution︱Displacement vector sum，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图7-24所示的合位移等值线图。

3）选择Main Menu︱General Postproc︱Plot Results︱Contour Plot︱Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Nodal Solution︱Stress︱von Mises stress，单击OK按钮，ANSYS窗口将显示如图7-25所示的等效应力等值线图。

图7-23 Y方向位移等值线图

图7-24 合位移等值线图

图7-25 等效应力等值线图

提示：输出位移单位为mm，应力单位为MPa。

4）选择Main Menu︱General Postproc︱List Results︱Reaction Solu命令，出现List Reaction Solution对话框，在Lab Item to be listed列表框中选择All items，单击OK按钮，ANSYS将显示支反力结果，如图7-26所示。

5）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Store Stresses︱From rst File命令，出现Store Stresses at a Node，From Results File对话框，在NODE Node no. for strs storage输入栏中输入NC1，在NEV Event number输入栏中输入1，在NLOD Loading number输入栏中输入2，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-26 支反力结果显示

6）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Store Stresses︱List Stresses命令，出现List Stored Stresses对话框，在Location number range后面的第1个输入栏中输入ALL，在NEV Event number输入栏中输入ALL，在NLOD Loading number输入栏中输入ALL，单击OK按钮，ANSYS将列表显示已存储的节点应力，如图7-27所示。

图7-27 已存储节点应力结果显示

7）选择Utility Menu︱PlotCtrls︱Style︱Colors︱Graph Colors命令，出现Graph Colors对话框，在CURVE Graph curve number 1下拉菜单中选择红色，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。

8）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Store Stresses︱Plot Stresses命令，出现Plot Stored Stresses对话框，在NLOC Location number输入栏中输入1，在NEV Event number输入栏中输入1，在ITEM Item to be plotted选项中选择Total stresses，Direct SX，如图7-28所示，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示描述疲劳位置和疲劳事件的应力曲线，如图7-29所示。

图7-28 图形显示已存储的疲劳应力对话框

图7-29 图形显示已存储的疲劳应力曲线

9）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Property Table︱S-N Table命令，出现Fatigue S-N Table对话框，参照图7-30对其进行输入，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-30 输入S-N值对话框

10）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Property Table︱List Tables命令，ANSYS程序将列表显示疲劳特性参数，如图7-31所示。

图7-31 疲劳特性参数列表显示

11）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Stress Locations命令，出现Fatigue Stress Locations对话框，在NLOC Reference no. for location输入栏中输入1，在NODE Node no. corresp to NLOC输入栏中输入NC1，在Stress conc factors的3个输入栏中分别输入1、1.5、1，在Title Title for this location输入栏中输入LOC1，如图7-32所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-32 疲劳位置设置对话框

12）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱List Stress Loc命令，出现List Stress Locations对话框，在NLOC1 Starting location no.输入栏中输入ALL，单击OK按钮，ANSYS程序将列表显示疲劳位置，如图7-33所示。

13）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Assign Events命令，出现Assign Event Data对话框，在NEV Ref. no. for this event输入栏中输入1，在CYCLE Number of cycles输入栏中输入10000，在FACT Scale factor for stresses输入栏中输入1，在Title Title for this event输入栏中输入EVE1，如图7-34所示，单击OK按钮关闭该对话框。

图7-33 疲劳应力位置列表显示

图7-34 疲劳事件参数设置对话框

14）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱List Event Data命令，出现List Event Data对话框，在Event number range输入栏中输入ALL，单击OK按钮，ANSYS程序将显示疲劳事件信息，如图7-35所示。

图7-35 疲劳事件信息列表显示

15）选择Main Menu︱General Postproc︱Fatigue︱Calculate Fatig命令，出现Calculate Fatigue对话框，在[FTCALC] Calculate fatigue at选项中选择Location number，在Specified location or node no.输入栏中输入1，单击OK按钮，ANSYS将显示疲劳计算结果，如图7-36所示。

图7-36 疲劳计算结果显示

提示：输出了允许的疲劳循环次数和疲劳使用系数。

16）选择Utility Menu︱File︱Exit命令，出现Exit from ANSYS对话框，选择Quit－No Save!选项，单击OK按钮，关闭ANSYS。

试一试：将小孔尺寸调整为φ30，数量调整为2个，对称分布于薄板中心线上，其余条件不变，试对其进行疲劳分析。