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ANSYS机械工程应用 李功勋 七教515实验室 软件简介 分析步骤 单位 径向约束和扭矩施加方法 MPC应用 软件简介 ANSYS软件是一个功能强大而灵活的大型通用有限元软件。广泛应用于核工业、铁道、航空航天、石油化工、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、家用电器等工业和科学研究领域，是世界上拥有用户最多，最成功的有限元软件之一。 ANSYS提供的分析类型主要有以下几种。 结构静力学分析 电磁场分析 结构动力学分析 流体动力学分析 热力学分析 声场分析 结构静力学分析 用于分析结构由静载荷引起的变形和应力。 结构动力学分析 用于分析随时间变化的载荷对结构的影响，主要包括瞬态分析、模态分析、谐响应分析以及随机振动响应分析。 阶数 固有频率(Hz) 1 54.154 2 91.725 3 108.80 4 161.48 5 259.81 6 308.36 7 358.89 8 372.49 热力学分析 可以模拟热传导、对流和辐射，可以进行稳态和瞬态热分析，可以进行热应力计算。 　 前处理 求解 后处理 分析步骤 前处理 　 在分析过程中，与其它步骤相比，建立有限元模型需要花费更多的时间。 指定任务名和分析标题 定义单元类型 定义单元实常数 定义材料特性 创建有限元模型 有限元模型 　 求解 选择分析类型 分析类型：静态分析、模态分析、谐响应分析、瞬态分析、谱分析等。 施加载荷和约束 载荷类型：DOF(自由度)载荷、集中力、表面分布载荷、惯性载荷等。 指定载荷步选项 主要是对载荷步进行修改和控制，例如：指定终止时间、子载荷步数、对输出数据进行控制等。 后处理 求解结束后，可以根据需要使用普通后处理器或时间历程后处理器对结果进行查看。普通后处理器用于显示在指定时间点上选定模型的计算结果，时间历程后处理器用于显示模型上指定点在整个时间历程上的结果。 单位 ANSYS对单位没有专门的要求，只要保证输入的数据都使用统一的单位制即可，输出的数据与输入数据的单位制完全一致。 钢的材料属性：弹性模量EX=2e11Pa，泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7.8e3Kg/m^3 在mm单位制(即模型尺寸单位为mm)下输入到ANSYS时应为EX=2e5MPa， PRXY=0.3，DENS=7.8e-9ton/mm^3。 在m单位制(即模型尺寸单位为m)下输入到ANSYS时应为EX=2e11Pa， PRXY=0.3，DENS=7.8e3Kg/m^3。 单位 若长度用mm,力用N,质量用Kg而时间用s，则以上单位错误。 由牛顿定律： F=ma 所以均按标准单位时： N=kg*m/(s*s) 若长度为mm,质量为Kg，时间用s则有 kg*mm/(s*s)=kg*m*e-3/(s*s)=N*e-3 所以，正确的基本单位组合应该是： mN(毫牛，即N*e-3）, mm, Kg, s或 N，mm，ton，s 径向约束和扭矩施加方法 方法一、基本思想：将力矩折算为力。 基本步骤如下： 创建局部柱坐标系 选择圆柱面上的所有节点 旋转节点坐标系到局部柱坐标系 施加约束（径向） 选择圆柱端面最外圈上的所有节点 施加载荷（周向） 圆轴扭转分析实例 圆轴扭转分析实例 问题描述 设圆轴的圆截面直径D=50mm，长度L=120mm，作用在圆轴上的转矩M=1500Nm，计算最大切应力和距离为0.09m的两截面间的相对转角。 圆截面对圆心的极惯性矩为 圆截面的抗扭截面系数为 圆轴扭转分析实例 圆截面上任意一点的剪应力与该点半径成正比，在圆截面的边缘上有最大值 距离为0.09m的两截面间的相对转角 理论计算结果与模拟结果对比 圆轴扭转分析实例 几何实体 网格图 圆轴扭转分析实例 圆柱面上的所有节点 圆轴扭转分析实例 旋转节点坐标系 圆轴扭转分析实例 施加约束 旋转节点坐标系前施加x向约束图 旋转节点坐标系后施加x向约束图 圆轴扭转分析实例 施加载荷FY=625N (96) 圆轴端面最外圈周向载荷图 局部放大图 圆轴扭转分析实例 结果 理论计算值 圆轴扭转分析实例 结果 理论计算值 模拟结果 径向约束和扭矩施加方法 方法二、基本思想：通过有旋转自由度的节点施加 基本步骤如下： 创建局部柱坐标系 选择圆柱