有限元分析和ansys实例报告

时间:2024.3.27

有限元分析和

    ANSYS实例报告

一、三维托架实体受力分析

二、地震位移谱分析

三.铸造热分析

四、MCM  多芯片组件加散热器(热沉)的冷却分析

           

             

三维托架实体受力分析

题目:1、三维托架实体受力分析:托架顶面承受50psi的均匀分布载荷。托架通过有孔的表面固定在墙上,托架是钢制的,弹性模量E=29×106psi,泊松比v=0.3.试通过ANSYS输出其变形图及其托架的von Mises应力分布。

分析:先进行建模,此建模的难点在对V3的构建。建模后,就对模型进行网格的划分,实行Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,先对网格尺寸进行编辑,选0.1,然后点Meshing,Pick all进行网格划分,所得结果如图1-1。划分网格后,就可以对模型施加约束,接着就可以对实体进行加载求解了,载荷是施加在三维托架的最顶上的表面的,加载后求解运算,托架的变形图如图1-2。

图1-2输出的是原型托架和施加载荷后托架变形图的对比,由于载荷的作用,托架上面板明显变形了,变形最严重的就是红色部分,这是因为没有任何物体与其承受载荷,故其较容易变形甚至折断。


图1-1托架网格图

    如图1-3所示是托架应力分布图,由图易看出主要在两孔处出现应力集中。在使用托架的时候,应当注意采取一些设施减缓其应力集中,特别是在施加载荷时,绝对不能够超过托架所能承受的极限,否则必将导致事故的发生。


图1-2托架位移图


                     图1-3托架应力分布图

                        一、指定分析标题

    1、修改文件名:选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname,将文件名改为“bracket”。

    2、修改标题:选取菜单路径Utility Menu | File | Change Title,将标题名改为“press analysis of bracket structure”。

二、定义单元类型

     选择结构壳单元类型:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete,在对话框中单击“Structural Solid”,在右边的滚动框中选择“10node  92”。

三、指定材料特性

    1、材料模型定义:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models,依次选择Structural, Linear ,Elastic 和Isotropic。

    2、在EX文本框中输入2.9E7,PRXY文本框中输入0.3。定义材料的弹性

模量为2.9E6 N/m2,泊松比为0.3。

    3、保存数据库文件。

四、建立托架的有限元模型

    1.根据坐标创建体:选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Volume|Block|By Dimensions,在对话框输入:X1,X2 X-coordinates:-1,1;Y1,Y2 ;Y-coordinates:-1.5,1.5;Z1, Z2 Z-coordinates:0,1/8;然后单击“APPLY”按钮,再次在对话框输入:X1,X2 X-coordinates:-1,1;Y1,Y2 Y-coordinates:1.5,1.625;Z1, Z2 Z-coordinates:0,3。

    2、体相加:选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Operate |Booleans|Add|Volumes,在对话框单击“PICK ALL”。

    3、建线:选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |Lines|Lines|StrainghtLine,选择关键点5、13生成L13直线。

    4.生成面:选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |Area|Arbitrary|By Lines,选择直线L1,L9,L13,L20,L24,L25生成面A4。

    5.将面拉成体:面选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling |Operate|Extrude|Areas|Along Normal,选择面A4,拉伸值为“-1/8”,然后做体相加的操作。

    6.做圆:选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling |Create|Areas|Circle|Solid Circle,圆的坐标分别为(0,-0.5)、(0,0.5),半径为0.25。然后将圆拉成体,拉伸值为“1/8”。

    7.体相减:选取路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Operate |Booleans|Subtract|Volumes用整个体减去两个圆体完成体相减操作。

五、.网格划分

     选取路径Main Menu | Preprocessor | Meshing|MeshTool将弹出MeshTool对话框,单击“Mesh”按钮,弹出另一对话框,再次单击“PICK ALL”按钮完成网格划分。

六、施加约束,载荷并求解

    1.施加约束:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply | Structural |Displacement | On Areas,选择两圆孔。

    2.施加载荷:选取菜单路径Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural |Pressure |On Areas,选择面A10,A19,载荷为50。

    3.求解:选取菜单路径Main Menu | Solution |Solve|Current LS。

    4.位移图:选取菜单路径Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu,选择Nodal Solution|DOF Solution|Displacement vector sum将得到图1-2。

    5.应力图:选取菜单路径Main Menu |General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu,选择Nodal Solution|Stress|von Mises Stress将得到如1-3。

                        附命令代码


/BATCH 

/COM,ANSYS RELEASE 10.0    UP20050718       21:59:14    12/13/2011

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1  

/GRA,POWER

/GST,ON

/PLO,INFO,3

/GRO,CURL,ON

/CPLANE,1  

/REPLOT,RESIZE 

WPSTYLE,,,,,,,,0

/CWD,'C:\Documents and Settings\蓝诺\桌面\新建文件夹\新建文件夹\三维托架'  

/REPLOT,RESIZE 

/FILNAME,bracke,0  

/TITLE,press analysis of bracket structure 

/PREP7 

!* 

ET,1,SOLID92

!* 

!* 

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPDATA,EX,1,,2.9E7 

MPDATA,PRXY,1,,0.3 

SAVE

BLOCK,-1,1,-1.5,1.5,0,1/8, 

BLOCK,-1,1,1.5,1.625,0,3,  

FLST,2,2,6,ORDE,2  

FITEM,2,1  

FITEM,2,-2 

VADD,P51X  

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

LSTR,       5,      13 

/REPLOT,RESIZE 

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/FOC,1,,0.3,,1 

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

LPLOT  

FLST,2,6,4 

FITEM,2,1  

FITEM,2,9  

FITEM,2,13 

FITEM,2,20 

FITEM,2,24 

FITEM,2,25 

AL,P51X

/REPLOT,RESIZE 

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

APLOT  

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST  

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

!* 

VOFFST,4,-1/8, ,

FLST,2,2,6,ORDE,2  

FITEM,2,1  

FITEM,2,3  

VADD,P51X  

CYL4,0,-0.5,0.25

CYL4,0,0.5,0.25

!* 

VOFFST,1,1/8, ,

!* 

VOFFST,2,1/8, ,

FLST,3,2,6,ORDE,2  

FITEM,3,1  

FITEM,3,3  

VSBV,       2,P51X 

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

MSHAPE,1,3D

MSHKEY,0

!* 

CM,_Y,VOLU 

VSEL, , , ,       4

CM,_Y1,VOLU

CHKMSH,'VOLU'  

CMSEL,S,_Y 

!* 

VMESH,_Y1  

!* 

CMDELE,_Y  

CMDELE,_Y1 

CMDELE,_Y2 

!* 

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST  

/ANG,1,-30,XS,1

/REP,FAST  

FLST,2,8,5,ORDE,7  

FITEM,2,4  

FITEM,2,7  

FITEM,2,-8 

FITEM,2,10 

FITEM,2,14 

FITEM,2,29 

FITEM,2,-31

!* 

/GO

DA,P51X,ALL,

/UI,MESH,OFF

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

/ANG,1,30,XS,1 

/REP,FAST  

FLST,2,2,5,ORDE,2  

FITEM,2,18 

FITEM,2,26 

/GO

!* 

SFA,P51X,1,PRES,50 

FINISH 

/SOL

/STATUS,SOLU

SOLVE  

FINISH 

/POST1 

!* 

/EFACET,1  

PLNSOL, U,SUM, 0,1.0

!* 

/EFACET,1  

PLNSOL, S,EQV, 0,1.0

SAVE

FINISH 

! /EXIT,MODEL  


                 二.地震位移谱分析

如图所示为一板梁结构,试计算在Y方向地震位移谱作用下的构件响应情况。板梁结构相关参数见下表所示。

                      表1-1板梁结构几何参数和材料参数

表1-2相应谱

图2-1板梁结构模型图

分析:第一步是建立实体模型,并选择梁单元和壳单元模拟梁和板进行求解。求解时,首先进行的就是模态分析,约束好六条梁,就可以进行模态的分析求解了。模态分析后,相应的就进行频谱分析,在输入频率和位移后开始运算求解。此后进行模态扩展分析,最后进行模态合并分析。分析完后,再对结果进行查看。通过命令Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution查看节点位移结果、节点等效应力结果(图2-3)及反作用力结果(图2-4)。

一、指定分析标题

     1、修改文件名:选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname,将文件名改为“EXERCISE7”。

     2、修改标题:选取菜单路径Utility Menu | File | Change Title,将标题名改为“response analysis of a beam-shell structure”。

二、定义单元类型

     结构壳单元类型:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete,在左边的滚动框中选“Structural Shell”,选择结构壳单元类型。在右边的滚动框中选“Elastic 4node 63”。接着继续在Library of Element Types (单元类型库)对话框的左边滚动框中单击“Structural Beam”,在右边的滚动框中单击“3D elastic 4”。

三、定义单元实常数

     1.单元类型:选取菜单途径Main Menu | Preprocessor | Real Constants,在选择单元类型列表框中,单击“Type 1 SHELL63”使其高亮度显示,选择第一类单元SHELL63。

     2.在对话框中的Shell thickness at node I TK(I) (壳的厚度)文本框中输入2E-3,定义板壳的厚度为2E-3 m

     3.重复步骤1的过程,在框中单击“Type 2 BEAM4”,在对话框中的文本框中分别输入下列数据:AREA 为1.2E-5,IZZ 和IYY 分别为16E-12,9E-12, TKZ和TKY分别为3E-3,4E-3。

四、.指定材料特性

     1.材料模型定义:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models,依次双击Structural, Linear ,Elastic 和Isotropic,在EX文本框中输入2.2E11,PRXY文本框中输入0.3。定义材料的弹性模量为2.2E11 N/m2,泊松比为0.3。

     2.接着双击Density,在DENS文本框中输入7.8E3,设定1 号材料密度为7.8E3 Kg/m3

     3.单击ANSYS6.1 的ANSYS Toolbar (工具条)上的“SAVE”按钮,保存数据库文件

五、建立梁有限元模型

     1.创建关键点:选取路径路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Keypoints | In Active CS,在对话框中输入Keypoint number 为1,X,Y,Z 位置分别为0,0,0。对下面的关键点及X,Y,Z 位置重复这一过程:关键点2:0,0,0.5;关键点3:0,0,1.0;关键点4:0,0,1.5。

     2.创建直线:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Lines | Lines | Straightline,在图形窗口中单击关键点1、2 创建直线L1。然后依次单击关键点2、3 和关键点3、4,创建直线L2,L3。

     3.选取菜单路径Utility Menu | PlotCtrls | Numbering,将弹出Plot Numbering Controls(序号显示控制)对话框。

     4.在Plot Numbering Controls (序号显示控制)对话框中单击Keypoint numbers 、Line numbers 和Area numbers 所对应的复选框,使其变为“On”。

     5.选取菜单路径Utility Menu | Multi-Plots,对图形输出窗口中的所建几何模型根据前面的设置重新显示。

     6.选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Meshing |MeshTool,将弹出Mesh Tool (网格划分工具)对话框。单击对话框中的单元属性设置区中的下拉框中的Lines,然后单击右边的“SET”按钮,将弹出线属性设置拾取对话框,单击其中的“PICK ALL”按钮。将会弹出Line Attributes (线单元属性设置)对话框。

     7.单击对话框中的Material number (材料序号)下拉框,Real constant set number (实常数序号)和Element type number(单元序号)下拉框,将其分别设置为:Material number 为1,Real constant set number 为2,Element type number 为2BEAM4。

     8.在Mesh Tool (网格划分工具)对话框中的Size Controls (尺寸控制)区中,单击线单元的“SET”按钮,单击对话框中的“PICK ALL”按钮,在对话框中的No. of element divisions (分割单元数)文本框中输入“6”,定义在选定的每条线上将划分6 个单元。

     9.在网格划分工具对话框中,单击Mesh 下拉框中的Lines,选定分网对象是线。单击对话框中的“MESH”按钮,单击对话框中的“PICK ALL”按钮,选定所有创建的线进行分网。

     10.选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Copy | Lines 单击对话框中的“PICK ALL”按钮,选择所有的线。在线拷贝对话框中的Y-offset in active CS 文本框中输入“0.5”,Items to be copied拉框中选择Lines and Mesh,设置拷贝项目为线及其网格。

     11.重复操作步10,在弹出的线拷贝对话框中,删掉Y-offset in active CS文本框中的“0.5”,在X-offset in active CS 文本框中输入“0.5”。

     12.选择菜单路径Utility Menu | Select | Entities,在对话框中最上面下拉框中单击Lines 选项,指定选择对象为线。在接下来的下拉框中单击By Location选项,单击“X coordinates”单选按钮,并在下面的Min,Max 文本框中输入“0.5”,指定选择对象位置为X 坐标值为“0.5”的所有对象。单击“From Full”单选按钮,指定选取范围为全部。然后单击“SELE ALL”按钮,再单击“OK”按钮关闭对话框,完成选择操作。

    13.重复操作步10

    14.选择菜单路径Utility Menu | Select | Everything,选择模型中的所有元素。

选择菜单路径Utility Menu | Plot | Replot,对建立好的所有单元进行显示。

六、建立板壳有限元模型

1.选取菜单路径Utility Menu | PlotCtrls | Numbering,单击Line numbers (线的序号)和Area numbers (面的序号)所对应的复选框,使其变为“Off”。然后单击Elem/ Attrib numbering 下拉框中的No numbering选项,不显示任何单元序号。仅保留Keypoint numbers (关键点序号)的设置为“On”。

2.选取菜单路径Utility Menu | PlotCtrls | View setting| Viewing Direction,将会弹出ANSYS6.1 提供的Viewing Direction (观察方向)对话框。

    3.在对话框中的XV,YV,ZV Coords of view point文本框中分别输入:-0.5、-0.9、1。在Coord axis orientation (坐标轴方向)下拉框中单击“X-axisdown”。

4.创面:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling |Create| Areas| Arbitrary | Through KPs,在图形窗口中依次单击关键点:2,6,14 和10创面。

5.选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Meshing |MeshTool,将弹出Mesh Tool (网格划分工具)对话框。

    6.单击对话框中Element Attributes 拉框中的“Global”,然后单击下拉框右边的“SET” 按钮,将弹出单元属性设置对话框,单击对话框中的Element type number (单元类型序号)、Material number (材料序号)下拉框、Real constant set number (实常数序号)下拉框和Element coordinate sys (单元坐标系),将其分别设置为:Element type number 为“1 SHELL63”,Material number 为“1”,Real constant set number 为“1”,Element coordinate sys 为“0”。

     7.选取菜单路径Utility Menu | Select | Everything Below | Selected Areas,对创建的面以及面上的线、点进行选择,作为显示和操作对象。

    8.在Mesh Tool (网格划分工具)对话框中的Size Controls (尺寸控制)区中,单击线单元的“SET”按钮,将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单元尺寸定义) 拾取对话框,单击对话框中的“PICK ALL”按钮。将弹出Element Sizes on Picked Lines (选定线的单元尺寸)。

    9.在对话框中的No. of element divisions (单元分割数)文本框中输入“5”。

    10.在网格划分工具对话框中,单击Mesh 下拉框中的“Areas”,单击Shape 设置选项:Quad 单选按钮和Free 单选按钮。单击对话框中的“MESH”按钮,将会弹出Areas Mesh (对选定的面进行分网)拾取对话框。单击对话框中的“PICK ALL”按钮,选定所有创建的面进行分网。

    11.选取菜单路径Utility Menu | Select | Everything,选择所有创建的模型作为操作对象。

    12.选取菜单路径Utility Menu | Plot | Replot,将所有建立的模型在图形窗口中重新显示。

    13.选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Copy | Areas ,将弹出CopyAreas (面拷贝)拾取对话框。单击对话框中的“PICK ALL”按钮,在面拷贝对话框中的X-offset in active CS文本框中输“0.5”,Items to be copied下拉框中选择Areas and Mesh,完成的一层板壳有限元模型的建立。

14.重复操作步13,在弹出的面拷贝对话框中的Number of copies文本框中输入“3”。删除X-offset in active CS文本框中的“0.5”,然后在Z-offset in active CS 文本框中输入“0.5”。

15.选取菜单路径Utility Menu | Plot | Multi-Plots,将建立的完整的梁-板壳有限元模型在图形窗口中进行显示。

    16、选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | NumberingCtrls | Merge Items,单击对话框中Type of item to be merge下拉框中的“All”,指定合并所有的项目,保持其余设置缺省。

    15.对项目编号进行压缩:选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Numbering Ctrls |Compress Numbers,单击对话框中的Label Item to be compressed 下拉框中的“All”,对所有项目编号进行压缩。

七、定义边条,加载并求解

(一)定义载荷和边界条件

     1.选择菜单路径Utility Menu | Select | Entities,在对话框中的选择项目下拉框中选取“Nodes”,选择方式下拉框中选取“By Location”。单击“Z coordinates”单选按钮,然后单击“SELE ALL”按钮。

     2.选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply | Structural |Displacement | On Nodes,单击对话框中的“PICK ALL”按钮,在对话框中的DOFS to be constrained 滚动框中,在所有自由度“All DOF”上单击一次。

     3.选择菜单路径Utility Menu | Select | Everything。再选取菜单路径Utility Menu | Plot |Replot。图形窗口中将显示出本实例的有限元模型及其边条。

(二)进行模态求解

     1.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis,将弹出NewAnalysis (新分析)对话框。在对话框中单击Modal 单选按钮,指定分析类型为模态分析(Modal)。

     2.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options,将弹出ModalAnalysis (模态分析)选项对话框。

     3.在对话框中,指定Mode extraction method为子空间迭代法(Subspace),并指定No. of modes extract 为“10”。将Expand mode shapes单选框设置为“No”。

    4.选择菜单路径Main Menu | Solution | Solve | Current LS,进行梁-板结构的模态分析求解。

(三)获得谱解

1)指定分析选项

    1.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis,在对话框中单击Spectrum 单选按钮。

    2.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options,在对话框中,单击Single-pt-resp 单选按钮,指定谱分析类型为单点响应谱分析。然后,在求解的模态阶数(No. of modes for solu)文本框中输入“10”。单击Calculate elem stresses? (求解单元应力)单选框,将其设置为“Yes”。

2)定义载荷步选项

1.选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point |Settings,在对话框中的Type of response spctr 拉框中单击“Seismicdisplac”,在Excitation direction SEDX,SEDY,SEDZ 文本框中分别输入0,1,0。

    2.选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point | FreqTable,在对话框中的FREQ1、FREQ2、……和FREQ8 文本框中依次输入0.5、1.0、2.4、3.8、17、18、20 和32。

3.选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point | SpectrValues,弹出Spectrum Values – Damping Ration (谱值-阻尼比)对话框。单击“OK”按钮,接受其缺省值,在对话框中的FREQ1、FREQ2…FREQ8 值对应的谱值SV1、SV2……SV8 文本框中依次输入:1.0e-3、0.5e-3、0.8e-3、0.7e-3、1.0e-3、0.75e-3、0.86e-3 和0.2e-3。

3)进行求解

    选择菜单路径Main Menu | Solution | Solve | Current LS,进行梁-板结构的单点响应谱分析求解。

(四)模态扩展

1.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis,对话框中单击Modal 单选按钮,指定分析类型为模态分析(Modal)。

2.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | ExpansionPass,单击对话框中的Expansion pass 单选框,将其设置为“On”。

    3.选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | ExpansionPass | Single Expand |Expand Mod ,指定要扩展的阶数(No. of modes to expand)为“10”,在SignificantThreshold (有效阀值)文本框中输入“0.005”。单击Calculate elem results (求解单元应力)单选框,使其变为“Yes”。

    4.选择菜单路径Main Menu | Solution | Solve | Current LS,进行梁—板壳结构的扩展模态求解。

(五)模态合并

    1.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis,对话框中,单击Spectrum 单选按钮,指定分析类型为模态分析Spectrum (谱分析)。

    2.选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options,将弹出Spectrum Analysis 选项对话框,选择缺省时的谱分析类型Single - pt resp(单点响应谱)。单击“OK”按钮关闭对话框。

3.选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point | ModeCombine,在对话框中单击Mode Combination Method 下拉框中的“SRSS”,在Significent threshold文本框中输入“0.15”,指定Type of output 为“Displacement”。

    4.选择菜单路径Main Menu | Solution | Solve | Current LS,进行梁-板壳结构的模态合并求解。

(六)云图结果显示

    1.选取菜单路径Main Menu | General Postproc | Read Results | First Set,选择梁-板壳结构被扩展了的第一阶模态。

    2.选取菜单Main Menu | General Postproc | Plot Results | Nodal Solu,选择Nodal Solution|DOF Solution|Displacement vector sum对梁-板壳结构扩展后的第一阶模态彩色云图(图2-3)。

3.选取菜单Main Menu | General Postproc | Plot Results | Nodal Solu,选择Nodal Solution|DOF Solution|Stress|Von Mises Stress对梁-板壳结构扩展后的第一阶模态彩色云图(图2-4)。

   

    从图2-3看出,最大位移处位于最上层模板与横梁相接处,其值大致为2.36mm,最小位移明显受到约束。

    由图2.4可知,板与横梁相接处受到的应力相对较大。最底层相接处为最大,大致为0.28mm.

                   图2-4应力分布图             

                          

                       附命令代码


/BATCH 

/COM,ANSYS RELEASE 10.0    UP20050718       13:49:00    12/24/2011

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1  

/GRA,POWER

/GST,ON

/PLO,INFO,3

/GRO,CURL,ON

/CPLANE,1  

/REPLOT,RESIZE 

WPSTYLE,,,,,,,,0

/COM,ANSYS RELEASE 10.0    UP20050718       21:59:14    12/16/2011 

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1  

/GRA,POWER 

/GST,ON

/PLO,INFO,3

/GRO,CURL,ON

/CPLANE,1  

/REPLOT,RESIZE 

WPSTYLE,,,,,,,,0

/CWD,'C:\Documents and Settings\蓝诺\桌面\新建文件夹\新建文件夹\地震位移'

/REPLOT,RESIZE 

/FILNAME,EXERCISE7,0

/TITLE,SPECTRUM ANALYSIS OF A SHELL-BEAM STRUCTURE 

/PREP7 

ET,1,SHELL63

ET,2,BEAM4 

R,1,0.002,0,0,0,0,0,

RMORE, , , ,

RMORE  

RMORE, ,

R,2,1.2E-5,1.6E-11,9E-12,0.003,0.004,0,

RMORE, , , , , , , 

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPDATA,EX,1,,2E11  

MPDATA,PRXY,1,,0.3 

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPDATA,DENS,1,,7.8E3

/VIEW,1,-1.2,-1,1  

/VUP,1,Y

/REPLOT

K,1,0,0,0, 

K,2,0,0,0.5,

K,3,0,0,1.0,

K,4,0,0,1.5,

L,       1,       2

L,       2,       3

L,       3,       4

TYPE,   2  

MAT,       1

REAL,       2  

ESYS,       0  

SECNUM,

LESIZE,ALL, , ,6, ,1, , ,1,

FLST,2,3,4,ORDE,2  

FITEM,2,1  

FITEM,2,-3 

LMESH,P51X 

FLST,3,3,4,ORDE,2  

FITEM,3,1  

FITEM,3,-3 

LGEN,2,P51X, , , ,0.4, , ,0

FLST,3,6,4,ORDE,2  

FITEM,3,1  

FITEM,3,-6 

LGEN,2,P51X, , ,0.5, , , ,0

LSEL,S,LOC,X,0.5

FLST,3,6,4,ORDE,2  

FITEM,3,7  

FITEM,3,-12

LGEN,2,P51X, , ,0.5, , , ,0

ALLSEL,ALL 

/USER,  1  

FLST,2,4,3  

FITEM,2,2  

FITEM,2,6  

FITEM,2,14 

FITEM,2,10 

A,P51X 

TYPE,   1  

MAT,       1

REAL,       2  

ESYS,       0  

SECNUM,

TYPE,   1  

MAT,       1

REAL,       2  

ESYS,       0  

SECNUM,

FLST,5,4,4,ORDE,2  

FITEM,5,19 

FITEM,5,-22

CM,_Y,LINE 

LSEL, , , ,P51X

CM,_Y1,LINE

CMSEL,,_Y  

LESIZE,_Y1, , ,5, , , , ,1 

MSHKEY,0

CM,_Y,AREA 

ASEL, , , ,       1

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'  

CMSEL,S,_Y 

AMESH,_Y1  

CMDELE,_Y  

CMDELE,_Y1 

CMDELE,_Y2 

FLST,3,1,5,ORDE,1  

FITEM,3,1  

AGEN,2,P51X, , ,0.5, , , ,0

FLST,3,2,5,ORDE,2  

FITEM,3,1  

FITEM,3,-2 

SAVE

FLST,3,2,5,ORDE,2  

FITEM,3,1  

FITEM,3,-2 

AGEN,2,P51X, , , , ,0.5, ,0

FLST,3,2,5,ORDE,2  

FITEM,3,1  

FITEM,3,-2 

AGEN,2,P51X, , , , ,1.0, ,0

NUMMRG,ALL, , , ,LOW

NUMCMP,ALL 

/VIEW,1,-0.2,-0.9,0.4  

/VUP,1,Y

/REPLOT

EPLOT  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/FOC,   1,  0.650248933842    ,  0.232324787317    ,  0.772855207930

/REPLO 

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

FINISH 

/SOL

ANTYPE,2

MSAVE,0

MODOPT,SUBSP,10

EQSLV,FRONT

MXPAND,0, , ,0 

LUMPM,0

PSTRES,0

MODOPT,SUBSP,10,0,0, ,OFF  

RIGID, 

SUBOPT,8,4,14,0,0,ALL  

NSEL,S,LOC,Z,0 

FLST,2,6,1,ORDE,6  

FITEM,2,1  

FITEM,2,20 

FITEM,2,39 

FITEM,2,58 

FITEM,2,77 

FITEM,2,96 

/GO

D,P51X, ,0, , , ,ALL, , , , ,  

ALLSEL,ALL 

/STATUS,SOLU

SOLVE  

FINISH 

/SOLU  

ANTYPE,8

SPOPT,SPRS,10,0

SVTYP,0,1, 

SED,0,1,0, 

ROCK,0,0,0,0,0,0,  

FREQ,0.5,1,2.4,3.8,17,18,20,32,

SV,1,1.0e-3,0.5e-3,0.8e-3,0.7e-3,1.0e-3,0.7e-3,0.8e-3,0.3e-3,  

/STATUS,SOLU

SOLVE  

FINISH 

/SOLU  

ANTYPE,2

EXPASS,1

MXPAND,10,0,0,1,0.005, 

/STATUS,SOLU

SOLVE  

FINISH 

/SOLU  

ANTYPE,8

CQC,0.15,DISP  

/STATUS,SOLU

SOLVE  

/STATUS,SOLU

SOLVE  

FINISH  

/POST1 

SET,LAST

SET,LAST

SET,LIST

PRNSOL,U,COMP  

PRRSOL,F

/EFACET,1  

PLNSOL, U,SUM, 2,1.0

/EFACET,1  

PLNSOL, S,INT, 2,1.0

/EFACET,1  

PLNSOL, S,1, 2,1.0 

/EFACET,1  

PLNSOL, U,SUM, 1,1.0

/REPLOT,RESIZE 

/REPLOT,RESIZE 

/REPLOT,RESIZE 

FINISH 

/SOL

FINISH 

/PREP7 

MSHAPE,0,2D

!* 

FLST,5,6,5,ORDE,2  

FITEM,5,1  

FITEM,5,-6 

CM,_Y,AREA 

ASEL, , , ,P51X

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'  

CMSEL,S,_Y 

!* 

!* 

ACLEAR,_Y1 

AMESH,_Y1  

!* 

CMDELE,_Y  

CMDELE,_Y1 

CMDELE,_Y2 

!* 

FINISH 

/POST1 

SET,FIRST  

SET,FIRST  

!* 

/EFACET,1  

PLNSOL, U,SUM, 0,1.0

!* 

/EFACET,1  

PLNSOL, S,EQV, 0,1.0

SAVE

FINISH 

! /EXIT,MODEL


  

三.铸造热分析

一钢铸件及其砂模的横截面如图3-1所示:

图3-1 钢铸件及其砂模的横截面

砂模的热物理性能如下表所示:

铸钢的热物理性能如下表所示:

初始条件:铸钢的温度为2875F,砂模的温度为80F;

砂模外边界的对流边界条件:对流系数0.014Btu/hr.in2.F,空气温度80F;

求3 个小时后铸钢及砂模的温度分布。

操作步骤如下

    1.修改文件名:Utility Menu>File>Change Jobname,把文件名改为filefile1212,改标题名:Utility Menu>File>Change Title, 输入Casting Solidification;。

   2、定义单元类型:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, Add, thermal solid ,Quad 4node55。

    3.定义砂模热性能:Main Menu>Preprocessor>Material rops>Material modals >Thermal, 默认材料编号1, 在Thermal >conductivity>isotropic >(KXX)框中输入0.025,在Density(DENS)框中输入0.254, 在Specific heat(C)框中输入0.28;

     4. 添加材料编号2,定义铸钢热性能温度表:Main Menu>Preprocessor>Material Props Material modals >Thermal>conductivity>isotropic,添加选框,在Temperatures顺序输入T1=0,T2=2643, T3=2750, T4=2875,在(KXX)中顺序输入1.44,1.54,1.22,1.22;

     5.定义铸钢热性能: Main Menu>Preprocessor>Material Props Material modals >Thermal>Enhalpy,添加选框,在Temperatures顺序输入T1=0,T2=2643, T3=2750, T4=2875,选择Enthalpy,顺序输入0,128.1, 163.8, 174.2。

     6.创建关键点:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS,输入关 键点编号1,输入坐标0,0,0, 输入关键点编号2, 输入坐标22,0,0, 输入关键点编号3, 输入坐标10,12,0, 输入关键点编号4, 输入坐标0,12,0。 

     7.Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>Through

KPs,顺序选取关键点1,2,3,4;

     8.MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimension, 输入 X1=4,X2=22,Y1=4,Y2=8;

    9.进行布尔操作: MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Overlap>Area,Pick all;

    10.删除多余面:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Delete>Area and Below ;

    11.保存数据库:在Ansys Toolbar 中选取SAVE_DB;

    12.Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>Global>Size, 在Element edge length框中输入1;

    13.对砂模划分网格:Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free,选择砂模;。

图3-2 砂模有限元结构

    14.对铸钢划分网格:Main Menu>Preprocessor>Attributes>Define>Default Attribs, 在 Material number菜单中选择2;

    15.Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free,选择铸钢;

 

 图3-3 整体有限元结构

     16.定义分析类型:Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis, 选择Transient; 

     17.选择铸钢上的节点:Utility Menu>Select>Entities, 选择element,by tributes materials num,输入2,选择Apply,选择node, attached to  elements。
    18.定义铸钢的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define, 选择Pick all,选择temp, 输入2875, OK;
    19.选择砂模上的节点:Utility Menu>Select>Entities,>Nodes, 单击inverse
    21.定义砂模的初始温度:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>Initial Condit’n>Define, 选择Pick all, 选择temp, 输入80, OK;
    22.Utility Menu>Select>Everything;

    23.Utility Menu>Plot>Lines;

    24.Main Menu>Solution>Loads>Apply>Thermal>Converction>On Lines,选择砂模的三个边界1,3,4, 在file coefficent框中输入0.014, 在Bulk temperature框中输入, 80;

    25.设定瞬态分析时间选项: Main Menu>Solution>Load StepOpts>Time/Frequenc>TimeTime Step,  Time at end of load step 3 TimeStep size 0.01 Stepped or ramped b.c. Stepped Automatic time stepping on Minimun time Step size 0.001 Maximum time step size 0.25。

     26.设置输出:Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>DB/Results File, 在File write frequency框中选择Every substep;

    27.求解:Main Menu>Solution>Solve>Current LS,3小时候的温度情况表,如下图4;

                    图3-4 温度情况表

    28.进入后处理: Main Menu>Timehist Postproc;

    29.定义铸钢中心节点的温度变量: Main Menu>Timehist Postproc>Define Variables, Add, Nodal DOF result,2,204;

    30.绘制位移随时间变化曲线:Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot>Nodal Solu,选中Thermal Flux> Temperature flux vector sum,得热流量分布云图,如下图5 ;

                  图3-5 热流量分布图

     31.绘制热梯度分布云图:Main Menu>General Postproc>Plot Result>Contour Plot>Nodal Solu,选中Thermal gradient》Thermal gradient vector sum选项,得到如图3-5;

                               附命令流


/BATCH 

/COM,ANSYS RELEASE 10.0    UP20050718       21:37:06    12/23/2011

/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1  

/GRA,POWER

/GST,ON

/PLO,INFO,3

/GRO,CURL,ON

/CPLANE,1  

/REPLOT,RESIZE 

WPSTYLE,,,,,,,,0

/REPLOT,RESIZE 

/CWD,'C:\Documents and Settings\蓝诺\桌面\新建文件夹\新建文件夹\铸造热分析'

/FILNAME,file1212,0

/TITLE,Casting Solidification  

/PREP7 

!* 

ET,1,PLANE55

!* 

/REPLOT,RESIZE 

!* 

/REPLOT,RESIZE 

!* 

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPDATA,DENS,1,,0.254

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPDATA,KXX,1,,0.025

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPDATA,C,1,,0.28

!* 

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPTEMP,2,2643  

MPTEMP,3,2750  

MPTEMP,4,2875  

MPDATA,KXX,2,,1.44 

MPDATA,KXX,2,,1.54 

MPDATA,KXX,2,,1.22 

MPDATA,KXX,2,,1.22 

!* 

MPTEMP,,,,,,,, 

MPTEMP,1,0 

MPTEMP,2,2643  

MPTEMP,3,2750  

MPTEMP,4,2875  

MPDATA,ENTH,2,,0

MPDATA,ENTH,2,,128.1

MPDATA,ENTH,2,,163.8

MPDATA,ENTH,2,,174.2

K,1,0,0,0, 

K,2,22,0,0,

K,3,10,12,0,

K,4,0,12,0,

RECTNG,4,22,4,8,

/REPLOT,RESIZE 

/REPLOT,RESIZE 

/REPLOT,RESIZE 

FLST,2,4,3 

FITEM,2,1  

FITEM,2,2  

FITEM,2,3  

FITEM,2,4  

A,P51X 

/REPLOT,RESIZE 

FLST,2,2,5,ORDE,2  

FITEM,2,1  

FITEM,2,-2 

AOVLAP,P51X

SAVE

ESIZE,1,0, 

ADELE,       3, , ,1

SAVE

MSHKEY,0

CM,_Y,AREA 

ASEL, , , ,       5

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'  

CMSEL,S,_Y 

!* 

AMESH,_Y1  

!* 

CMDELE,_Y  

CMDELE,_Y1 

CMDELE,_Y2 

!* 

TYPE,   1  

MAT,       2

REAL,  

ESYS,       0  

SECNUM,

!* 

MSHKEY,0

CM,_Y,AREA 

ASEL, , , ,       4

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'  

CMSEL,S,_Y 

!* 

AMESH,_Y1  

!* 

CMDELE,_Y  

CMDELE,_Y1 

CMDELE,_Y2 

!* 

FINISH 

/SOL

!* 

ANTYPE,4

!* 

ANTYPE,4

!* 

TRNOPT,FULL

LUMPM,0

!* 

NSEL,ALL

NSEL,S,LOC,Z,0 

FLST,2,1,1,ORDE,1  

FITEM,2,1  

IC,P51X,TEMP,80,

ALLSEL,ALL 

LPLOT   

FLST,2,3,4,ORDE,3  

FITEM,2,5  

FITEM,2,7  

FITEM,2,-8 

/GO

!* 

SFL,P51X,CONV,0.014, ,80,  

/REPLOT,RESIZE 

!* 

TIME,3 

AUTOTS,1

DELTIM,0.01,0.001,0.25,1

KBC,1  

!* 

TSRES,ERASE

!* 

OUTRES,ALL,ALL,

/STATUS,SOLU

SOLVE  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/REPLOT,RESIZE 

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

/REPLOT,RESIZE 

/REPLOT,RESIZE 

/REPLOT

GPLOT  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,1.08222638492,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/DIST,1,0.924021086472,1

/REP,FAST  

/REPLOT,RESIZE 

FINISH 

/POST26

FILE,'file1212','rth','.'  

/UI,COLL,1 

NUMVAR,200 

SOLU,191,NCMIT 

STORE,MERGE

FILLDATA,191,,,,1,1

REALVAR,191,191

FINISH 

/POST1 

FINISH 

/POST26

NUMVAR,200 

FILLDATA,191,,,,1,1

REALVAR,191,191

FINISH 

/POST1 

FINISH 

/POST26

NUMVAR,200 

FILLDATA,191,,,,1,1

REALVAR,191,191

!* 

!* 

!* 

NSOL,2,2,TEMP, ,

!* 

FINISH 

/POST1 

!* 

/EFACET,1  

PLNSOL, TF,SUM, 0  

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

GPLOT  

/REPLOT,RESIZE 

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

/VIEW,1,1,2,3  

/ANG,1 

/REP,FAST  

/VIEW,1,1,1,1  

/ANG,1 

/REP,FAST  

/VIEW,1,1,2,3  

/ANG,1 

/REP,FAST  

/VIEW,1,,,1

/ANG,1 

/REP,FAST  

/REPLOT,RESIZE 

!* 

/EFACET,1  

PLNSOL, TF,SUM, 0  

!* 

/EFACET,1  

PLNSOL, TG,SUM, 0  

SAVE

FINISH 

! /EXIT,ALL


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