有限元分析和ansys实例报告

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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

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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。

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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

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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 |

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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”。

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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 10.0

RELEASE

21:59:14 12/13/2011 /input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,

/GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3

UP20050718 1

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/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

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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

二．地震位移谱分析/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

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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

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

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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

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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

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| 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

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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

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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

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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。

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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