板结构有限元分析实例详解1：带孔平板结构静力分析本节介绍带孔平板结构静力分析问题，同时介绍布尔操作的基本用法。
8.3.1 问题描述与分析有孔的矩形平板，左侧边缘固定，长400mm，宽200 mm，厚度为10 mm，圆孔在板的正中心，半径为40 mm，左侧全约束，右侧边缘均布应力1MPa，如图8.7所示。
求板的变形、位移及应力变化情况。
（材料的材料属性为：弹性模量为300000 MPa，剪切模量为0.31。
）图8.7 带孔的矩形平板由于小孔处边缘不规则，本文采用PLANE82高阶平面单元进行分析。
8.3.2 求解过程8.3.2.1 定义工作目录及文件名启动ANSYS Mechanical APDL Product Launcher窗口，如图8.8所示。
在License下拉选框中选择ANSYS Multiphysics产品，在Working Directory输入栏中输入工作目录：C:\ANSYS12.0 Structural Finite Elements Analysis and Practice\Chapter8\8-1，在Job Name一栏中输入工作文件名：Chapter8-1。
以上参数设置完毕后，单击Run按钮运行ANSYS。
图8.8 ANSYS设置窗口菜单可以先在目标文件位置建立工作目录，然后单击Browse按钮选择工作目录；也可以通过单击Browse按钮选择工作文件名。
8.3.2.2 定义单元类型和材料属性选择Main Menu>Preferences命令，出现Preferences for GUI Filtering对话框，如图8.9所示，在Individual discipline(s) to show in the GUI中勾选Structural，过滤掉ANSYS GUI菜单中与结构分析无关的选项，单击OK按钮关闭该对话框。
图8.9 Preferences for GUI Filtering对话框选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，如图8.10所示，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框，在Library of Element Types列表框中选择Structural Solid中的Quad 8node 82单元，如图8.11所示，单击OK按钮关闭该对话框，单击Element Types对话框上的Options按钮，弹出PLANE 82 element type options对话框，在Element behavior K3 项下拉菜单中选择PLANE strs w/thk，如图8.12所示，单击OK按钮关闭该对话框，单击Close按钮关闭Element Types对话框。
图8.10 Element Types对话框图8.11 Library of Element Types对话框图8.12 PLANE 82 element type options对话框PLANE82是8节点的四边形单元，是平面4节点PLANE42的高阶形式，更适合有曲线边界的模型，对于本问题，我们需要有厚度的平面应力单元，所以选择了PLANE82单元。
在PLANE82选项设置窗口中选择PLANE strs w/thk使得我们可以设置板的厚度。
设置材料属性。
选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models命令，出现Define Material Models Behavior对话框，在Material Models Available 一栏中依次点击Structural、Linear、Elastic、Isotropic选项，如图8.13所示，出现Linear Isotropic Propeties for Material Number 1对话框，在EX输入栏中输入300000，在PRXY输入栏中输入0.31，如图8.14所示，单击OK按钮关闭该对话框。
在Define Material Models Behavior对话框上选择Material>Exit命令，关闭该对话框。
图8.13 Define Material Models Behavior对话框图8.14 Linear Isotropic Propeties for Material Number 1对话框设置实常数。
选择Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete命令，出现Real Constants对话框，如图8.15所示，单击Add按钮，单击OK按钮，出现Real Constant Set Number 1, for PLANE82对话框，在Thickness THK输入栏中输入10，如图8.16所示，单击OK按钮关闭Real Constant Set Number 1, for PLANE82对话框，单击Close按钮关闭Real Constants对话框。
图8.15 Real Constants对话框图8.16 Real Constant Set Number 1, for PLANE82对话框选择Utility Menu>File>Save as Jobname.db命令，保存上述操作过程。
此操作为保存，也可通过鼠标单击按钮或按钮来实现。
8.3.2.3 创建几何模型不采取由点建面的方式，而是采用菜单操作方式直接创建矩形面。
菜单路径为Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Area> Rectangle> By Dimensions，弹出Create Rectangle by Dimensions对话框，输入矩形的相关参数，如图8.17所示。
单击OK按钮，将创建一个矩形，其左下角坐标为（0, 0），右上角坐标为（400, 200），如图8.18所示。
图8.17 Create Rectangle by Dimensions对话框图8.18 创建矩形后的结果创建圆。
执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Area> Rectangle> By Dimensions命令，弹出Solid Circular Area对话框，输入圆的相关参数，如图8.19所示。
单击OK按钮，将创建一个圆，圆心坐标为（200, 100），半径为40。
图8.19 Solid Circular Area对话框利用布尔操作中的减操作从矩形中减去圆。
选择Main Menu>Preprocessor>Modeling> Operate>Booleans>Subtract>Areas命令，弹出Subtract Areas拾取框，如图8.20所示，用鼠标选取基本面矩形（尽量选择边上），单击Apply按钮，再用鼠标选择被减的面圆形，单击Subtract Areas窗口上的OK按钮，减操作完成，生成ANSYS图形结果如图8.21所示。
图8.20 Subtract Areas拾取框图8.21 减操作完成后图形显示结果至此，我们已经完成了带孔矩形板几何模型的建立，选择Utility Menu>File>Save asJobname.db命令，保存上述操作过程。
8.3.2.4 划分网格选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>Manual Size>Areas>All Areas命令，弹出Element Sizes on All Selected Areas对话框，如图8.22所示，指定网格边长为5。
至于5是否合适，可以根据划分网格大小和计算结果是否收敛而继续调整。
图8.22 Element Sizes on All Selected Areas对话框划分网格。
选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free命令，弹出MeshAeras拾取对话框，如图8.23所示，选择需要划分网格的面，对其进行网格划分，结果如图8.24所示。
图8.23 Mesh Areas拾取框图8.24 网格划分后的结果至此，我们已经完成了带孔矩形板有限元模型的划分，选择Utility Menu>File>Save as Jobname.db命令，保存上述操作过程。
8.3.2.5 加载求解对平板的左侧边缘进行固定约束。
选择Main Menu>Solution>Define Loads>Apply> Structural>Displacement>On Lines命令，出现Apply U,ROT on Lines拾取菜单，如图8.25所示，用鼠标拾取最左侧的边，单击Apply按钮，出现Apply U,ROT on Lines对话框，在Lab2 DOFs to be constrained列表框中选择ALL DOF，如图8.26所示，单击OK按钮关闭该对话框。
图8.25 Apply U,ROT on Lines拾取菜单图8.26 Apply U,ROT on Lines对话框选择Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On lines命令，出现Apply Pressure on Lines拾取菜单，如图8.27所示，用鼠标最右侧线，单击Apply按钮，弹出Apply Pressure on Lines对话框，在VALUEA Load PRES value一栏中输入-1，如图8.28所示，单击OK按钮关闭该对话框。
ANSYS窗口显示施加约束荷载后的结果如图8.29所示。
图8.27 Apply P ressure on Lines拾取菜单图8.28 Apply P ressure on Lines对话框图8.29 施加约束荷载后的结果因为均布压力的指向为背离平板，所以压力值为负，表示边缘受拉选择Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis命令，出现New Analysis对话框，选择分析类型为Static，如图8.30所示，单击OK按钮关闭该对话框。