平面结构静力有限元分析一、实验目的：1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。
2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。
3、能利用ANSYS软件对平面结构进行静力有限元分析。
二、实验设备：微机，ANSYS软件。
三、实验内容：单位厚度的方板中间有一个圆孔（如图所示），平板所用材料的弹性模量为E=107Mpa，泊松比为0.3。
沿圆孔边缘施加P=1Mpa的压力。
分析方板的应力及位移。
四、实验步骤：1、建立有限元模型。
（1）创建工作文件夹并添加标题；在ANSYS工作目录下创建一个文件夹，命名为plate，以便用这个文件夹保存分析过程中所生成的文件。
选择Reference菜单，在弹出的对话框中选择结构分析（Structural），取消选择与结构分析无关的选项。
（2）定义几何参数；为方便起见，以参数化的方式定义方板的1/4模型，即方板的半宽a，圆孔半径r，压力p，材料参数E和υ。
操作GUI: Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters依次输入下面的参数：a=10e-3r=7e-3p=1e6E=1e13nu=0.3（3）选择单元；首先进入单元类型库，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete >Add 在对话框左侧选择Solid选项，在右侧列表中选择Quad 4 node 42选项，然后单击OK 按钮。
（4）定义实常数；选定单元后，根据单元类型定义实常数，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Real Constants >Add/Edit/Delete >Add（5）定义材料属性；定义材料属性（弹性模量和泊松比）的操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Material Props >Material Models >Structural >Linear >Elastic>Isotropic在弹性模量（杨氏模量，Young’s modulus EX）文本框中输入“E”，在泊松比（Poisson’s Ratio PRXY）文本框中输入“nu”。
（6）创建实体模型；由于几何模型、材料参数和载荷均关于水平、竖直中心线对称，所以只需要建立方板的1/4模型即可。
取坐标原点为圆孔中心，建立右上角的1/4模型。
首先由半宽a生成板，然后减去半径为r的1/4圆。
①创建矩形（1/4板）通过长宽定义矩形，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Modeling >Create >Areas >Rectangle >By Dimensions②创建圆面（1/4部分圆）创建1/4部分圆，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Modeling >Create >Areas>Circle >Partial Annulus③从方板中减去圆通过布尔操作实现面相减，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Modeling >Operate >Booleans >Subtract >Areas（7）设定网格尺寸并划分网格；单元及实体模型定义完毕后，划分网格。
首先进入MeshTool对话框，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >MeshTool①定义网格的单元属性②设定网格尺寸通过设定SmartSize值，可让系统自动设定每个边的网格尺寸。
③划分模型网格④保存数据库操作GUI: Toolbar >SA VE_DB2、施加载荷并求解。
（1）选择分析类型；选择分析类型为静力分析（Static）。
（2）定义约束；由于实体模型及载荷约束均对称，所以利用对称性定义约束。
ANSYS提供了专门的设置，以方便设置对称条件，即沿对称轴设置“symmetry boundary condition”，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Loads >DefineLoads >Apply >Structural >Displacement > Symmetry B.C >On Lines 选择底边和左侧边（实体模型的对称线），单击Pick对话框中的OK按钮，则被选中线上沿对称轴显示出小s。
（3）施加载荷；沿内孔边缘施加均布载荷，操作如下：GUI: Main Menu >Preprocessor >Loads >Define Loads >Apply >Structural >Pressure >On Lines为防止出现错误，可检查刚定义的约束是否正确，然后检查载荷施加是否正确。
显示约束的操作为：GUI: Utility Menu >List >Loads >DOF constraints >On All Lines显示模型载荷的操作为GUI: Utility Menu >List >Loads >Surface Loads>On All Lines （4）求解；求解前查验前面的设置是否完全正确（使用check命令）。
如果分析过程正确无误，则在Output对话框中可以看到“The analysis data was checked and no warnings or errors were found”。
接下来便可开始求解，操作如下：GUI: Main Menu >Solution >Solve >Current LS只有一个载荷步时不需查看/STATUS Command对话框信息。
单击OK按钮关闭提示开始求解。
求解完后弹出黄色提示对话框：Soluion is done! 这时在ANSYS工作目录下生成plate.rst文件，此文件包含结果分析的所有数据。
1、查看分析结果。
进入后处理（POST1）模式，查看分析结果：GUI: Main Menu>General Postproc（1）查看变形后图形；这里需要对比变形前后的实体模型，找出变形的最大位置。
显示变形后图形的操作如下：GUI: Main Menu >General Postproc >Plot Results >Deformed Shape在弹出的对话框中选择Def+undeformed选项，然后单击OK按钮。
显示变形动画可更精确地了解变形过程，其操作如下：GUI: Utility Menu >PlotCtrls >Animate >Deformed Shape（2）查看等效应力（Nodal Solu）；通过等效应力等值线图，分析应力分布。
显示等效应力等值线图的操作如下：GUI: Main Menu >General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Nodal Solu从左侧列表中选择Stress选项，从右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK 按钮。
（3）查看等效应力（Element Solu）；通过应力在各个单元内部的分布是否均匀判别网格密度是否合理，决定是否需要细化网格。
由于Element Solution不经过节点插值平滑处理，因此单元内部的应力分布显示得比较清楚。
显示操作如下：GUI: Main Menu >General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Element Solu在弹出的对话框的左边列表中选择Stress选项，在右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK按钮。
以单独单元显示等效应力。
（4）置疑分析结果；通常采用测定第一主应力sigma1的方法置疑ANSYS分析结果是否合理，具体操作如下：GUI: Main Menu >General Postproc >Query Results >Subgrid Solu系统将弹出Query Subgrid Solution Data对话框，从左侧列表中选择Stress选项，从右侧列表中选择1st principal S1，单击OK按钮，将弹出Pick对话框，图形窗口显示了模型任何位置的第一主应力。
单击需要置疑的位置，此位置的第一主应力的坐标及具体应力值显示在Pick对话框中。
五、实验总结：1、建模：熟悉基本的建模操作，掌握布尔减操作，能够根据实体建模的需要进行简单的布尔减操作。
2、施加载荷和求解：掌握定义对称约束和施加均布载荷的操作步骤，可以根据结构及其载荷的分布判断是否可以通过其对称性适当地简化模型。
3、查看分析结果：掌握显示变形图形和应力等值线图的操作，掌握动画显示参数变化的操作步骤，能够显示变形动画；了解基本的验证技巧，特别是通过网格细化并进行结果对比来验证网格密度是否合理。
上机实验要求：1）完成2个上机题，并完成一份分析报告。
分析报告中要对所计算的问题和建模过程做简要分析，以图表形式分析计算结果。
2）上交分析报告和2个上机题的日志文件（*.log文件），不要提交.db文件，日志文件要求清楚、简洁。