基于ANSYS的有限元设计分析方法

摘 要：由于实验条件的限制，学生无法直观地了解结构在力载荷作用下的变化情况，将通用有限元分析软件ANSYS与现代设计方法相结合，充分利用计算机仿真方法弥补了实验上的不足，有助于学生对力学知识的理解。

关键词：ANSYS；有限元分析；结构分析

力学分析是机械、建筑等工科类学生的设计、学习的基础课程，力学分析主要包括刚度、强度、稳定性等方向的研究[1]。由于实验条件的限制，学生对理论方面的理解比较困难，通过有限元分析软件ANSYS进行模拟仿真，可以直观地了解结构在载荷作用下的变化情况。因此，可以借助CAE仿真软件进行数值计算，作为辅助教学手段，以薄板圆孔的应力分析为例，为常规教学方式的进提供依据。

1 薄板圆孔应力分析的理论基础

已知一个承受内压的薄板，在其中心位置有一个小圆孔，相关的结构尺寸如图1所示，根据对称性，可取圆筒的四分之一并施加垂直于对称面的约束进行分析。材料的弹性模量E=2e11PaKN/m2，泊松比为0.3，拉伸载荷q=3000Pa，平板的厚度t=0.01mm。圆孔的径向应力σr和切向应力σt沿半径r方向的分布，根据材料力学的知识，σr和σt沿r方向分布的解析解为[4]，

图1 薄板结构受力图

2 薄板圆孔的有限元分析

文章运用有限元分析软件ANSYS对薄板圆孔进行有限元静力学分析，划分薄板圆孔的网格第一步工作。网格划分采用边线单元尺寸控制，桅杆约划分为400个单元，其划分网格后的有限元模型如图2所示[5-6]。

在静力学分析过程中由于压力施加在圆孔边缘，分别对圆孔所在的两边施加x和y的位移约束，同时对圆孔边缘施加3000Pa的压强，如图3所示，观察桅杆结构的应力分布情况；然后通过ANSYS软件计算整体变形情况。

四分之一薄板位移云图、节点的Von-Mise应力云图和整体薄板位移云图、节点的Von-Mise应力云图如图4、图5所示。从图4、图5中可以看出薄板圆孔在3000Pa压力作用下的位移变化和受力分布情况。最大应力值为7104Pa，出现在45°方向，最大位移出现在圆孔900方向，位移值为0.014mm。图6为Mises应力等值线的结果显示图[7-8]。

（a） （b）

图4 位移云图的结果显示

（a） （b）

图5 节点的Von-Mise应力云图显示

图6 Mises应力等值线的结果显示

3 结束语

有限元软件ANSYSY可以很好地用于结构力学分析，有助于减轻学习难度、增强学生对结构力学特性的感性认识，帮助学生认识和理解结构力学的理论和方法，培养学生实际动手能力、实际解决问题的能力和科研创造能力。

参考文献

[1]李丽君，沈玉凤.ANSYS对于压杆稳定的辅助教学[J].实验科学与技术，2008，7（1）：121～123.

[2]王德玲，沈疆海.ANSYS在结构动力学的工程抗振教学中的应用[J].水利与建筑工程学报，2010，8（1）：39～41.

[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh，eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology，2009（56）：906-909.

[4]王在伟，焦青.Solidworks与Ansys之间的数据交换方法研究[J].煤矿机械，2011，32（9）：248-250.

[5]薛大维，赵雨肠.客车车架有限元静力学分析[J].哈尔滨工业大学学报，2006，38（7）：1075～1078.

[6]李小彭，赵志杰，聂慧凡.某型数控车床床身的模态分析与结构优化[J].东北大学学报，2011，32（7）：988-991.

[7]WANG Dazhi，DONG Guang，ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY，2006，11（6）：725-730.

[8]王晓楠，邸洪双，梁冰洁.轻量化设计的重型卡车车厢应力有限元数值模拟[J].东北大学学报，2010，31（1）：60-63.

作者简介：沈洁（1986-），女，汉，江苏，无锡市协新技工学校，职称：初级，助理讲师。endprint

摘 要：由于实验条件的限制，学生无法直观地了解结构在力载荷作用下的变化情况，将通用有限元分析软件ANSYS与现代设计方法相结合，充分利用计算机仿真方法弥补了实验上的不足，有助于学生对力学知识的理解。

关键词：ANSYS；有限元分析；结构分析

力学分析是机械、建筑等工科类学生的设计、学习的基础课程，力学分析主要包括刚度、强度、稳定性等方向的研究[1]。由于实验条件的限制，学生对理论方面的理解比较困难，通过有限元分析软件ANSYS进行模拟仿真，可以直观地了解结构在载荷作用下的变化情况。因此，可以借助CAE仿真软件进行数值计算，作为辅助教学手段，以薄板圆孔的应力分析为例，为常规教学方式的进提供依据。

1 薄板圆孔应力分析的理论基础

已知一个承受内压的薄板，在其中心位置有一个小圆孔，相关的结构尺寸如图1所示，根据对称性，可取圆筒的四分之一并施加垂直于对称面的约束进行分析。材料的弹性模量E=2e11PaKN/m2，泊松比为0.3，拉伸载荷q=3000Pa，平板的厚度t=0.01mm。圆孔的径向应力σr和切向应力σt沿半径r方向的分布，根据材料力学的知识，σr和σt沿r方向分布的解析解为[4]，

图1 薄板结构受力图

2 薄板圆孔的有限元分析

文章运用有限元分析软件ANSYS对薄板圆孔进行有限元静力学分析，划分薄板圆孔的网格第一步工作。网格划分采用边线单元尺寸控制，桅杆约划分为400个单元，其划分网格后的有限元模型如图2所示[5-6]。

在静力学分析过程中由于压力施加在圆孔边缘，分别对圆孔所在的两边施加x和y的位移约束，同时对圆孔边缘施加3000Pa的压强，如图3所示，观察桅杆结构的应力分布情况；然后通过ANSYS软件计算整体变形情况。

四分之一薄板位移云图、节点的Von-Mise应力云图和整体薄板位移云图、节点的Von-Mise应力云图如图4、图5所示。从图4、图5中可以看出薄板圆孔在3000Pa压力作用下的位移变化和受力分布情况。最大应力值为7104Pa，出现在45°方向，最大位移出现在圆孔900方向，位移值为0.014mm。图6为Mises应力等值线的结果显示图[7-8]。

（a） （b）

图4 位移云图的结果显示

（a） （b）

图5 节点的Von-Mise应力云图显示

图6 Mises应力等值线的结果显示

3 结束语

有限元软件ANSYSY可以很好地用于结构力学分析，有助于减轻学习难度、增强学生对结构力学特性的感性认识，帮助学生认识和理解结构力学的理论和方法，培养学生实际动手能力、实际解决问题的能力和科研创造能力。

参考文献

[1]李丽君，沈玉凤.ANSYS对于压杆稳定的辅助教学[J].实验科学与技术，2008，7（1）：121～123.

[2]王德玲，沈疆海.ANSYS在结构动力学的工程抗振教学中的应用[J].水利与建筑工程学报，2010，8（1）：39～41.

[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh，eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology，2009（56）：906-909.

[4]王在伟，焦青.Solidworks与Ansys之间的数据交换方法研究[J].煤矿机械，2011，32（9）：248-250.

[5]薛大维，赵雨肠.客车车架有限元静力学分析[J].哈尔滨工业大学学报，2006，38（7）：1075～1078.

[6]李小彭，赵志杰，聂慧凡.某型数控车床床身的模态分析与结构优化[J].东北大学学报，2011，32（7）：988-991.

[7]WANG Dazhi，DONG Guang，ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY，2006，11（6）：725-730.

[8]王晓楠，邸洪双，梁冰洁.轻量化设计的重型卡车车厢应力有限元数值模拟[J].东北大学学报，2010，31（1）：60-63.

作者简介：沈洁（1986-），女，汉，江苏，无锡市协新技工学校，职称：初级，助理讲师。endprint

摘 要：由于实验条件的限制，学生无法直观地了解结构在力载荷作用下的变化情况，将通用有限元分析软件ANSYS与现代设计方法相结合，充分利用计算机仿真方法弥补了实验上的不足，有助于学生对力学知识的理解。

关键词：ANSYS；有限元分析；结构分析

力学分析是机械、建筑等工科类学生的设计、学习的基础课程，力学分析主要包括刚度、强度、稳定性等方向的研究[1]。由于实验条件的限制，学生对理论方面的理解比较困难，通过有限元分析软件ANSYS进行模拟仿真，可以直观地了解结构在载荷作用下的变化情况。因此，可以借助CAE仿真软件进行数值计算，作为辅助教学手段，以薄板圆孔的应力分析为例，为常规教学方式的进提供依据。

1 薄板圆孔应力分析的理论基础

已知一个承受内压的薄板，在其中心位置有一个小圆孔，相关的结构尺寸如图1所示，根据对称性，可取圆筒的四分之一并施加垂直于对称面的约束进行分析。材料的弹性模量E=2e11PaKN/m2，泊松比为0.3，拉伸载荷q=3000Pa，平板的厚度t=0.01mm。圆孔的径向应力σr和切向应力σt沿半径r方向的分布，根据材料力学的知识，σr和σt沿r方向分布的解析解为[4]，

图1 薄板结构受力图

2 薄板圆孔的有限元分析

文章运用有限元分析软件ANSYS对薄板圆孔进行有限元静力学分析，划分薄板圆孔的网格第一步工作。网格划分采用边线单元尺寸控制，桅杆约划分为400个单元，其划分网格后的有限元模型如图2所示[5-6]。

在静力学分析过程中由于压力施加在圆孔边缘，分别对圆孔所在的两边施加x和y的位移约束，同时对圆孔边缘施加3000Pa的压强，如图3所示，观察桅杆结构的应力分布情况；然后通过ANSYS软件计算整体变形情况。

四分之一薄板位移云图、节点的Von-Mise应力云图和整体薄板位移云图、节点的Von-Mise应力云图如图4、图5所示。从图4、图5中可以看出薄板圆孔在3000Pa压力作用下的位移变化和受力分布情况。最大应力值为7104Pa，出现在45°方向，最大位移出现在圆孔900方向，位移值为0.014mm。图6为Mises应力等值线的结果显示图[7-8]。

（a） （b）

图4 位移云图的结果显示

（a） （b）

图5 节点的Von-Mise应力云图显示

图6 Mises应力等值线的结果显示

3 结束语

有限元软件ANSYSY可以很好地用于结构力学分析，有助于减轻学习难度、增强学生对结构力学特性的感性认识，帮助学生认识和理解结构力学的理论和方法，培养学生实际动手能力、实际解决问题的能力和科研创造能力。

参考文献

[1]李丽君，沈玉凤.ANSYS对于压杆稳定的辅助教学[J].实验科学与技术，2008，7（1）：121～123.

[2]王德玲，沈疆海.ANSYS在结构动力学的工程抗振教学中的应用[J].水利与建筑工程学报，2010，8（1）：39～41.

[3]Ismail Algelli Sassi Ehtiwesh，eljko urovi. Comparative Analysis of Different Control Strategies for Electro-hydraulic Servo Systems[J].World Academy of Science Engineering and Technology，2009（56）：906-909.

[4]王在伟，焦青.Solidworks与Ansys之间的数据交换方法研究[J].煤矿机械，2011，32（9）：248-250.

[5]薛大维，赵雨肠.客车车架有限元静力学分析[J].哈尔滨工业大学学报，2006，38（7）：1075～1078.

[6]李小彭，赵志杰，聂慧凡.某型数控车床床身的模态分析与结构优化[J].东北大学学报，2011，32（7）：988-991.

[7]WANG Dazhi，DONG Guang，ZHANG Jinhuan.Car Side Structure Crashworthiness in Pole and Moving Deformable Barrier Side Impacts[J].TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY，2006，11（6）：725-730.

[8]王晓楠，邸洪双，梁冰洁.轻量化设计的重型卡车车厢应力有限元数值模拟[J].东北大学学报，2010，31（1）：60-63.

作者简介：沈洁（1986-），女，汉，江苏，无锡市协新技工学校，职称：初级，助理讲师。endprint