教程1：角支架的静态分析
问题阐述
下面将要显示的是一个简单的、单一载入步骤的角支架结构静态分析的例子。该角支架左上侧的圆孔的整个圆周被约束（焊接），而其右下侧的圆孔的底部则作用有线性分布的压力载荷（见下图）。问题的目的是演示典型ANSYS的分析过程。 6 in
1 in 半径
2in
4in
th=1/2in 0.4in 固定圆孔，直 径为0.8 in
线性分布载荷：50到
500psi近似为130lb 2 in
所给条件
角支架的尺寸见上图所示。支架是由A36钢制成，其杨氏模量为30E6，泊松比为0.27。
近似与假设
本题的分析为平面应力问题。压力载荷只作用在X-Y平面上。
近似操作是使用固体模型来构造2-D模型并利用节点和单元将其自动划分网格。（在ANSYS中的另一个选择是直接创建节点和单元）
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ANSYS 使用手册 教程1 角支架的静态分析
交互式的求解过程
按照下面给出的步骤以及其所对应的具体内容，就可以完成交互式一步步的求解过程。步骤中的黑体字（字符）是需要从菜单中选择的命令。 1. 进入ANSYS
在D盘建立一文件夹，文件名为xiti。然后运行
程序 →ANSYS 8.0 →Configure ANSYS Products →file Management →select Working Directory: D:\\xiti，input job name: zhijia→Run
2．建立几何结构
2.1 定义矩形
在ANSYS中有几种创建几何模型的方法，较其它软件更为方便。第一步首要的是确认能够简单地利用矩形和圆的组合来构造支架。
首先确定坐标原点的位置然后根据该原点来定义矩形和圆。原点的位置是任意的，这里用的是左上侧孔的中心。ANSYS不需要知道原点的位置，只是简单地从定义一个矩形开始。在ANSYS中，这个原点被称为global origin。 1． Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Create
-Areas-Rectangle
By Dimensions。
2．输入X1=0（注意：使用键盘上的Tab键或用鼠标左键来实
现光标在编辑框中的切换），X2=6，Y1=-1，Y2=1。 3．按下Apply按钮创建第一个矩形。 2
3
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4
5
4．再输入X1=4，X2=6，Y1=-1，Y2=-3。
5．按下OK按钮创建第二个矩形并关闭对话框。
2.2 改变绘图控制并重新绘图
经过上面的操作已经定义了两个矩形，并且是以同一种颜色显示的两个面积。为了更清晰地显示这两个面积，在常用菜单（Utility Menu）的图形数量控制（Plot Numbering Controls）对话框中将面积的数量和颜色复选框选中（On）。图形数量控制对话框是用来控制图形项目在图形窗口中的显示方式的。在缺省状态下，在完成对话框时自动执行一个“重新绘图（Replot）”命令，而重新绘图操作会重复上一次的绘图操作（本例中，是一个面积）。
1．Utility Menu：Plot Ctrls
Numbering。
2． 将面积数（Area numbers）一项后面的复选框设置为On。 3． 按下OK按钮。
2
3
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4． Toolbar：SAVE_DB。
2.3 改变工作平面为极坐标并创建第一个圆
1． Utility Menu：PlotCtrls
Pan，Zoom，Rotate。 2． 按下小圆点按钮使图形缩小。 3． 按下Close按钮关闭对话框。 4． Utility Menu：WorkPlane
Display WorkPlane（选中）。
2
注意：工作平面原点立即在图形窗口中被画出，并用符号WX和WY来表示；而且是与以符号X和Y表示的球面原点相重合。接下来的工作是将工作平面类型改为极坐标，更改捕捉量并显示网格。 5． Utility Menu：WorkPlane
WP Settings。
6． 选中Polar选项。 7． 选中Grid and Triad选项。
3 8． 在Snap Incr后的编辑框中输入数值
0.1。 9． 按下OK按钮。
10．Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Create
-Areas-Circle
Solid Circle。
11．在窗口中WP X和WP Y后的编辑框中分别输入数值0，或
选择图形窗口中圆形网格的中心点，这两种操作的目的都是确定所要创建圆的圆心。
12．在Radius后的编辑框中单击鼠标左键并输入数值1作为
圆的半径。
13．按下OK按钮关闭对话框。 14．Toolbar：SAVE_DB。
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6
7
8
11 12
13
9
2.4 移动工作平面并创建第二个圆
为了以同样的风格创建支架另一端的圆，首先需要将工作平面移动到另一个圆的圆心处，最简单的方法是选择右下角矩形底边的两个端点作为关键点，并将WP（工作平面）移动到这两个关键点联机中点处。
1． Utility Menu：WorkPlane
Offset WP to
Keypoints。
2 3
2． 选择右下角矩形左下角的点。 3． 选择右下角矩形右下角的点。 4． 按下选择菜单的OK按钮。 5． Main Menu：Preprocessor
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-Modeling-Create
-Areas-Circle
Solid Circle。
6． 在WP X和WP Y后的编辑框中分别输入数值0，或选择图
形窗口中圆形网格的中心点，确定所要创建圆的圆心。 7． 在Radius后的编辑框中单击鼠标左键并输入数值1作为圆
的半径。 8． 按下OK按钮关闭选择菜单。 9． Toolbar：SAVE_DB。
2.5 将多个面积合成为一个
1． Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Operate
-Booleans-Add
Areas。
2． 按下选择菜单上的Pick All按钮（选择所有待组合面积）。 3． Toolbar：SAVE_DB。
2.6 创建圆角线条
1． Utility Menu：PlotCtrls
Numbering。
2． 将“Line numbers”后的复选框选中。 3． 按下OK键，关闭对话框并自动进入重新绘图状态。 4． Utility Menu：WordPlane
Display Working Plane（关闭）。 6
6
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5． Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Create -Lines-Line Fillet。 6． 用鼠标选择L8和L17两条线。 7． 按下选择菜单上的OK键完成线条的选择。 8． 再RAD后的编辑框中输入半径值0.4。 9． 按下OK键。
10．Utility Menu：Plot
Lines。
8
9
2.7 创建圆角面积
1． Utility Menu：PlotCtrls
Pan，Zoom，Rotate。
2． 按下Zoom按钮。 3． 单击并拖动鼠标左键拖出一个矩形框（将圆角包括在内）
后再击一下鼠标左键，使的圆角部分放大显示。 4． Main Menu：Preprocessor
Create
-Areas-Arbitrary 5 By Lines。
5 5． 选择线条L1，L4，L5。
5 6． 按下选择菜单上的OK键。
7． 按下Pan-Zoom-Rotate窗口中的
Fit按钮。 8． 关闭对话框。 9． Utility Menu：Plot
Areas。
10．Toolbar：SAVE_DB。
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2.8 将所有面积组合为一个
1． Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Operate
-Booleans-Add
Areas。
2． 按下选择菜单上的Pick All按钮，或在图形窗口中用鼠标
拖动的方法选择所有要组合在一起的面积。 3． Toolbar：SAVE_DB。
2.9 创建第一个圆孔
1． Utility Menu：WorkPlane
Display Working Plane。
2．Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Create
-Areas-Circle
Solid Circle。
3． 在WP X和WP Y后的编辑框中分别输入数值0作为圆心坐
标。
4．在Radius后的编辑框中输入数值0.4作为圆的半径。 5．按下OK按钮关闭对话框。
2.10 移动工作平面并创建第二个圆孔
1． Utility Menu：WorkPlane
Offset WP to
Global Oringin。
2．Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Create
-Areas-Circle
Solid Circle。
3． 在WP X和WP Y后的编辑框中分别输入数值0作为圆心坐
标。 4． 输入数值0.4作为圆的半径。 5． 按下OK按钮关闭对话框。 6．Utility Menu：WorkPlane
Display Working Plane。
7．Utility Menu：Plot
Replot。
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8．Utility Menu：Plot
Lines。
9．Toolbar：SAVE_DB。 2.11 从支架上删除圆孔
1．Main Menu：Preprocessor
-Modeling-Operate
-Booleans-Subtract
Areas。
2．用鼠标选择支架面积作为将要执行挖除操作的基底面积。 3．按下选择菜单上的Apply按钮。
4．用鼠标单击两个小圆孔作为要挖除的面积。
5．按下OK按钮完成操作并关闭对话框，结果见下图。
注意：在创建几何结构过程中如果出现错误操作，可以使用Main
Menu > Preprocessor >-Modeling-Delete命令进行删除。
3．定义材料特性
3.1 定义材料特性
对于本教程，支架仅由一种材料组成，A36钢，并给出了其杨氏模量和泊松比。 1． Main Menu：Preprocessor
Material Props
Material Models。
2． 在材料特性定义窗口中选择：Structural—>Linear—>Elastic
—>Isotropic。 3． 在EX栏内输入30e6（杨氏弹性模量）。 4． 在prXY栏内输入0.27（泊送比）。 5． 按下OK按钮完成操作并关闭对话框。
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4．产生网格
4.1 设置优先权
1． Main Menu：Preferences 2． 在弹出的对话框中将“Structural”选项选中。 3． 按下OK按钮完成操作并关闭对话框。 4.2 定义单元类型及其选项
1． Main Menu：Preprocessor
Element Type
Add/Edit/Delete。
2． 按下Add按钮来打开添加单元类型对话框。 3． 从左侧列表中选择Structural Solid。
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4． 在右侧列表中选择8-Noded Quad（PLANE82）。 5． 按下OK按钮完成操作并关闭该对话框。 4
3
5 6． 按下Element Type（单元类型）窗口中的Options按钮，
打开更改选项对话框。 7． 在第一个（K3后的）下拉列表中选择Plane Strs w/Thk项。 8． 按下选项对话框中的OK按钮完成操作并关闭对话框。 9． 关闭单元类型对话框。
4.3
7
8
定义常数 1． Main Menu：Preprocessor
Real Constants。
2． 按下Add按钮。 3． 在出现的Element Type for Real Constants窗口中，选择单
元类型Type 1 PLANE82，并按下OK按钮。 4． 在THK编辑框内输入厚度值0.5。 5． 按下OK按钮关闭对话框。 6． 关闭Real Constants对话框。
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进行网格划分 1． Main Menu：Preprocessor
Mesh Tool。
2． 按下Mesh Tool 窗口中的Global后
的 Set按钮。
2 3． 在Global Element Sizes窗口中，在
SIZE后的编辑框中输入数值0.5作为单元边长。 4． 按下OK按钮。 5． 在下拉列表中选择Areas。
5 6． 按下Mesh按钮。
7． 按下选择菜单上的Pick All按钮。 8． 关闭Mesh Tool对话框。 6
5．施加载荷——求解阶段的开始
5.1 应用位移约束条件
位移约束可以直接加在线条上。 8 1． Main Menu：Solution—>Define Loads
—>Apply—>Structural—>Displacement—>On Lines。 2． 选择围成左上角圆孔的四条折线。
2 2
2 2
3． 在按下选择菜单上的OK按钮。 4． 选择All DOF（所有自由度）项。 5． 在编辑框内输入0作为位移值。 6． 按下OK按钮。
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4.4
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4 5 6 7． Utility Menu：Plot
Lines。
8． Toolbar：SAVE_DB。
5.2 压力载荷
1．Main Menu： Solution—>Define Loads—>Apply—>Structural
—>Pressure—>On Lines。 2． 选择右下角小圆左下角的折线。
2
3． 按下选择菜单中的Apply按钮。 4． 在Apply PRES on lines窗口的上面一行编辑框内输入50。 5． 在Apply PRES on lines窗口的下面一行编辑框内输入500。 6． 按下对话框中的Apply按钮。
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ANSYS 使用手册 教程1 角支架的静态分析
4
5
6 7． 选择右下角小圆的右下角的折线。
7
8． 按下选择菜单中的Apply按钮。 9． 在Apply PRES on lines窗口的上面一行编辑框内输入500。 10．在Apply PRES on lines窗口的下面一行编辑框内输入50。 11．按下OK按钮关闭对话框。 12．Toolbar：SAVE_DB。 注意：在应用载荷过程中如果出现错误操作，可以使用Main Menu >
Preprocessor > -Loads -Delete命令进行删除。
6．获得解答
6.1 进行求解
1． Main Menu：Solution
-Solve-Current LS。
2． 上步操作后，屏幕上出现一个状态窗口。浏览窗口内的信
息，然后选择File菜单内的Close项关闭该窗口。
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ANSYS 使用手册 教程1 角支架的静态分析
3． 按下OK按钮，开始求解。 4． 关闭求解结束时出现的信息窗口。
3
7．观察结果
注意：由于网格划分的不同，所得到的结果也会有轻微的差别。
7.1 进入后续处理器并读入结果
1． Main Menu：General Postproc
-Read Results-First Set。
7.2 绘制变形图
1． Main Menu：General Postproc
Plot Results Contour Plot Nodal Solu
2． 选择DOF solution, USUM, Def + Undeformed（包括变形
前和变形后）。 3． 按OK按钮。
也可以使用动画（按照下面的步骤）来模拟模型的变形及应力变化过程。
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ANSYS 使用手册 教程1 角支架的静态分析
7.3
4． Utility Menu：Plot Ctrls
Animate
Deformed Shape。
5． 选择Def + undeformed。 6． 按OK按钮。
绘制von Mises等效应力图 1． Main Menu：General Postproc
Plot Results
-Contour Plot-Nodal Solu。
2． 在弹出的对话框中，选择左侧列表框内的Stress项。 3． 选择右侧列表框内的von Mises（SEQV）项。 4． 按OK按钮。
5．Utility Menu：Plot Ctrls
Animate
Deformed Results。
6．在弹出的对话框中，选择左侧列表框内的Stress项。 7． 选择右侧列表框内的von Mises（SEQV）项。 8． 按OK按钮。
列出反力解答
1．Main Menu：General Postproc
List Results
Reacton Solu。
2． 按OK按钮列出所有项并关闭对话框。 3． 拖动右侧的滚动条并找到垂直方向合力FY。 4． 使用窗口File菜单内的Close命令关闭该窗口。
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7.4
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3
在后处理器内还有很多其它选项用来观看结果，可以在其它教程中看到这些演示。现在已经完成了本教程的分析，下一步是退出程序。
7.5 退出ANSYS程序
退出ANSYS程序时，你可以有四种保存选择，在对话框中从上到下依次为：一，几何模型和数据库中的载荷部分（缺省设置）；二，几何模型、载荷以及求解资料（只有一套结果）；三，几何模型、载荷、求解资料以及后期处理资料（也就是保存所有东西）；四，不保存。在练习时可以不保存，但是如果你想保留ANSYS数据文件，就必须使用一种保存方式加以保存。
1． Toolbar：Quit。 2． 选择Quit-No Save（不保存）！ 3． 按下OK按钮退出。
4
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