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1、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。托架通过有孔的外表固定在墙上，托架是钢制的，弹性模量E=29106psi，泊松比v=0.3.试通过ANSYS输出其变形图与其托架的von Mises应力分布。分析:先进展建模，此建模的难点在对V3的构建。建模后，就对模型进展网格的划分，实行Main MenuPreprocessorMeshingMeshTool,先对网格尺寸进展编辑，选0.1，然后点Meshing，Pick
2、all进展网格划分，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展加载求解了，载荷是施加在三维托架的最顶上的外表的，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比照，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局部，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。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，否如此必将导致事故的发生。图1-2托架位移图
3、 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 bracketstructure。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“10n
4、ode 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 | 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
5、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
6、 | 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
7、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。 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“M
8、esh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 |
9、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 /,ANSYS
10、RELEASE 10.0 UP20050718 21:59:14 12/13/2011/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/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, MPT
11、EMP,1,0 MPDATA,EX,1,2.9E7 MPDATA,PRXY,1,0.3 SAVEBLOCK,-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
12、/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 FI
13、TEM,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 C
14、YL4,0,0.5,0.25 !* 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
15、,-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 /REP,FAST /ANG,1,30,XS,1 /REP,FAST FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,18 FITEM,2,26 /GO !* SFA,P51
16、X,1,PRES,50 FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 !* /EFACET,1 !* /EFACET,1 SAVEFINISH ! /EXIT,MODEL 二地震位移谱分析如下列图为一板梁结构，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板厚度T/mm梁宽度B/mm梁高度H/mm梁截面面积S/mm2梁惯性矩IZZ/mm4梁惯性矩IYY/mm4弹性模量E/GPa泊松比密度Kg/m3234121692207800频率17182032位移表1-2相应谱图2-1板梁结构模型图分析：
17、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展求解。求解时，首先进展的就是模态分析，约束好六条梁，就可以进展模态的分析求解了。模态分析后，相应的就进展频谱分析，在输入频率和位移后开始运算求解。此后进展模态扩展分析，最后进展模态合并分析。分析完后，再对结果进展查看。通过命令Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution查看节点位移结果、节点等效应力结果图2-3与反作用力结果图2-4。图2-2划分网格的梁和板模型一、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
18、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“responseanalysis 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 (单元类型库)对话框的左
19、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如下数据：AREA 为1.2E-5，IZZ
20、 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
21、 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 | 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。对下面的关键点与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 | Li
22、nes | 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
23、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
24、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
25、按钮，选定所有创建的线进展分网。 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“，Items to be copied拉框中选择Lines and Mesh，设置拷贝项目为线与其网格。 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“，在X-offset in active CS 文本框中输入“。 12选择菜单路径Utility Menu |
26、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单项选择按钮，并在下面的Min,Max 文本框中输入“，指定选择对象位置为X 坐标值为“的所有对象。单击“From Full单项选择按钮，指定选取X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 |
27、Replot，对建立好的所有单元进展显示。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。仅保存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ANSY
28、S6.1 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 |Me
29、shTool，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 consta
30、nt set number 为“1，Element coordinate sys 为“0。 7选取菜单路径Utility Menu | Select | Everything Below | Selected Areas，对创建的面以与面上的线、点进展选择，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 Sizes on Picked L
31、ines (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 单项选择按钮和Free 单项选择按钮。单击对话框中的“MESH按钮，将会弹出Areas Mesh (对选定的面进展分网)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展分网。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
32、 | 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“，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“
33、，然后在Z-offset in active CS 文本框中输入“。 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展显示。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。 15对项目编号进展压缩：选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Numbering Ctrls |press Num
34、bers，单击对话框中的Label Item to be pressed 下拉框中的“All，对所有项目编号进展压缩。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单项选择按钮，然后单击“SELE ALL按钮。2选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Loads | Define Loads | Apply | Structural |Displacement |
35、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“AllDOF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与其边条。(二)进展模态求解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 单项选择按钮，指定分析类型
36、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单项选择框设置为“No。 4选择菜单路径Main Menu | Solution | Solve | Current LS，进展梁板结构的模态分析求解。(三)获得谱解1)指定分析选项1选取菜单路径
37、Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis，在对话框中单击Spectrum 单项选择按钮。 2选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options，在对话框中，单击Single-pt-resp 单项选择按钮，指定谱分析类型为单点响应谱分析。然后，在求解的模态阶数(No. of modes for solu)文本框中输入“10。单击Calculate elemstresses? (求解单元应力)单项选择框，将其设置为“Yes。2)定义载荷步选项1选取菜单路径Main
38、Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point |Settings，在对话框中的Type of response spctr 拉框中单击“Seismicdisplac，在Excitation direction SEDX,SEDY,SEDZ 文本框中分别输入0，1，0。 2选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point | FreqTable，在对话框中的FREQ1、FREQ2、和FREQ8 文本框中依次输入0.5、1.0、2.4、3
39、.8、17、18、20 和32。3选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point | SpectrValues，弹出Spectrum Values Damping Ration (谱值阻尼比)对话框。单击“OK按钮，承受其缺省值，在对话框中的FREQ1、FREQ2FREQ8 值对应的谱值SV1、SV2SV8 文本框中依次输入：1.0e-3、0.5e-3、0.8e-3、0.7e-3、1.0e-3、0.75e-3、0.86e-3 和0.2e-3。3)进展求解 选择菜单路径Main Menu | Soluti
40、on | Solve | Current LS，进展梁板结构的单点响应谱分析求解。(四)模态扩展1选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis，对话框中单击Modal 单项选择按钮，指定分析类型为模态分析(Modal)。2选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | ExpansionPass，单击对话框中的Expansion pass 单项选择框，将其设置为“On。 3选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | ExpansionP
41、ass | Single Expand |Expand Mod ，指定要扩展的阶数(No. of modes to expand)为“10，在SignificantThreshold (有效阀值)文本框中输入“。单击Calculate elem results (求解单元应力)单项选择框，使其变为“Yes。 4选择菜单路径Main Menu | Solution | Solve | Current LS，进展梁板壳结构的扩展模态求解。(五)模态合并1选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis，对话框中，单击Spectrum
42、 单项选择按钮，指定分析类型为模态分析Spectrum (谱分析)。 2选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options，将弹出Spectrum Analysis 选项对话框，选择缺省时的谱分析类型Single - pt resp(单点响应谱)。单击“OK按钮关闭对话框。3选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Spectrum | Single Point | Modebine，在对话框中单击Mode bination Method 下拉框中的“SRSS，在Signi
43、ficent threshold文本框中输入“，指定Type of output 为“Displacement。 4选择菜单路径Main Menu | Solution | Solve | Current LS，进展梁板壳结构的模态合并求解。(六)云图结果显示1选取菜单路径Main Menu | General Postproc | Read Results | First Set，选择梁板壳结构被扩展了的第一阶模态。2选取菜单Main Menu | General Postproc | Plot Results | Nodal Solu，选择Nodal Solution|DOF Soluti
44、on|Displacement vector sum对梁板壳结构扩展后的第一阶模态彩色云图图2-3。3. 选取菜单Main Menu | General Postproc | Plot Results | Nodal Solu，选择Nodal Solution|DOF Solution|Stress|Von Mises Stress对梁板壳结构扩展后的第一阶模态彩色云图图2-4。从图2-3看出，最大位移处位于最上层模板与横梁相接处，其值大致为2.36mm，最小位移明显受到约束。由图2.4可知，板与横梁相接处受到的应力相对较大。最底层相接处为最大，大致为0.28mm.图2-3位移图图2-4应力分布图 附命令代码/BATCH /,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 13:49:00 12/24/2011/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 21:59:14 12/16/2011 /input,menust,tmp,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3
