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P 2. P 1. F. L 1. L 2. L 3. L 4. 題目：. L 1 =15 mm; L 2 =5 mm; L 3 =10 mm; L 4 =2.5 mm; Cross-sectional area=20 mm 2 ; Height = 4 mm; Modulus of Elasticity, E=200 GPa; ν=0.29; P 1 =1.2 MPa; P 2 =1MPa; F=100N. 一、靜力分析. 1. Set up 設定參數： (Unit: N-mm). L 1 =15 mm;

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E N D

Presentation Transcript

  1. P2 P1 F L1 L2 L3 L4 題目： L1=15 mm; L2 =5 mm; L3 =10 mm; L4 =2.5 mm; Cross-sectional area=20 mm2; Height = 4 mm; Modulus of Elasticity, E=200 GPa; ν=0.29; P1 =1.2 MPa; P2=1MPa; F=100N

  2. 一、靜力分析 1. Set up 設定參數： (Unit: N-mm) L1=15 mm; L2 =5 mm; L3 =10 mm; L4 =2.5 mm; → Total Length, L= L1+L2+L3+L4 Cross-sectional area=20 mm2; → A = 20 mm2 Height = 4 mm; → Height, H= 4mm; Width, B= A/H = 5 mm Modulus of Elasticity, E=200 GPa; →200GPa=200E9 N/m2=200E3 N/mm2=200E3 MPa Poisson's ratio ν=0.29; P1 =1.2 MPa; P2=1MPa; F=100N Element size, SIZE = 0.5 →定義元素切割的大小，設定0.5讓作用力作用在Node上

  3. 一、靜力分析 FINISH ! Exits normally from a processor /Clear ! Read - Clears the database ! Units: mm, N L1 = 15 ! Length L2 = 5 ! Length L3 = 10 ! Length L4 = 2.5 ! Length L = L1+L2+L3+L4 ! Total Length A = 20 ! Cross-sectional area H = 4 ! Height B = A/H ! Width E = 200E3 ! Young's modulus 200GPa=200E9 N/m2=200E3 N/mm2=200E3 MPa NU = 0.29 ! Poisson's ratio SIZE = 0.5 ! Element size F = 100 ! Point load P1 = 1.2 ! Distributed load 1.2MPa=1.2E6 N/m2=1.2 N/mm2 P2 = 1 ! Distributed load 1MPa=1E6 N/m2=1 N/mm2 為了確保一開始是處於begin level，所以先執行FINISH跳出任何模組 /CLEAR是清除資料庫(歸零)的命令，且只有在begin level才可執行/CLEAR命令

  4. +Y -Z -X +X +Z -Y 一、靜力分析 2. Preprocessing 2-1. Solid Modeling ANSYS直角座標定義： 模型座標：運用8個Keypoints建立一個立體模型 K3 K7 B K2 K6 座標原點 (0,0,0) K8 K4 H K1 K5 Total Length, L= L1+L2+L3+L4

  5. 一、靜力分析 進入preprocessing模組 /PREP7 ! Preprocessing 利用K命令(K, NPT, X, Y, Z - Defines a keypoint)，NPT指keypoint順序編號， X, Y, Z指 Keypoint的為x,y,z座標。 8個Keypoints分別為： K1=(0,-H/2,-B/2) ; K2=(0, H/2,-B/2) ; K3=(0, H/2,B/2) ; K4=(0, -H/2,B/2) ; K5=(L, -H/2,-B/2) ; K6=(L, H/2,-B/2) ; K7=(L, H/2,B/2) ; K8=(L, -H/2,B/2) ; K, 1, 0, -H/2, -B/2 K, 2, 0, H/2, -B/2 K, 3, 0, H/2, B/2 K, 4, 0, -H/2, B/2 K, 5, L, -H/2, -B/2 K, 6, L, H/2, -B/2 K, 7, L, H/2, B/2 K, 8, L, -H/2, B/2

  6. 一、靜力分析 利用這8個Keypoints來定義一個Volume V, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 定義視點為(1,2,3)看向目標點(0,0,0)，WN為Window的編號，預設為1號，第2,3,4個參數 分別為x,y,z座標 /VIEW,, 1, 2, 3 !/VIEW, WN, XV, YV, ZV - Defines the viewing direction for the display 在螢幕上畫出這個volume，在ANSYS Graphics視窗顯示如下圖 VPLOT

  7. 一、靜力分析 2-2. Meshing 建立一組元素類別在ET table (element type table)中，編號為1號，類別為SOLID45 ET, 1, SOLID45 建立一組材料特性在MP table中，編號為1號，EX代表x方向的Young’s modulus，數值 為E，E=200E3 MPa MP, EX, 1, E 建立一組材料特性在MP table中，編號為1號，NUXY代表x-y平面的Poisson’s ratio，數 值為NU，NU=0.29 MP, NUXY, 1, NU TYPE命令為告訴ANSYS要使用element type是要採用ET table中的第一組 TYPE, 1 MAT命令為material properties要採用MT table中的第一組 MAT, 1 ESIZE命令為設定元素大小為SIZE，而SIZE在前面已宣告為0.5 ESIZE, SIZE

  8. 一、靜力分析 VMESH命令為將volume模型切割成元素，ALL的意思是表示切割所有的volumes VMESH, ALL 切割完後使用EPLOT命令將元素畫出，在ANSYS Graphics視窗顯示如下圖 EPLOT 使用FINISH跳出preprocessing模組 FINISH

  9. 一、靜力分析 3. Solution 3-1. Specifying Loads 進入solution模組 /SOLU 設定樑左端固定條件，將左端的節點全部固定住，即設定自由度為0 NSEL命令選擇x=0(左端所有節點)的所有節點出來， (NSEL, Type, Item, Comp, VMIN, VMAX, VINC, KABS - Selects a subset of nodes. ) (S --  Select a new set) (LOC X,Y,Z X, Y, or Z location in the active coordinate system)，此表示X=0的位置 ! Fixed end NSEL, S, LOC, X, 0 D命令指定所有選擇的節點，自由度皆設為0，第一個ALL是指所有節點，第二個ALL是指所有自由度，最後一個參數0是指自由度皆設為0，即不能有變位 (D, NODE, Lab, VALUE, VALUE2, NEND, NINC, Lab2, Lab3, Lab4, Lab5, Lab6 - Defines DOF constraints at nodes. ) D, ALL, ALL, 0

  10. 一、靜力分析 執行至此，ANSYS Graphics視窗顯示如下圖 後面如果在其他位置加其它負載，務必加此命令，選擇模型全部的節點，不然設定的位置會維持前面選擇的節點 NSEL,ALL

  11. 一、靜力分析 設定一集中負載在樑的右端，因為寬度中央不一定會有一節點，因為隨element size大小變化，所以我們將集中負載F分成2個F/2，分別作用於2個端點上，且負載力量往下，所以要加一負號，所以設為-F/2 先定義2端點座標位置，再設定負載作用點，型式、方向、大小，FY指y方向的Force，朝下力向大小為-F/2 (F, NODE, Lab, VALUE, VALUE2, NEND, NINC - Specifies force loads at nodes ) ! Loads at free end N1 = NODE(L, H/2, -B/2) N2 = NODE(L, H/2, B/2) F, N1, FY, -F/2 F, N2, FY, -F/2

  12. 一、靜力分析 設定一均佈負載在樑的L3段，NSEL命令選擇y=H/2所有節點出來(表示樑的上表面所有節點)， 然後在使用NSEL命令選擇L3段所有節點出來，L3段為起點從x=L1+L2到x=L1+L2+L3，(R --  Reselect a set from the current set) SF(surface force)命令設定表面負載，ALL代表剛剛所選的所有節點，PRES(pressure)表示壓力(向著元素的方向)，最後一個參數表示壓力大小為P2 (SF, Nlist, Lab, VALUE, VALUE2 - Specifies surface loads on nodes ) ! Distributed load NSEL,S,LOC,Y,H/2 NSEL,R,LOC,X,L1+L2,L1+L2+L3 SF,ALL,PRES,P2 NSEL,ALL

  13. 一、靜力分析 設定一梯度負載在樑的L1段， SFGRAD命令 (SFGRAD, Lab, SLKCN, Sldir, SLZER, SLOPE - Specifies a gradient (slope) for surface loads ) (Lab Valid surface load label. Load labels are listed under "Surface Loads" in the input table for each element type in the ANSYS Elements Reference. Structural labels: PRES (pressure). Thermal labels: CONV (convection (bulk temperatures only)); HFLUX (heat flux). Electric labels: CHRGS (surface charge density). Thermal labels CONV and HFLUX are mutually exclusive. SLKCN Reference number of slope coordinate system (used with Sldir and SLZER to determine COORD). Defaults to 0 (the global Cartesian coordinate system). Sldir Slope direction in coordinate system SLKCN: X --  Slope is along X direction (default). Interpreted as R direction for non-Cartesian coordinate systems. Y --  Slope is along Y direction. Interpreted as   direction for non-Cartesian coordinate systems. Z --  Slope is along Z direction. Interpreted as   direction for spherical or toroidal coordinate systems. SLZER Coordinate location (degrees for angular input) where slope contribution is zero (CVALUE = VALUE). Allows the slope contribution to be shifted along the slope direction. For angular input, SLZER should be between ±180 if the singularity [CSCIR] is at 180 and should be between 0 and 360 if the singularity is at 0 . SLOPE Slope value (load per unit length or per degree). 負載方式為壓力PRES，SLKCN設0，Sldir斜率作用於x方向，SLZER設0度，最後SLOPE斜率為P1/L1 ! Linear varing load SFGRAD,PRES,0,X,0,P1/L1

  14. 一、靜力分析 NSEL命令選擇y=H/2所有節點出來(表示樑的上表面所有節點) 然後在使用NSEL命令選擇L1段所有節點出來，L1段為起點從x=0到x=L1 (R --  Reselect a set from the current set) SF(surface force)命令設定表面負載，ALL代表剛剛所選的所有節點，PRES(pressure)表示壓力(向著元素的方向)，最後一個參數表示壓力大小最大為P1 NSEL, S, LOC, Y, H/2 NSEL,R,LOC,X,0,L1 SF,ALL,PRES,P1 NSEL,ALL

  15. 一、靜力分析 3-2. Solving the Analysis Model SOLVE命令為求解指令，當meshing越細，其運算花更多時間 FINISH命令跳出solution模組 SOLVE FINISH

  16. 一、靜力分析 4. Postprocessing 進入後處理階段，通常會檢視結構變型量是否合理 /POST1命令進入general postprocessing模組，簡單的線性靜態分析只要用/POST1命令就可以 /VIEW命令設定為從z方向看到x-y平面，因為沒有z方向負載，都為y方向負載，所以從這方向可以清楚看到y方向變形 PLDISP命令把變型後的結構劃出，後面參數值2事表示將原來還沒變型前的結構一起畫出，且可以從左上角得到最大變型量(DMX)是0.323611mm /POST1 /VIEW,, 0,0,1 PLDISP, 2

  17. 一、靜力分析 然後再執行ANDSCL命令可以以動畫來表現變形的過程 當執行ANDSCL命令後，若要執行其他命令，必須將動畫停止，方可執行，所以要按下面視窗的STOP鍵

  18. 一、靜力分析 接下來檢視檢視應力分佈，對於這個懸臂樑，最重要的是x方向的應力，即所謂的彎曲應力 PLNSOL命令畫出x方向的應力，S表示stress，X表示x方向，稱為等力線圖(stress contour)，且可以從左上角得到最小應力(SMN)是-522.387MPa(從圖可看到發生在固定端下半部，負號與冷色代表壓應力)，最大應力(SMX)=523.113 (從圖可看到發生在固定端上半部，正號與暖色代表拉應力) PLNSOL, S, X

  19. 一、靜力分析 然後再執行ANCNTR命令可以以動畫來表現等應力線圖變化過程 當執行ANCNTR命令後，若要執行其他命令，必須將動畫停止，方可執行，所以要按下面視窗的STOP鍵

  20. 一、靜力分析 如果想由不同視點來看這些stress contour 定義視點為(1,2,3)看向目標點(0,0,0) /VIEW,, 1,2,3 PLNSOL, S, X

  21. 二、動態分析 1. Set up 設定參數： (Unit: N-mm) 增加2個參數： 質量密度(mass density) RO = 7850E-9 kg/mm3 (7850 kg/m3=7850E-9 kg/mm3) 材料的阻尼(damping) DMP = 0.001，阻尼越大，越快進入穩態 其它參數同靜力分析 FINISH ! Exits normally from a processor /Clear ! Read - Clears the database ! Units: mm, N L1 = 15 ! Length L2 = 5 ! Length L3 = 10 ! Length L4 = 2.5 ! Length L = L1+L2+L3+L4 ! Total Length A = 20 ! Cross-sectional area H = 4 ! Height B = A/H ! Width E = 200E3 ! Young's modulus 200GPa=200E9 N/m2=200E3 N/mm2=200E3 MPa NU = 0.29 ! Poisson's ratio RO = 7850E-9 ! Mass density (7850 kg/m3=7850E-9 kg/mm3) DMP = 0.001 ! Damping NU = 0.29 ! Poisson's ratio SIZE = 0.5 ! Element size F = 100 ! Point load P1 = 1.2 ! Distributed load 1.2MPa=1.2E6 N/m2=1.2 N/mm2 P2 = 1 ! Distributed load 1MPa=1E6 N/m2=1 N/mm2

  22. 二、動態分析 2. Preprocessing 2-1. Solid Modeling →同靜力分析 /PREP7 ! Preprocessing K, 1, 0, -H/2, -B/2 K, 2, 0, H/2, -B/2 K, 3, 0, H/2, B/2 K, 4, 0, -H/2, B/2 K, 5, L, -H/2, -B/2 K, 6, L, H/2, -B/2 K, 7, L, H/2, B/2 K, 8, L, -H/2, B/2 V, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 /VIEW,, 1, 2, 3 VPLOT

  23. 二、動態分析 2-2. Meshing →大致同靜力分析 只增加2個MP命令 MP命令定義質量密度DENS大小為RO MP命令定義質量密度DAMP大小為DMP，DAMP值越大，越快達到穩態 ET, 1, SOLID45 MP, EX, 1, E MP, NUXY, 1, NU MP, DENS, 1, RO MP, DAMP, 1, DMP TYPE, 1 MAT, 1 ESIZE, SIZE VMESH, ALL EPLOT FINISH

  24. LOAD Time 0 二、動態分析 3. Solution 3-1. Specifying Loads →大致同靜力分析 只是這次假設所有負載都是突然作用到懸臂樑上，如下圖，在時間等於零之前， 所有負載都是零，在這樣的衝擊載重下，這跟懸臂樑會開始振動，然後因為阻尼 效應，振幅漸漸減小，最後靜止。 此靜止狀態就是指所謂穩態(steady-state) 穩態之前的振動，稱為暫態(transient) 暫態的反應通常比穩態要大，設計實務上，常常用靜力分析後，再將反應值乘上 一個係數，此係數稱為衝擊係數(impact coefficient)

  25. LOAD Time 0 二、動態分析 增加一些與解題有關的參數需要設定 ANTYPE指定分析類別是暫態分析TRANS KBC是指定負載型式，參數1是指stepped load (KBC, KEY - Specifies stepped or ramped loading within a load step. ) (0 --  Loads are linearly interpolated (ramped) for each substep from the values of the previous load step to the values of this load step. 1 --  Loads are step changed (stepped) at the first substep of this load step to the values of this load step (i.e., the same values are used for all substeps). Useful for rate-dependent behavior (e.g., creep, viscoplasticity, etc.) or transient load steps only.)

  26. LOAD Time 0 二、動態分析 增加一些與解題有關的參數需要設定 ANTYPE指定分析類別是暫態分析TRANS KBC是指定負載型式，參數1是指stepped load (KBC, KEY - Specifies stepped or ramped loading within a load step. ) (0 --  Loads are linearly interpolated (ramped) for each substep from the values of the previous load step to the values of this load step. 1 --  Loads are step changed (stepped) at the first substep of this load step to the values of this load step (i.e., the same values are used for all substeps). Useful for rate-dependent behavior (e.g., creep, viscoplasticity, etc.) or transient load steps only.) ANTYPE, TRANS KBC, 1 TIME, 0.1 DELTIM, 0.001 OUTRES, BASIC, ALL TIME命令設定總共分析時間是0.1 sec DELTIM命令指定△t是是0.001 sec，因此0.1/0.001=100，共有100個積分時間點 (time steps)，每個時間點有一組數值解，所以共有100組數值解 OUTRES命令指定儲存哪些數值解，每組只儲存哪些資料，這裡我們只儲存基本資料 (BASIC)，但是每一組數值解都要儲存(ALL)

  27. 二、動態分析 3-2. Solving the Analysis Model SOLVE命令為求解指令，當meshing越細，其運算花更多時間，且數值解組數越多也越花時間運算，所以可以藉著TIME命令與DELTIM命令來適時調整數值解組數，但TIME的時間足夠，以達到穩態 SOLVE命令之後Jobname.RST檔案已經儲存了100組數值解 FINISH命令跳出solution模組 SOLVE FINISH

  28. 二、動態分析 4. Postprocessing /POST1命令進入一般後處理模組 SET, LIST是去掃描Jobname.RST檔後，印出一份分析結果的摘要，一共有100組的資料組，每一組記載它的時間點、屬於哪一個load step的哪一個substep SET, LAST是去讀最後一組(第100組)資料組，讀取的資料組會存放在資料庫(Database)中 PLNSOL把方向的應力畫出來，因其達到穩態，故與靜力分析解果相同 /POST1 SET, LIST SET, LAST /VIEW,, 0, 0, 1 PLNSOL, S, X FINISH

  29. 二、動態分析 /POST26命令適用在同時處理所有資料組，一及結構上的某一固定點，結構反應隨時間的分佈行為，通常以X-Y plot的形式呈現 NSOL命令將N1節點上Y方向的變位值(U)，沿所有時間點全部讀出來(所以總共100個值)，儲存在編號2的變數中，並將此變數稱為UY PLVAR命令把編號2的變數值當縱軸畫出來 /POST26 NSOL, 2, N1, U, Y, UY PLVAR, 2

  30. TIME 100 UY UY 0.10000E-02 -0.256314E-01 0.20000E-02 -0.107620 0.30000E-02 -0.226232 0.40000E-02 -0.337457 0.50000E-02 -0.411627 0.60000E-02 -0.438076 0.70000E-02 -0.423145 0.80000E-02 -0.383245 0.90000E-02 -0.337296 0.10000E-01 -0.300408 0.11000E-01 -0.280668 0.12000E-01 -0.278797 0.13000E-01 -0.290125 0.14000E-01 -0.307498 0.15000E-01 -0.324103 0.16000E-01 -0.335335 0.17000E-01 -0.339502 0.18000E-01 -0.337453 0.19000E-01 -0.331602 0.20000E-01 -0.324760 TIME 100 UY UY 0.21000E-01 -0.319205 0.22000E-01 -0.316176 0.23000E-01 -0.315816 0.24000E-01 -0.317449 0.25000E-01 -0.320019 0.26000E-01 -0.322505 0.27000E-01 -0.324208 0.28000E-01 -0.324863 0.29000E-01 -0.324585 0.30000E-01 -0.323727 0.31000E-01 -0.322709 0.32000E-01 -0.321873 0.33000E-01 -0.321409 0.34000E-01 -0.321343 0.35000E-01 -0.321578 0.36000E-01 -0.321958 0.37000E-01 -0.322330 0.38000E-01 -0.322588 0.39000E-01 -0.322691 0.40000E-01 -0.322653 TIME 100 UY UY 0.41000E-01 -0.322528 0.42000E-01 -0.322376 0.43000E-01 -0.322250 0.44000E-01 -0.322179 0.45000E-01 -0.322168 0.46000E-01 -0.322201 0.47000E-01 -0.322258 0.48000E-01 -0.322313 0.49000E-01 -0.322352 0.50000E-01 -0.322368 0.51000E-01 -0.322363 0.52000E-01 -0.322345 0.53000E-01 -0.322322 0.54000E-01 -0.322303 0.55000E-01 -0.322293 0.56000E-01 -0.322291 0.57000E-01 -0.322295 0.58000E-01 -0.322304 0.59000E-01 -0.322312 0.60000E-01 -0.322318 TIME 100 UY UY 0.61000E-01 -0.322321 0.62000E-01 -0.322320 0.63000E-01 -0.322317 0.64000E-01 -0.322314 0.65000E-01 -0.322311 0.66000E-01 -0.322309 0.67000E-01 -0.322309 0.68000E-01 -0.322310 0.69000E-01 -0.322311 0.70000E-01 -0.322312 0.71000E-01 -0.322313 0.72000E-01 -0.322313 0.73000E-01 -0.322313 0.74000E-01 -0.322313 0.75000E-01 -0.322312 0.76000E-01 -0.322312 0.77000E-01 -0.322312 0.78000E-01 -0.322312 0.79000E-01 -0.322312 0.80000E-01 -0.322312 TIME 100 UY UY 0.81000E-01 -0.322312 0.82000E-01 -0.322312 0.83000E-01 -0.322312 0.84000E-01 -0.322312 0.85000E-01 -0.322312 0.86000E-01 -0.322312 0.87000E-01 -0.322312 0.88000E-01 -0.322312 0.89000E-01 -0.322312 0.90000E-01 -0.322312 0.91000E-01 -0.322312 0.92000E-01 -0.322312 0.93000E-01 -0.322312 0.94000E-01 -0.322312 0.95000E-01 -0.322312 0.96000E-01 -0.322312 0.97000E-01 -0.322312 0.98000E-01 -0.322312 0.99000E-01 -0.322312 0.10000 -0.322312 二、動態分析 PLVAR命令把編號2的變數以文字方式印出，得到如下，並可得到時間為0.006秒時，樑端N1的變位值是最大的(-0.438076mm) FINISH命令跳出/POST26模組 PRVAR, 2 FINISH

  31. 二、動態分析 回到/POST1模組，把0.006秒這組資料組讀出來，然後畫出X方向的應力，顯示最大應力為713.346 MPa，大約是靜態分析的1.36倍，也就是說衝擊係數是1.36 /POST1 SET,,,,, 0.006 PLNSOL, S, X

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