4.2 案例分析

上一节介绍了一般后处理的常用方法及步骤，下面通过一个简单的案例介绍后处理的操作方法。

4.2.1 问题描述

如图4-28所示为某铝合金模型，请使用ANSYS Workbench 2020分析作用在侧面的压力为11 000N时，中间圆杆的变形及应力分布。

4.2.2 建立分析项目

① 在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→“ANSYS 2020 R1”→“Workbench 2020 R1”命令，启动ANSYS Workbench 2020，进入主界面。

② 双击主界面“Toolbox”（工具箱）中的“Analysis Systems”→“Static Structural”（静态结构）命令，即可在“Project Schematic”（工程项目管理窗格）中创建分析项目A，如图4-29所示。

4.2.3 导入几何体

① 右击项目A中A3栏的“Geometry”，在弹出的快捷菜单中选择“Import Geometry”→“Browse”命令，如图4-30所示，此时会弹出“打开”对话框。

② 在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件“Part.stp”，如图4-31所示，此时A3栏的“Geometry”后的图标变为图标，表示实体模型已经存在。

③ 双击项目A中A2栏的“Geometry”，此时会进入DesignModeler界面，选择单位为“mm”，单击“OK”按钮，此时在模型树中的“Import1”前会显示图标，表示需要生成几何体，但图形窗口中没有图形显示，如图4-32所示。

④ 单击（生成）按钮，即可显示生成的几何体，如图4-33所示，此时可在几何体上进行其他操作，本例无须进行操作。

⑤ 单击DesignModeler界面右上角的（关闭）按钮，关闭DesignModeler平台，返回到Workbench 2020主界面。

4.2.4 添加材料库

① 双击项目A中A2栏的“Engineering Data”，进入如图4-34所示的材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。

② 在界面的空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择“Engineering Data Sources”（工程数据源）命令，此时的界面会变为如图4-35所示的界面。原界面中的“Outline of Schematic A2：Engineering Data”表消失，出现“Engineering Data Sources”及“Outline of General Materials”表。

③ 在“Engineering Data Sources”表中选择A4栏的“General Materials”，然后单击“Outline of General Materials”表中A4栏的“Aluminum Alloy”（铝合金）后的B4栏的（添加）按钮，此时在C4栏中会显示（使用中）图标，如图4-36所示，表示添加材料成功。

④ 同步骤2，在界面的空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择“Engineering Data Sources”（工程数据源）命令，返回到初始界面。

⑤ 根据实际工程材料的特性，在“Properties of Outline Row 4：Aluminum Alloy”表中可以修改材料的特性，如图4-37所示，本实例采用的是默认值。

⑥ 单击工具栏中的按钮，返回到Workbench 2020主界面，完成材料库的添加。

4.2.5 添加模型材料属性

① 双击项目A中A4栏的“Model”，进入如图4-38所示的Mechanical界面，在该界面下可以进行网格的划分、分析设置、结果观察等操作。

② 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Geometry”→“1”命令，即可在“Details of‘1’”（参数列表）面板中给模型添加材料，如图4-39所示。

③ 单击“Material”→“Assignment”栏后的按钮，会出现刚刚设置的材料“Aluminum Alloy”，选择该选项即可将其添加到模型中。如图4-40所示，表示材料已经添加成功。

4.2.6 划分网格

① 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Mesh”选项，此时可在“Details of‘Mesh’”（参数列表）面板中修改网格参数，本例在“Defaults”→“Element Size”栏中输入“1.e-003m”，其余选项采用默认设置，如图4-41所示。

② 右击“Outline”（分析树）中的“Mesh”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Generate Mesh”命令，最终的网格效果如图4-42所示。

4.2.7 施加载荷与约束

① 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Static Structural（A5）”命令，此时会出现如图4-43所示的“Environment”选项卡。

② 依次选择“Environment”选项卡中的“Structural”（结构）→“Fixed”（固定）命令，此时在分析树中会出现“Fixed Support”命令，如图4-44所示。

③ 选择“Fixed Support”命令，并选择需要施加固定约束的面，单击“Details of‘Fixed Support’”面板中“Geometry”栏的按钮，即可在选中的面上施加固定约束，如图4-45所示。

④ 同步骤2，选择“Environment”选项卡中的“Structural”（结构）→“Force”（力）命令，此时在分析树中会出现“Force”命令，如图4-46所示。

⑤ 选择“Force”命令，在“Details of‘Force’”面板中进行以下设置。

在“Geometry”栏中确保如图4-47所示的面被选中并单击按钮，此时在“Geometry”栏中显示“1 Face”，表明一个面已经被选中。

在“Define By”栏中选择“Components”。

在“X Component”栏中输入“10000N”，其他选项保持默认设置即可。

⑥ 右击“Outline”（分析树）中的“Static Structural（A5）”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Solve”命令，进行求解，如图4-48所示。

4.2.8 结果后处理

① 选择Mechanical界面左侧“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”命令，此时会出现如图4-49所示的“Solution”选项卡。

② 依次选择“Solution”选项卡中的“Results”（结果）→“Stress”（应力）→“Equivalent（von-Mises）”命令，此时在分析树中会出现“Equivalent Stress”（等效应力）命令，如图4-50所示。

③ 同步骤2，依次选择“Solution”选项卡中的“Results”（结果）→“Strain”（应变）→“Equivalent（von-Mises）”命令，如图4-51所示，此时在分析树中会出现“Equivalent Elastic Strain”（等效应变）命令。

④ 同步骤2，依次选择“Solution”选项卡中的“Results”（结果）→“Deformation”（变形）→“Total”命令，如图4-52所示，此时在分析树中会出现“Total Deformation”（总变形）命令。

⑤ 右击“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”命令，在弹出的快捷菜单中选择“Evaluate All Results”命令，如图4-53所示。

⑥ 选择“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”→“Equivalent Stress”命令，此时会出现如图4-54所示的应力分析云图。

⑦ 选择“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”→“Equivalent Elastic Strain”命令，此时会出现如图4-55所示的应变分析云图。

⑧ 选择“Outline”（分析树）中的“Solution（A6）”→“Total Deformation”命令，此时会出现如图4-56所示的总变形分析云图。

⑨ 选择“Result”（结果）选项卡中“Contours”命令下的命令，此时分别显示的应力、应变及总变形分析云图如图4-57～图4-59所示。

⑩ 选择“Result”（结果）选项卡中“Contours”命令下的命令，此时分别显示的应力、应变及总变形分析线图如图4-60～图4-62所示。

⑪ 选择“Solution（A6）”命令，单击按钮，选择“List Result Summary”选项，此时绘图窗格中会弹出如图4-63所示的后处理列表。

⑫ 选择“Available Solution Quantities”选项，此时绘图窗格中会显示如图4-64所示的后处理列表。

⑬ 右击“ENERGY”选项，在弹出的快捷菜单中选择“Create User Defined Result”命令，如图4-65所示。

⑭ 此时在“Outline”中出现“ENERGYPOTENTIAL”命令，右击该命令，在弹出的快捷菜单中选择“Evaluate All Results”命令，此时绘图窗格中会显示如图4-66所示的云图。

⑮ 选择“Solution（A6）”命令，选择“Solution”选项卡中的“User Defined Result”命令，此时会出现如图4-67所示的“Details of‘User Defined Result’”面板，在该面板的“Expression”栏中输入关系式“=Ux+Uy”进行计算，会显示如图4-68所示的自定义云图。

4.2.9 保存与退出

① 单击Mechanical界面右上角的（关闭）按钮，关闭Mechanical平台，返回到Workbench 2020主界面。

② 在Workbench 2020主界面中单击工具栏中的（保存）按钮，在“文件名”文本框中输入“Part.wbpj”，保存包含分析结果的文件。

③ 单击右上角的（关闭）按钮，退出Workbench 2020主界面，完成项目分析。