FEM-Praxis mit ANSYS®: Grundkurs

271 Pages·1993·7.366 MB·German

by  Thomas Fritscher, Wolf-Udo Zammert (auth.)

Thomas Fritscher
Wolf-Udo Zammert
FEM-Praxis mit ANSYS®
Grundkurs
__ Aus dem Programm ___________ _
Konstruktionspraxis
AutoCAD-Grundkurs
von H. G. Harnisch, J. Kretzschmer und Th. Wesseloh
AutoCAD-Aufbaukurs
von H. G. Harnisch und J. Neuberger
CAD mit AutoCAD
von E. Hering und U. Fallscheer
FEM-Praxis mit ANSYS@
Grundkurs
von Th. Fritscher und W.-U. Zammert
Programmierleitfaden AutoCAD
von E. Hering und U. Fallscheer
Praxisgerechtes Konstmieren mit AutoCAD
von K. Kollars, R. Bartonik und M. Kollars
Berechnen von Maschinenelementen
von H. G. Harnisch, D. Muhs und M. Berdelsmann
FEM. Grundlagen und Anwendungen der Finite
Elemente-Methode
vonB. Klein
----~eweg------------------~-
Thomas Fritscher
Wolf-Udo Zammert
FEM -Praxis mit
ANSYS®
Grundkurs
Mit 64 Bildem und 6 Tabellen
I I
Vleweg
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Frltscber, Thomas:
FEM-Praxis mit ANSYSGD: Grundkurs; mit 6 Tabellen I
Thomas Fritscher; Wolf-Udo Zammert. - Braunschweig;
Wiesbaden: Vieweg, 1993
(Studium Technik)
NE: Zammert, Wolf-Udo:
Das in diesem Buch enthaltene Programm-Material ist mit keiner Verpflichtung oder Garantie
irgendeiner Art verbunden. Die Autoren tlbemehmen infolgedessen keine Verantwortung und
werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung tlbernehmen, die auf irgendeine Art aus der
Benutzung dieses Programm-Materials oder Teilen davon entsteht.
Eine Trainingsversion von ANSYS Rev. 4.4 fUr PC mit Intel 80386180486-Prozessor, 640 kB Real
Memory min. 2 MB Extended Memory, 3,5" oder 5,25"-Diskettenlaufwerk, Microsoft-Mouse oder
100 % kompatibel, Maustreiber Vers. 6.11 oder hOher und EGA bzw. VGA-Grafikkarte kann von
Fa. CAD-FEM GmbH
Marktplatz 2
D-85567 GrafingIMtlnchen
gegen eine Schutzgebtlhr (nur Disketten, keine Dokumentation) bezogen werden. Bitte richten Sie
ihre Anfrage direkt an Fa. CAD-FEM GmbH.
Alle Rechte vorbehalten
e Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, BraunschweiglWiesbaden, 1993
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insbesondere fUr Vervielfliltigungen, Obersetzungen, Mikroverfllmungen
und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Umschlaggestaltung: Klaus Birk, Wiesbaden
Gedruckt auf sliurefreiem Papier
ISBN -13 :978-3-528-033 74-3 e-ISBN-13 :978-3-322-85605-0
DOl: 10.1007/978-3-322-85605-0
v
Vorwort
Vorwort
Diese vorliegende Beschreibung des Programmpaketes ANSYS in den Versionen 4.4, 4.4A
und ANSYS-ED entstand aus der Erfahrung, dafi beschriebene Befehle keineswegs automa
tisch eine richtige Anwendung zur Folge haben. Viele Befehle bleiben unbekannt, wenn man
sich nicht die Zeit zum Ausprobieren und Stobem in den Unterlagen nimmt, andere wieder
urn werden meist nur mit einem kleinen Teil ihrer Moglichkeiten ausgenutzt.
Diese Beschreibung solI Ihnen wichtige Befehle des riesigen Befehlssatzes nliherbringen und
ein Verstandnis fur deren Umgang vermitteln. Es kann und solI dabei das Handbuch nicht
ersetzen. Auch die eigene Erfahrung kann dieses Handbuch nicht ersetzen.
Mein Dank gilt Prof. Dr. W.-U. Zammert, der mir die Anregung gab, aus dem tiiglichen
Umgang mit ANSYS diesen Grundkurs zusammenzustellen und mit mir zusammen an
diesem Manuskript gearbeitet hat. Herro Prof. Dr. R. Mastel sind wir zu Dank verpflichtet,
der das gesamte erste Kapitel beigesteuert hat. Gedankt sei naturlich auch all denjenigen, die
uns auf vielfaItige Weise unterstutzt haben.
GiJppingen, im Mai 1993
VI
Inhaltsverzeichnis
Vorwort............................................................................................................. V
Inhaltsverzeichnis.............................. ....... .............. ............... .................... ...... VI
1 Einftihrung............... ... ....... .... ... .... .......... .... ... ......... ...... ... ... ...... ..... ... ....... 1
2 Die Theorie der finiten Elemente . ....... .......... ..... .................. ................ 3
2.1 Einfiihrung in die Theorie................................................................. 3
3 Einstieg in das Arbeiten mit ANSYS ... ....................................... ........ 15
3.1 Starten und Beenden von ANSYS..................................................... 15
3.2 USER Interface ................................................................................ 16
3.3 Hilfe-Modul...................................................................................... 17
3.3.1 Die Befehle HELP, GOTO und FIND .................................. 17
3.4 Beenden von ANSYS ....................................................................... 18
3.4.1 Der BefehllEOF................................................................... 18
3.5 ANSYS-Dateien ............................................................................... 19
3.6 Einheitenlose Eingabe....................................................................... 19
3.7 Obungen zu einheitenloser Eingabe ............... ...... ......... .............. ...... 20
3.7.1 Aufgabe ............................................................................... 20
4 Lineare Statische Berechnung .............................................................. 21
4.1 Darstellung eines Beispielfiles.......................................................... 21
5 Preprocessing.... ...................................... ... ... .......................................... 23
5.1 Aufruf des Preprozessors .................................................................. 23
5.1.1 Der BefehVPREP7............................................................... 23
5.2 Berechnungsarten ............................................................................ 24
5.2.1 Der Befehl KAN .. :................................................................ 24
5.3 Erzeugen eines Titels ........................................................................ 24
5.3.1 Der BefehVTITLE ................................................................ 24
Inhaltsverzeichnis VII
5.4 Elementbibliothek............................................................................. 25
5.4.1 Elementbibliothek ................................................................ 26
5.5 Elementauswahl................................................................................ 28
5.5.1 DerBefehlET...................................................................... 28
5.6 Elementoptionen............................................................................... 28
5.6.1 Der Befehl KEYOPT ............................................................ 28
5.7 Real-Konstanten............................................................................... 29
5.7.1 Die Befehle R. RMORE ....................................................... 29
5.8 Materialkonstanten ........................................................................... 30
5.8.1 Der BefehlMP..................................................................... 30
5.9 Dbungen zur Konstantendefinition ................................................... 31
5.9.1 Aufgabe ............................................................................... 31
6 Einstieg in das Arbeiten mit ANSYS ..... ............. ... ... ........................... 32
6.1 Modell und Wirklichkeit................................................................... 32
7 Knoten ...................................................................................................... 33
7.1 Einzelknoten generieren.................................................................... 33
7.l.1 Der Befehl N ....................................................................... 33
7.2 Knoten anzeigen ............................................................................... 34
7.2.1 Der Befehl NPLOT ............................................................. 34
7.3 Knotennummern einschalten............................................................. 35
7.3.1 DerBefehllPNUM............................................................... 35
7.4 Knotennummern auflisten................................................................. 35
7.4.1 Der Befehl NUST ............................................................... 35
7.5 Knoten auffiillen............................................................................... 37
7.5.1 DerBefehlFILL................................................................... 37
7.6 Knoten generieren............................................................................. 39
7.6.1 DerBefehlNGEN................................................................ 39
7.7 Knotenmuster spiegeln...................................................................... 41
7.7.1 Der Befehl SYMM................................................................ 41
7.8 Knotenmuster verzerren.................................................................... 42
7.8.1 DerBefehlNSCALE ............................................................ 42
7.9 Knoten loschen................................................................................. 43
7.9.1 Der Befehl NDELE .............................................................. 43
7.10 Dbungen zur Knotengenerierung .. ................................................... 44
7.10.1 Aufgabe .............................................................................. 44
7.10.2 Aufgabe ............................................................................... 44
7.10.3 Aufgabe ............................................................................... 44
7.10.4 Aufgabe ............................................................................... 45
VITI Inhaltsverzeichnis
8 Elemente................................................................................................... 46
8.1 Elemente erzeugen............................................................................ 46
8.1.1 Der Befehl E ........................................................................ 46
8.2 Elemente darstellen........................................................................... 48
8.2.1 Der Befehl EPLOT............................................................... 48
8.3 Elementnummem einschalten ........................................................... 48
8.3.1 Der BefehllPNUM .............................................................. 48
8.4 Elemente generieren ......................................................................... 49
8.4.1 DerBefehlEGEN................................................................ 49
8.5 Elemente duplizieren ....... ................................................................. 50
8.5.1 Der Befehl ESYM................................................................. 50
8.6 Elemente loschen.............................................................................. 51
8.6.1 Der Befehl EDELE .............................................................. 51
8.7 Elemente auflisten ............................................................................ 51
8.7.1 Der Befehl ELIST................................................................. 51
8.8 Elemente mit expliziter Numerierung................................................ 52
8.8.1 Die Befehle EN, ENGEN, ENSYM ...................................... 52
8.9 Obungen zur Elementgenerierung..................................................... 53
8.9.1 Aufgabe ............................................................................... 53
8.9.2 Aufgabe ............................................................................... 53
9 Koordinatensysteme ............................................................................... 54
9.1 Globale und lokale Koordinatensysteme ........................................... 54
9.2 Lokales System aus globalem System definieren............................... 55
9.2.1 Der Befehl LOCAL ............................................................. 55
9.3 Lokales System aus lokalem System defmieren................................. 56
9.3.1 DerBefehlCLOKAL............................................................ 56
9.4 Lokales System mit drei Knoten definieren....................................... 57
9.4.1 DerBefehlCS...................................................................... 57
9.5 Koordinatensystem aktivieren........................................................... 57
9.5.1 DerBefehlCSYS .................................................................. 57
9.6 Koordinatensysteme auflisten ........................................................... 58
9.6.1 DerBefehlCSUST.............................................................. 58
9.7 Koordinatensysteme loschen............................................................. 58
9.7.1 DerBefehlCSDELE............................................................ 58
9.8 Koordinatensystem anzeigen............................................................. 59
9.8.1 Der BefehllPSYMB .............................................................. 59
9.9 Schnittknoten berechnen................................................................... 60
9.9.1 Der BefehlMOVE................................................................ 60
9.10 Knotenkoordinatensysteme ............................................................ ... 63
9.10.1 Der Befehl NROTAT............................................................ 64
9.10.2 Der Befehl NMODIF ........................................................... 65
9.11 Elementkoordinatensysteme............. ... .............................................. 65
Inhaltsverzeichnis IX
9.12 Ubungen zum Umgang mit Koordinatensystemen............................. 66
9.12.1 Aufgabe ............................................................................... 66
9.12.2 Aufgabe ............................................................................... 66
10 Gruppenbiidungen/Selecting Capabilities........................................... 67
10.1 Knotenselektion................................................................................ 67
10.2 Knoten selektieren. ........................................................................... 68
10.2.1 DerBefehlNSEL ................................................................. 68
10.3 Knoten aus selektierter Menge wahlen.............................................. 69
10.3.1 Der Befehl NRSEL.......................................... ..................... 69
10.4 Selektierte Menge erweitem.............................................................. 69
10.4.1 DerBefehlNASEL............................................................... 69
10.5 Selektierte Menge verkleinem .............. ............................................ 70
10.5.1 DerBefehlNUSEL............................................................... 70
10.6 Selektierte und passive Menge vertauschen....................................... 70
10.6.1 Der Befehl NINV.................................................................. 70
10.7 Alle Knoten aktivieren...................................................................... 70
10.7.1 Der Befehl NALL ................................................................. 70
10.8 Elementselektion .............................................................................. 70
10.9 Elemente selektieren......................................................................... 71
10.9.1 Der Befehl ESEL.................................................................. 71
10.10 Elemente auswahlen zu selektierten Knoten...................................... 71
10.10.1 Der Befehl ENODE.............................................................. 71
10.11 Ubungen zur GruppenbildunglSelektion ........................................... 73
10.11.1 Aufgabe............................................................................... 73
11 Last-und Lagerbedingungen ........... ..................................................... 74
11.1 Lagerbedingungen ............................................................................ 74
11.2 Lagerbedingungen defmieren............................................................ 74
11.2.1 DerBefehlD........................................................................ 74
11.3 Lagerungsbedingungen anzeigen....................................................... 75
11.3.1 Der BefehllPBC ................................................................... 75
11.4 Auflisten der Lagerbedingungen ....................................................... 75
11.4.1 DerBefehIDUST................................................................ 75
11.5 Lagerbedingungen loschen................................................................ 76
11.5.1 Der Befehl DDELE ................................................................ 76
11.6 Angreifende Kriifte und Momente..................................................... 76
11.6.1 Der Befehl F............................................. ........................... 76
11.7 Kriifte anzeigen, auflisten und loschen.............................................. 77
11.7.1 Die BefehlelPBC, FUSTundFDELE.................................. 77
11.8 Drticke, Pressungen auf Elemente..................................................... 77
11.8.1 Die Befehle EP, PSF............................................................ 77
11.9 Beschleunigungen............................................................................. 80
11.9.1 Der BefehlACEL................................................................. 80
x
Inhaltsverzeichnis
11.10 Symmetriebedingungen..................................................................... 80
11.10.1 Der Befehl SYMBC .. ....... ....... ... ... ...... ... ............ ... ... ... ..... ..... 80
11.11 Ubungen zu Lager-und Lastbedingungen......................................... 82
11.1l.1 Aufgabe ............................................................................... 82
12 Abschlu8 des Preprocessing.................................................................. 83
12.1 Speichem der Geometrie und Randbedingungen ... ........ ... ... ... ........ ... 83
12.1.1 Die Befehle AFWRITE, SA VE und CHECK ... ... ........ ...... ..... 83
12.2 Ubung zum AbschluB des Preprocessing.. ...... ... ... ... ......... ... ... ..... ...... 84
12.2.1 Aufgabe. ... ... .... .... .... ... ... .... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..... ... ........ 84
13 Solid Modeling......................................................................................... 86
13.1 Allgemeines ..................................................................................... 86
13.2 Vergleich: Direktes Generieren -Solid Modeling ............................. 86
13.3 Selektieren im Solid Modeling.......................................................... 89
13.4 PunktelKeypoints.............................................................................. 90
13.4.1 DerBefehlK........................................................................ 90
13.5 Punkte aufflillen................................................................................ 91
13.5.1 Der Befehl KFILL ............................................................... 91
13.6 Punktmuster erzeugen....................................................................... 93
13.6.1 DerBefehlKGEN................................................................ 93
13.7 Punktmuster spiegeln........................................................................ 94
13.7.1 Der Befehl KSYMM ............................................................. 94
13.8 Punkte in anderes Koordinatensystem transformieren ....................... 96
13.8.1 Der Befehl KTRAN .............................................................. 96
13.9 Verzerren von Punktmustem............................................................. 97
13.9.1 Der Befehl KSCALE ............................................................ 97
13.10 Existierende Punkte verandem.......................................................... 98
13.10.1 Der Befehl KMODIF ........................................................... 98
13.11 Punkte loschen. .... ... ... .... .... ... .... .... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ...... ........ .... 99
13 .11.1 Der Befehl KDELE .............................................................. 99
13.12 Punkte darstellen und auflisten ......................................................... 99
13.12.1 Die Befehle KPLOTundKLIST........................................... 99
13.13 Punktnumerierung einschalten .......................................................... 100
13.13.1 Der BefehllP NUM ............................................................... 100
14 Linien........................................................................................................ 101
14.1 Linien erzeugen ................................................................................ 101
14.1.1 Der Befehl L ........................................................................ 101
14.2 Verschiedene Linienbefehle.............................................................. 102
14.2.1 Die Befehle LGEN, LSYMM, LTRAN, LMODIF .................. 102
14.3 Linien unterteilen.............................................................................. 102
14.3.1 Der Befehl LDIV. ................................................................. 102
14.4 Linien verbinden............................................................................... 103
14.4.1 Der Befehl LCOMB ............................................................. 103