1.4 ANSYS Workbench入门实例—悬臂梁
1.4.1 问题描述及解析解
图1-23所示为一钢制圆截面悬臂梁，分析其在集中力P作用下自由端的变形。已知圆截面直径D=50mm，梁的长度L=1m，集中力P=1000N。钢的弹性模量E=2×1011N/m2，泊松比μ=0.3。
图1-23 悬臂梁
根据材料力学的知识，梁横截面对X轴惯性矩
该梁自由端的挠度为
该梁固定端有最大弯曲应力为
1.4.2 分析步骤
步骤1：在Windows“开始”菜单执行ANSYS→Workbench，启动Workbench。
步骤2：创建项目A，进行结构静力学分析，如图1-24所示。
步骤3：双击图1-24所示A2格的“Engineering Data”项，启动Engineering Data。将Workbench材料库中的材料Structural Steel（结构钢）添加到当前项目中，如图1-25所示。
图1-24 创建项目
图1-25 添加材料到项目
步骤4：创建几何模型。
（1）用鼠标右键单击图1-24所示A3格的“Geometry”项，在弹出的快捷菜单中拾取“New DesignModeler Geometry”项，启动DesignModeler创建几何实体。
（2）拾取下拉菜单Units→Millimeter，选择长度单位为mm。
（3）创建圆心在坐标系原点、直径为50mm的圆，并标注尺寸，如图1-26所示。
图1-26 创建圆
（4）拉伸圆成圆柱体，长度为1000mm，拉伸特征如图1-27所示。创建几何实体完毕，退出DesignModeler。
图1-27 拉伸特征
步骤5：建立有限元模型，施加载荷和约束，求解，查看结果。
（1）因上格数据（A3格Geometry）发生变化，需要对A4格数据进行刷新，如图1-28所示。
（2）双击图1-28所示A4格的“Model”项，启动Mechanical。
（3）选择分析单位制为公制单位制，如图1-29所示。如果已指定，则直接进入下一步。
（4）将添加到项目中的材料Structural Steel分配给几何体即圆柱体，如图1-30所示。
图1-28 刷新数据
图1-29 指定单位制
图1-30 分配材料
（5）划分单元，如图1-31所示。
说明：a.参数Relevance用于控制网格的精细度。值为-100时网格最粗糙，值为100时网格最精细。
b.图1-31所示步骤（3）输入的单元尺寸Element Size为全局尺寸控制，用于设置整个几何体的单元尺寸。
图1-31 划分单元
（6）在悬臂梁的端部施加力载荷，大小为1000N，如图1-32所示。
（7）在悬臂梁的另一端部施加固定约束，限制该面沿X、Y、Z方向移动，如图1-33所示。
（8）指定Y方向变形和等效应力等计算结果，如图1-34所示。在Mechanical中，欲输出的计算结果通常是在求解前指定的。
（9）单击“Solve”按钮，求解。
（10）在提纲树（Outline）上选择结果类型，进行结果查看，Y方向变形如图1-35所示，等效应力如图1-36所示。
图1-32 施加力载荷
图1-33 施加固定约束
图1-34 指定计算结果
图1-35 Y方向变形
图1-36 等效应力
从图1-35可见，梁的最大挠度为5.4224×10-3m，发生在悬臂端。从图1-36可见，最大等效应力为81.667MPa，发生在固定端。计算结果与理论结果一致。
（11）退出Mechanical。
步骤6：在ANSYS Workbench界面保存项目。
[本例小结] 通过本例初步了解了ANSYS Workbench的界面、使用方法和特点，初步了解了ANSYS Workbench求解问题的基本步骤。