11.2.2 建立模型
建立模型包括设定分析作业名和标题；定义单元类型和实常数；定义材料属性；建立几何模型；划分有限元网格。
1.设定分析作业名和标题
在进行一个新的有限元分析时，通常需要修改数据库名，并在图形输出窗口中定义一个标题来说明当前进行的工作内容。另外，对于不同的分析范畴（结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析等），ANSYS所用的主菜单的内容不尽相同，为此，需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便ANSYS显示出与其相对应的菜单选项。
1）执行菜单栏中的Utility Menu＞File＞Change Jobname命令，将打开Change Jobname对话框，如图11-3所示。
2）在Enter new jobname文本框中输入cantilever，为本分析实例的数据库文件名。
3）单击OK按钮，完成文件名的修改。
4）执行菜单栏中的Utility Menu＞File＞Change Title命令，将打开Change Title对话框，如图11-4所示。
图11-3 Change Jobname对话框
图11-4 Change Title对话框
5）在Enter new title文本框中输入harmonic response of a cantilever，为本分析实例的标题名。
6）单击OK按钮，完成对标题名的指定。
7）执行菜单栏中的Utility Menu＞Plot＞Replot命令，指定的标题harmonic response of a cantilever将显示在图形窗口的左下角。
8）执行主菜单中的Main Menu＞Preference命令，将打开菜单过滤参数选择对话框，勾选Structural复选框，单击OK按钮确定。
2.定义单元类型
在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题精度要求等，选定适合具体分析的单元类型。本例中选用二节点线单元Link 180。
1）执行主菜单中的Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，将打开Element Types对话框。
2）单击Add按钮，将打开Library of Element Types对话框，如图11-5所示。
图11-5 Library of Element Types对话框
3）在左边的列表框中选择Link选项，选择线单元类型。
4）在右边的列表框中选择3D finit stn 180选项，选择二节点线单元Link 180。
5）单击OK按钮，添加Link 180单元，并关闭Element Types对话框，同时返回到第1）步打开的Element Types对话框，如图11-6所示。
6）单击Close按钮，关闭Element Types对话框，结束单元类型的添加。
3.定义实常数
本实例中选用线单元Link 180，需要设置其实常数。
1）执行主菜单中的Main Menu＞Preprocessor＞Real Constants＞Add/Edit/Delete命令，打开图11-7所示的Real Constants对话框。
2）单击Add按钮，打开图11-8所示的Element Type for Real Constants对话框，要求选择欲定义实常数的单元类型。
图11-6 Element Types 对话框
图11-7 Real Constants 对话框
图11-8 Element Type for Real Constants对话框
3）本例中定义了一种单元类型，在已定义的单元类型列表中选择Type 1 Link 180选项，将为复合单元Link 180类型定义实常数。
4）单击OK按钮确定，关闭选择单元类型对话框，打开该单元类型Real Constant SetNumber1，for LINK 180对话框，如图11-9所示。
5）在Real Constant Set No. 文本框中输入1，设置第一组实常数，如图11-10所示。
图11-9 Real Constant Set Number1， for LINK 180对话框
图11-10 Real Constants对话框
6）在AREA文本框中输入1.8e-9。
7）单击OK按钮，关闭Real Constant Set Number 1，for LINK 180对话框，返回到实常数设置对话框，显示已经定义了的四组实常数。
8）单击Close按钮，关闭Real Constants对话框。
4.定义材料属性
考虑谐响应分析中必须定义材料的弹性模量和密度。具体步骤如下。
1）执行主菜单中的Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Materia Model命令，将打开Define Material Model Behavior对话框，如图11-11所示。
图11-11 Define Material Model Behavior对话框
2）依次单击列表框中的Structural＞Linear＞Elastic＞Isotropic选项，展开材料属性的树形结构。将打开Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框，在此设置1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY，如图11-12所示。
3）在对话框的EX文本框中输入弹性模量7e6，在PRXY文本框中输入泊松比0.33。
4）单击OK按钮，关闭对话框，并返回到Define Material Model Behavior对话框，在此窗口的左边一栏出现刚刚定义的参考号为1的材料属性。
5）依次单击列表框中的Structural＞Density选项，打开Density for Material Number 1对话框，如图11-13所示。
图11-12 Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框
图11-13 Density for Material Number 1对话框
6）在DENS文本框中输入密度数值2.8e3。
7）单击OK按钮，关闭对话框，并返回到Define Matorial Model Behavior对话框，在此窗口的左边一栏参考号为1的材料属性下方出现密度项。
8）在Define Matorial Model Behavior对话框中，从菜单选择Material＞Exit命令，或者单击右上角的“关闭”按钮，退出Define Matorial Model Behavior对话框，完成对材料模型属性的定义。
5.建立弹簧、质量、阻尼振动系统模型
（1）定义1和11两个节点
1）执行主菜单中的Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Nodes＞In Active CS…命令，弹出Create Nodes in Active Coordinate System对话框。
2）在Node number文本框中输入1，单击Apply按钮，如图11-14所示。
3）在Node number文本框中输入11，在X中输入0.6，单击OK按钮。
（2）定义其他节点2～10
1）执行主菜单中的Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Nodes＞Fill between nds…命令，弹出Fill between Nds对话框。
2）在文本框中输入“1，11”，单击OK按钮，如图11-15所示。
图11-14 Create Nodes in Active Coordinate System对话框
图11-15 Fill between Nds对话框
3）在打开的Create Nodes Between 2 Nodes对话框中，单击OK按钮，如图11-16所示。所得结果如图11-17所示。
图11-16 Create Nodes Between 2 Nodes对话框
图11-17 创建的结点
（3）定义一个单元
1）执行主菜单中的Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Elements＞Auto Num-bered＞Thru Nodes…命令，弹出Elements from Nodes拾取对话框。
2）在文本框中输入“1，2”，用节点1和节点2创建一个单元，单击OK按钮，如图11-18所示。
（4）创建其他单元
1）执行主菜单中的Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Copy＞Elements＞Auto Num-bered…命令，弹出Copy Elems Auto-Num拾取对话框。
2）在文本框中输入1，选择第一个单元，单击OK按钮，如图11-19所示。
图11-18 Elements from Nodes拾取对话框
图11-19Copy Elems Auto-Num对话框(https://www.daowen.com)
3）在打开的Copy Elements（Automatically-Numbered）对话框中，在Total number of copies文本框中输入10，在Node number increment文本框中输入1，单击OK按钮，如图11-20所示。
（5）执行主菜单中的Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displace-ment＞On Nodes命令，打开Apply U，ROT on Nodes拾取对话框，要求选择欲施加位移约束的节点。
（6）在文本框中输入1，单击OK按钮，如图11-21所示。
图11-20 Copy Elements（Automatically-Numbered）对话框
图11-21 Apply U，ROT on Nodes拾取对话框
（7）打开Apply U，ROT on Nodes对话框，在DOFS to beconstrained下拉列表框中，选择All DOF（单击一次使其高亮度显示，确保其他选项未被高亮度显示）选项。单击Apply按钮，如图11-22所示。
（8）在节点选择对话框中，选择“Min，Max，inc”方式，在文本框中输入“2，11，1”，单击OK按钮。
（9）打开Apply U，ROT on Nodes对话框，在DOFS to be constrained下拉列表框中，选择UY（单击一次使其高亮度显示，确保其他选项未被高亮度显示）选项，单击OK按钮。
（10）执行主菜单中的Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structure＞Force/Mo-ment＞On Nodes命令，打开Apply F/M on Nodes拾取对话框。
（11）在文本框中输入11，单击OK按钮，如图11-23所示。
图11-22 Apply U，ROT on Nodes对话框
图11-23 Apply F/M on Nodes拾取对话框
（12）在Direction of force/mom下拉列表框中选择FX选项，在Force/moment value文本框中输入84，单击OK按钮，如图11-24所示。
（13）施加载荷后的结果如图11-25所示。
图11-24 Apply F/M on Nodes对话框
图11-25 加载后的结果
（14）执行主菜单中的Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol＇n Controls命令，弹出So-lution Controls对话框。
（15）在Basic选项卡中激活“Calculate prestress effects”复选框，使求解过程包含预应力，如图11-26所示。单击OK按钮，关闭对话框。
（16）执行主菜单中的Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Output Ctrls＞Solu Printout命令。
（17）打开Solution Printout Controls对话框，在Item for printout control下拉列表框中选择Basic quantities选项，在Print frequency中选择Every Nth substp单选按钮，在Value of N文本框中输入1，单击OK按钮，如图11-27所示。
图11-26 Solution Controls对话框
图11-27 Solution Printout Controls对话框
（18）执行主菜单中的Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS命令，打开一个确认对话框和状态列表，如图11-28所示，要求查看列出的求解选项。
（19）查看列表中的信息确认无误后，单击OK按钮，开始求解。
（20）求解完成后打开如图11-29所示的提示求解结束对话框。
图11-28 Solve Current Load Step对话框
图11-29 提示求解结束对话框
（21）单击Close按钮，关闭提示求解结束对话框。
（22）执行主菜单中的Main Menu＞Finish命令。
（23）执行主菜单中的Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis命令，打开New Analysis对话框，进行模态分析设置，在Type of analysis中选择“Modal”单选按钮，单击OK按钮，如图11-30所示。
（24）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Analysis Type＞Analysis Options命令，打开Modal Analysis对话框，要求进行模态分析设置，选择Block Lanczos单选按钮，在No. of nodes to extract文本框中输入6，将Expand mode shapes设置为Yes，在No. of nodes to expand文本框中输入6，单击OK按钮，如图11-31所示。
图11-30 New Analysis对话框
图11-31 Modal Analysis对话框
（25）在Block Lanczos Method对话框的Start Freq文本框中输入0，在End Frequency文本框中输入100000，单击OK按钮，如图11-32所示。
（26）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Define Loads＞Delete＞Structural＞Displace-ment＞on Nodes命令，弹出Delete Node Constraints拾取对话框，要求选择欲施加位移约束的节点，在文本框中输入11，选择11号节点，单击OK按钮，如图11-33所示。
图11-32 Block Lanczos Method对话框
图11-33 Delete Node Constraints拾取对话框
（27）打开Delete Node Constraints拾取对话框，在下拉列表框中选择UY选项，单击OK按钮，如图11-34所示。
（28）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Solve＞Current LS命令，打开一个确认对话框和状态列表，要求查看列出的求解选项。
（29）查看列表中的信息确认无误后，单击OK按钮，开始求解。
（30）求解完成后打开提示求解结束对话框。
（31）单击Close按钮，关闭提示求解结束对话框。
（32）执行主菜单中的Main Menu：Finish命令。
（33）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Analysis Type＞New Analysis命令，打开New Analysis对话框，进行模态分析设置，在Type of analysis中选择Harmonic单选按钮，单击OK按钮，如图11-35所示。
图11-34 Delete Node Constraints对话框
图11-35 New Analysis对话框
（34）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Analysis Type＞Analysis Options命令，打开Harmonic Analysis对话框，要求进行谐响应分析设置，在Solution method下拉列表中选择Mode Superpos′n选项，在DOF printout format下拉列表中选择Amplitud+phase选项，单击OK按钮，如图11-36所示。
（35）系统弹出Mode Sap Harmonic Analysis对话框，在Maximum node number文本框中输入6，单击OK按钮，如图11-37所示。
（36）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Define Loads＞Delete＞Structure＞Force/Mo-ment＞On Nodes命令。打开Delete F/M on Nodes拾取对话框。
图11-36 Harmonic Analysis对话框
图11-37 Mode Sup Harmonic Analysis对话框
（37）在文本框中输入11，单击OK按钮，如图11-38所示。
（38）打开Delete F/M on Nodes对话框，在下拉列表框中选择FX选项，单击OK按钮，如图11-39所示。
（39）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Force/Moment＞On Nodes命令。打开施加节点力拾取对话框。
（40）在文本框中输入10，单击OK按钮。
（41）在Direction of force/mom下拉列表框中选择FY选项，在Force/moment value文本框中输入-1，单击OK按钮。
（42）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Load Step Opts＞Time/Frequenc＞Freq and Substps命令。
（43）在Harmonic Frequency and Substep Options对话框中的Har-monic freq range文本框中输入0和2000，在Number of substeps文本框中输入250，在Stepped or ramped b.c.中选择Stepped单选按钮，单击OK按钮，如图11-40所示。
（44）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Load Step Opts＞Output Ctrls＞DB/Results Files命令，打开Controls for Database and Results File Writing对话框，在Item to be controlled下拉列表框中选择All items选项，在File write frequency中选择Every substep单选按钮，单击OK按钮，如图11-41所示。
图11-38 Delet F/M on Nodes拾取对话框
图11-39 Delete F/M on Nodes对话框
图11-40 Harmonic Frequency and Substep Options对话框
图11-41 Controls for Data base and Results File Writing对话框
（45）执行主菜单中的Main Menu：Solution＞Solve＞Current LS命令，打开一个确认对话框和状态列表，要求查看列出的求解选项。
（46）查看列表中的信息确认无误后，单击OK按钮，开始求解。
（47）求解完成后打开提示求解结束对话框。单击Close按钮，关闭提示求解结束对话框。
（48）执行主菜单中的Main Menu：Finish命令。
