有限元分析上机报告.docx

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有限元分析上机报告

有限元分析基础结课报告

任课教师：

聂志峰

学生姓名：

XXX

学号：

XXXXXXXXXXXX

班级：

XXXXXXXXXXXX

习题1：

选用Plane82单元分析如图1所描述的水坝受力情况，设坝体材料的平均密度为2g/cm3，考虑自重影响，材料弹性模量为E=700Mpa,泊松比为0.3。

按水坝设计规范，在坝体底部不能出现拉应力。

分析坝底的受力情况，是否符合要求。

解：

（1）思路：

建模和分析过程参考上机指南中的Project2。

（2）建模和分析：

从已知条件知，此计算类型为Structural力学类型；由于考虑自重的影响，故需设定密度和施加重力载荷；单元类型选择SolidQuad4node42；定义材料参数为EX:

2.1e11,PRXY:

0.3（根据已知条件）；生成几何模型利用点生成面方式；网格划分参照Project2；模型施加约束，坝体的底部施加x和y的约束，其余部位不施加约束，载荷在坝体的右端施加水的压力载荷，施加方式9800*{4-{y}};最后分析计算，查看应力图和变形图结果，保存数据。

图1水坝截面图

（3）ANSYS软件分析过程：

1.1进入ANSYS

程序→AnsysED10.0→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

dam→Run

1.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

1.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

PlaneStrain→OK→Close（theElementTypewindow）

1.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK

ANSYSMainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Density→Dens:

2000

1.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0,0,0）,2（4,0,0）,3（2,4,0）,4（0.,5,0）→OK

✓生成坝体截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1（0,0,0）,2（4,0,0）,3（2,4,0）,4（0.,5,0）→OK

1.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:

Set→依次拾取两条横边:

OK→inputNDIV:

15→Apply→依次拾取两条纵边:

OK→inputNDIV:

20→OK→（backtothemeshtoolwindow）Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

1.7模型施加约束

✓分别给下底边施加x和y方向的约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines（拾取坝体的下底边）→OK→selectLab2:

UX,UY→OK

✓给竖直边施加x方向的分布载荷

ANSYS命令菜单栏:

Parameters→Functions→Define/Edit→1）在下方的下拉列表框内选择x,作为设置的变量；2）在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：

9800*{4-{y}}；3）File>Save（文件扩展名：

func）→返回：

Parameters→Functions→Readfromfile：

将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK→ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取斜边；OK→在下拉列表框中，选择：

Existingtable→OK→选择需要的载荷参数名→OK

施加重力载荷ANSYSMainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Gravity→ACELY:

9.8→OK

1.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

1.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution,UX,UY,Def+Undeformed,Stress,SX,SY,SZ,Def+Undeformed→OK

1.10退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit…→SaveEverything→OK

（4）结果分析：

从应力图可以看出，无论是在X和Y方向的应力值都是负值，在其方向是受压应力的作用（无拉应力的作用）。

（5）变形图和应力图：

图2变形图（无网格）

图3X方向的应力分布图

图4Y方向的应力分布图

图5XYShear方向的应力分布图

习题2、如图2所示的短圆筒，内半径为0.3m，外半径为0.5m，高度为1m。

假定圆筒内、外壁温度均为200℃，上端面温度为300℃,下端面绝热，导热系数为40w/mc°，计算圆筒的温度场分布。

解：

（1）思路：

建模和分析过程参考上机指南中的Project4。

（2）建模和分析：

从已知条件知，此计算类型为Thermal力学类型；单元类型选择ThermalSolidQuad4node55；定义材料参数为KXX:

7.5；生成几何模型利用点生成面方式；网格划分参照Project4；模型施加约束，分别给两条内外直边施加约束，Value:

200，上端面的约束设置为300;最后分析计算，查看应力图和变形图结果，保存数据。

图6受温度载荷的圆筒示意图

（3）ANSYS软件分析过程：

2.1进入ANSYS

程序→AnsysED10.0→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

cylinder→Run

2.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences…→selectThermal→OK

2.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectThermalSolidQuad4node55→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

Axisymmetric→OK→Close（theElementTypewindow）

2.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Thermal→Conductivity→Isotropic→inputKXX:

7.5→OK

2.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0.5,1）,4（0.3,1）→OK

✓生成圆柱体截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0.5,1）,4（0.3,1）→OK

2.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:

Set→拾取两条水平边:

OK→inputNDIV:

5→Apply→拾取两条竖直边:

OK→inputNDIV:

15→OK→（backtothemeshtoolwindow）Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

2.7模型施加约束

✓分别给两条直边施加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Thermal→Temperature→OnLines→拾取左边,Value:

200→Apply（backtothewindowofapplytemponlines）→拾取右边，Value：

200→拾取顶边，Value:

300→OK

2.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

2.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution,TemperatureTEMP→OK

（4）热应力图：

图7热应力DOFSOLUTION图

图8热应力的变化幅度图（ThermalgradientX方向）

图9热应力的变化幅度图（ThermalgradientY方向）

图10热应力的变化总幅度图（Thermalgradientvector方向）

习题3、矩形截面超静定粱的受力与约束情况如图13（a）所示，截面如图13（b）所示，b=20mm,h=80mm材料的弹性模量为

，泊松比为0.3。

集中力P=1000N，分布载荷q=200N/m。

求粱的支反力、最大位移及最大位移出现的位置。

解：

（1）思路：

建模和分析过程参考上机指南中的Project7。

（2）建模和分析：

从已知条件知，此计算类型为Structural力学类型；单元类型选择Beamtapered44；定义材料参数为EX:

2.1e11,PRXY:

0.3（根据已知条件）；生成几何模型利用点生成面方式；网格划分参照Project6，动态点有5个点，连接四个点1（0,0，0）,2（0.5,0）,3（1，0,0）,4（2,0,0），5（0,0,1）；模型施加约束，1点施加全约束，3和4点施加Y方向的约束，梁13施加集中力，梁34施加分布力；最后分析计算，查看应力图和变形图结果，保存数据。

图13（a）超静定粱的受力与约束

图13（b）粱的截面

（3）ANSYS软件分析过程：

3.1进入ANSYS

程序→AnsysED10.0→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

staticallyindeterminatebeam→Run

3.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

3.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectBeamtapered44→OK（backtoElementTypeswindow）→Close（theElementTypewindow）

3.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK

3.5定义截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Sections→Beam→CommonSectns→定义矩形截面:

ID=1,B=0.02,H=0.08→OK

3.6生成几何模型

（4）生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入三个点的坐标：

input:

1（0,0,0）,2（0.5,0,0）,3（1,0,0）,4（2,0,0）,5（0,0,1）→OK

（5）生成梁

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Lines→lines→Straightlines→依次连接四个特征点，1（0,0,0）,2（0.5,0,0）,3（1,0,0）,4（2,0,0）→OK

（6）显示梁体

ANSYS命令菜单栏：

PlotCtrls>Style>SizeandStyle→/ESHAPE→On→OK

3.7网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→Pickedlines→OK→拾取:

SECT:

1；PickOrientationKeypoint（s）:

YES→拾取：

4#特征点（0,0,1）→OK→MeshTool→（SizeControls）lines:

Set→Pick梁12（inPickingMenu）→inputNDIV:

4→Pick梁23（inPickingMenu）→inputNDIV:

4→Pick梁34（inPickingMenu）→inputNDIV:

8→OK（backtoMeshToolwindow）→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

3.8模型施加约束

（7）分别给1,3,4三个特征点加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnKeypoints→拾取1,3,4keypoints→OK→selectAllDOF→OK

（8）施加y方向的载荷

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→Pick梁34→LKEY:

2,VALI:

200→OK

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypionts→拾取2点→输入-1000（在FY方向）→OK

3.9分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

3.10结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu→select:

DOFsolution,UY,Def+Undeformed,Rotation,ROTZ,Def+Undeformed→OK

3.11退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit→SaveEverything→OK

（4）结果分析：

从变形图应力图可以看出，最大位移出现在Y方向的梁13的中间位置，变形值为-0.46733E-3m,支反力（Y方向）0支点为500.00N，3支点为600.00N，4支点为100.00N。

（5）变形图和应力图：

图14变形图（PlotDeformedShape）

图15变形计算图Y方向（DOFsolutionY）

图16变形计算图矢量合成方向（DOFsolutionvector）

图17应力计算图Y方向（StressY）

（6）节点计算列表：

NODEUY

10.0000

2-0.46733E-03

3-0.73235E-04

4-0.23366E-03

5-0.39409E-03

100.0000

11-0.39409E-03

12-0.23366E-03

13-0.73235E-04

180.0000

19-0.90015E-05

20-0.26330E-04

21-0.41087E-04

22-0.46733E-04

23-0.41087E-04

24-0.26330E-04

25-0.90015E-05

MAXIMUMABSOLUTEVALUES

NODE2

VALUE-0.46733E-03

（7）支点力计算列表：

THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSARE

INTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM

NODEFY

1500.00

10600.00

18100.00

TOTALVALUES

VALUE1200.0