有限元期末考试总复习.docx

有限元期末考试总复习.docx

《有限元期末考试总复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有限元期末考试总复习.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

有限元期末考试总复习

一、命令流

举例：

有一长为100mm的矩形截面梁，截面为10X1mm，与一规格为20mmX7mmX10mm的实体连接，约束实体的端面，在梁端施加大小为3N的y方向的压力，梁与实体都为一材料，弹性模量为30Gpa，泊松比为0.3。

本例主要讲解梁与实体连接处如何利用耦合及约束方程进行处理。

命令流如下：

FINI

/CLE

/FILNAME,BEAM_AND_SOLID_ELEMENTS_CONNECTION!

定义工作文件名

/TITLE,COUPLE_AND_CONSTRAINT_EQUATION   !

定义工作名

/PREP7!

进入前处理

ET,1,SOLID95       !

定义实体单元类型为SOLID95

ET,2,BEAM4       !

定义梁单元类型为BEAM4

MP,EX,1,3E4       !

定义材料的弹性模量

MP,PRXY,1,0.3       !

定义泊松比

R,1         !

定义实体单元实常数

R,2,10.0,10/12.0,1000/12.0,10.0,1.0  !

定义梁单元实常数

BLC4,,,20,7,10       !

创建矩形块为实体模型

WPOFFS,0,3.5       !

将工作平面向Y方向移动3.5

WPROTA,0,90        !

将工作平面绕X轴旋转90度

VSBW,ALL        !

将实体沿工作平面剖开

WPOFFS,0,5        !

将工作平面向Y方向移动5  

WPROTA,0,90        !

将工作平面绕X轴旋转90度

VSBW,ALL       !

将实体沿工作平面剖开

WPCSYS,-1       !

将工作平面设为与总体笛卡儿坐标一致

K,100,20,3.5,5      !

创建关键点

K,101,120,3.5,5      !

创建关键点

L,100,101        !

连接关键点生成梁的线实体

LSEL,S,LOC,X,21,130     !

选择梁线

LATT,1,2,2       !

指定梁的单元属性

LESIZE,ALL,,,10      !

指定梁上的单元份数

LMESH,ALL       !

划分梁单元

VSEL,ALL        !

选择所有实体

VATT,1,1,1       !

设置实体的单元属性

ESIZE,1        !

指定实体单元尺寸

MSHAPE,0,2D       !

设置实体单元为2D

MSHKEY,1        !

设置为映射网格划分方法

VMESH,ALL       !

划分实体单元

ALLS        !

全选

FINI         !

退出前处理

!

------------------------

/SOLU         !

进入求解器

ASEL,S,LOC,X,0        !

选择实体的端面

DA,ALL,ALL         !

约束实体端面

ALLS        !

全选

FK,101,FY,-3.0       !

在两端施加Y向压力

CP,1,UX,1,21       !

耦合节点1和节点21X方向自由度

CP,2,UY,1,21      !

耦合节点1和节点21Y方向自由度

CP,3,UZ,1,21       !

耦合节点1和节点21Z方向自由度

CE,1,0,626,UX,1,2328,UX,-1,1,ROTY,-ABS（NZ（626）-NZ（2328））!

设置约束方程

CE,2,0,67,UX,1,4283,UX,-1,1,ROTZ,-ABS（NY（67）-NY（4283））  !

设置约束方程

CE,3,0,67,UZ,1,4283,UZ,-1,1,ROTX,-ABS（NY（67）-NY（4283））   !

设置约束方程

ALLS        !

全选

SOLVE        !

保存

FINI        !

退出求解器

!

------------------------

/POST1        !

进入通用后处理

PLNSOL,U,Y,0,1.0     !

显示Y方向位移

PLNSOL,S,EQV,0,1.0    !

显示等效应力

ETABLE,ZL1,SMISC,1     !

读取梁单元上I节点X方向的力

ETABLE,ZL2,SMISC,7     !

读取梁单元上J节点X方向的力

ETABLE,MZ1,SMISC,6     !

读取梁单元上I节点Z方向的力矩

ETABLE,MZ2,SMISC,12    !

读取梁单元上J节点Z方向的力矩

PLETAB,ZL1      !

显示梁单元X方向的力

PLETAB,MZ1      !

显示梁单元Z方向力矩

!

**********************************************

二、基础知识题

1.有限单元法的核心是建立单元刚度矩阵。

2.ANSYS求解模块是程序用来完成对已经生成的有限元模型进行分析和求解。

在此阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项。

3.ANSYS优化设计可以通过批处理方式和GUI方式实现。

4.ANSYS的电场分析功能可用于研究电场的电流传导、静电分析和电路分析。

5.定义材料特性，执行MainMenu〉Preprocessor〉MaterialProps〉MaterialModels命令，在打开的定义材料特性对话框中依次输入弹性模量、泊松比，单击OK按钮。

6.瞬态动力学分析也可以采用Full、Reduced和ModeSuperposition方法。

7.结构动力学研究与静力学分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。

8.通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。

拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。

9.ANSYS公司成立于1970年，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡，致力于CAE技术的研究和发展。

10.矩阵分析法适用于由连杆或梁等单元组成的杆件结构，是一种具有朴素的有限元思想的非连续介质的力学分析方法。

11.ANSYS界面与操作，无论版本怎样变化，仅作少量的改进，具有较强的继承性，形成了自己固有的风格。

12.动力学问题要考虑结构的质量和阻尼，质量矩阵有协调质量矩阵和集中质量矩阵两种，复杂的结构采用前者。

13.轴类零件在生成有限元模型时，由于其结构的特殊性，要采用六面体单元相对难一些，最简单的方法是采用四面体单元。

14.ANSYS的静力分析过程一般包括建立模型、施加载荷并求解和检查结果三个步骤。

15.在ANSYS优化程序中，用户只能设置一个目标函数，其值必须为正。

16.单元刚度矩阵为对称矩阵，由于单元可有任意的刚体位移，给定的节点力不能唯一的确定节点位移，可知单元刚度矩阵不可求逆，具有奇异性。

17.CAE即计算机辅助工程，指工程设计中的分析计算与仿真。

18.目前在工程技术领域常用的数值模拟方法有：

有限单元法（亦称有限元法）、边界元法和有限差分法等。

19.有限单元法分析的一般步骤：

结构离散化、单元分析、整体分析。

20.ANSYS软件有常用的两种操作方式：

GUI方式、命令方式。

21.ANSYS的前处理模块主要有两部分内容：

实体建模和网格划分。

22.在有限元分析过程中，如果将自变量函数不是取为位移（虚位移），而是取为应力（虚应力），则对应力虚功原理存在有虚余功原理，对应于最小虚功原理存在有最小余能原理它们在形式上是互补的。

23.ANSYS 热分析分类稳态传热（系统的温度场不随时间变化）、瞬态传热（系统的温度场随时间明显变化）。

24.引起非线性结构的原因很多，可分为三种主要类型：

状态变化（包括接触）、几何非线性、材料非线性。

25.虚位移原理和最小势能原理是单元分析和整体分析的理论基础。

26.在ANSYS应用菜单的file（文件管理）中，Resumefrom的中文含义是恢复复用户选择的工程，Writedblogfile的中文含义是把数据库的输入信息写到一个记录文件中。

27.有限元法采用能量原理进行单元分析，因而必须事先给出（设定）位移函数。

一般而论，位移函数选取会影响甚至严重影响计算结果的精度。

28.ANSYS软件提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能，包括四种网格划分方法：

延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。

29.在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的分析领域中有不同的表征，但基本上可以分为6大类：

自由度约束、力（集中载荷）、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。

30.在ANSYS中，命令流是由一条条ANSYS的命令组成的一个命令组合，这些命令按照一定顺序排布，能够完成一定的ANSYS功能，这些功能一般来说通过菜单操作也能够实现。

31.ANSYS主要包括三个部分:

前处理模块、分析计算模块和后处理模块。

32.在有限元分析过程中，如果将自变量函数不是取为位移（虚位移），而是取为应力（虚应力），则对应力虚功原理存在有虚余功原理，对应于最小虚功原理存在有最小余能原理它们在形式上是互补的。

33.在ANSYS应用菜单的file（文件管理）中，Resumefrom的中文含义是回复用户选择的工程，Writedblogfile的中文含义是把数据库的输入信息写到一个记录文件中。

34.1960年，Clough在他的名为“Thefiniteelementinplanestressanalysis”的论文中首次提出了有限元（FiniteElement）这一术语。

35.有限元分析已成为替代大量实物试验的数值化“虚拟试验”，基于该方法的大量计算分析与典型的验证性试验相结合可以做到高效率和低成本。

36.有限元方法（FEM）的基础是变分原理或加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。

37.有限元法的实质是：

把有无限个自由度的连续体，

理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题简化

为适合于数值解法的结构型问题。

38.连杆强度向来是发动机设计关键，ANSYS柔体－柔体接触计算功能可以准确模拟连杆与大头盖、主销、曲柄销间联合工作状况。

这是ANSYS系统分析功能和强大的接触功能体现。

39.清华大学用ANSYS建立了制动器摩擦耦合模型，研究得出摩擦耦合系数对制动尖叫趋势的影响以及抑制、消除尖叫的解决方法。

40.有限元法采用能量原理进行单元分析，因而必须事先给出（设定）位移函数。

一般而论，位移函数选取会影响甚至严重影响计算结果的精度。

41.网格数量的多少将影响计算规模的大小。

一般来讲,网格数量增加,计算精度会有所提高,但同时计算规模也会增加。

软件规定了模型的最大节点数目脚贻其计算模型。

所以在确定网格数量时应权衡个因素综合考虑。

42.计算机能力的提升使得有限元分析由单场分析到多场分析变成现实，未来的几年内，多物理场分析工具将会给学术界和工程界带来震惊。

43.ANSYS求解模块是程序用来完成对已经生成的有限元模型进行分析和求解。

在此阶段，用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项。

44.定义材料特性，执行MainMenu〉Preprocessor〉MaterialProps〉MaterialModels命令，在打开的定义材料特性对话框中依次输入弹性模量、泊松比，单击OK按钮。

45.简述动力学分析的主要内容：

ANSYS对动力分析主要从几个方面考虑：

模态、瞬态动力、谐波响应、响应谱及随机振动。

（1）模态分析：

用于抽取结构的自然频率和模态形状。

分析的结果确定瞬态动力分析的模态数和积分时间步长，瞬态求解过程需要模态分析的结果。

ANSYS程序还允许作预应力模态分析及在大变形分析后作模态分析。

（2）瞬态动力分析：

分为全瞬态动力方法、凝聚法和模态叠加法三种方法。

皆用于基于动力分析的通用运动方程。

（3）谐波响应分析：

用于求解线性结构承受正弦变化载荷的响应。

（4）响应谱分析：

用于求解冲击载荷条件下的结构响应，该分析类型使用模态分析的结果连同已知谱，计算每个固有频率点在结构中发生的真实位移和应力。

（5）随机振动分析：

是一种谱分析，用于研究结构对随机激励的响应。

46.拓扑优化的基本概念：

　　拓扑优化是结构优化的一种。

结构优化可分为尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。

其中尺寸优化以结构设计参数为优化对象，比如板厚、梁的截面宽、长和厚等；形状优化以结构件外形或者孔洞形状为优化对象，比如凸台过渡倒角的形状等；形貌优化是在已有薄板上寻找新的凸台分布，提高局部刚度；拓扑优化以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。

拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。

47.拓扑优化的基本原理

拓扑优化的研究领域主要分为连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化。

不论哪个领域，都要依赖于有限元方法。

连续体拓扑优化是把优化空间的材料离散成有限个单元（壳单元或者体单元），离散结构拓扑优化是在设计空间内建立一个由有限个梁单元组成的基结构，然后根据算法确定设计空间内单元的去留，保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实现拓扑优化。

拓扑优化的优化方法

　　目前连续体拓扑优化方法主要有均匀化方法、变密度法、渐进结构优化法（ESO）以及水平集方法等。

离散结构拓扑优化主要是在基结构方法基础上采用不同的优化策略（算法）进行求解，比如程耿东的松弛方法，基于遗传算法的拓扑优化等。

用ANSYS软件进行拓扑优化的主要步骤

　　1.定义拓扑优化问题。

　　2.选择单元类型。

　　3.指定要优化和不优化的区域。

　　4.定义和控制载荷工况。

　　5.定义和控制优化过程。

　　6.查看结果。

48.简述ANSYS热分析的主要内容：

热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其他物理参数，如热量的获取或损失、热梯度及热流密度（热通量）等。

（1）ANSYS的热分析

在ANSYS/Multiphysics 、ANSYS/Mechanical 、ANSYS/Thermal 、

ANSYS/FLOTRAN 、ANSYS/ED 五种产品中包含热分析功能,其中

ANSYS/FLOTRAN 不含相变热分析。

ANSYS 热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的

温度，并导出其它热物理参数。

ANSYS 热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。

此外，还可

以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。

（2）ANSYS 热分析分类（热分析领域）

稳态传热：

系统的温度场不随时间变化

瞬态传热：

系统的温度场随时间明显变化

（3）耦合分析

热－结构耦合、热－流体耦合、热－电耦合、热－磁耦合、热－电－磁－结构耦合等

49.等参数有限元法的基本概念。

有限元单元法中最普遍采用的变换方法是等参数变换，即坐标变换和单元内的场函数采用相同数目的节点参数及相同的插值函数，等参数变换的单元称之为参数单元。

借助于等参数单元可以对于一般的任意几何形状的工程问题和物理问题方便地进行有限元离散。

50.模态分析的基本概念。

将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。

坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。