基于NX有限元分析实验报告Word文档格式.docx

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姓名：

你喝

学号：

2013XX

指导老师：

没意义

工字梁热力学与结构学耦合分析

有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）将物体划分成有限个单元，这些单元之间通过有限个节点相互连接，单元看作是不可变形的刚体，单元之间的力通过节点传递，然后利用能量原理建立各单元矩阵；

在输入材料特性、载荷和约束等边界条件后，利用计算机进行物体变形、应力和温度场等力学特性的计算，最后对计算结果进行分析，显示变形后物体的形状及应力分布图。

有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

热——结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力、应变和位移等物理量的影响，热——结构耦合问题是结构分析中较常见的一类耦合分析问题。

由于结构温度场的分布不均会引起结构的热应力，或者是结构件在高温环境中工作，材料受到温度的影响会发生性能的改变，这些都是进行结构分析时需要考虑的因素。

为此需要先进行相应的热分析，然后再进行结构分析。

在NX环境中进行热——结构耦合分析，首先进行热分析求得结构的温度场，然后再进行结构分析，并将前面得到的温度场作为体载荷加到结构中，求解结构的应力分布。

1.模型建立

2.热分析

2.1新建FEM和仿真

点击开始按钮，选择“高级仿真”，激活高级仿真模块。

在仿真导航器中选择“新建FEM和仿真”

2.2解算方案

2.3网格收集器

添加材料属性，从材料清单中选择“Steel”，单击“确定”

2.5划分网格

2.6添加约束（进入仿真环境）

所有外表面添加对流约束，环境温度为45

，对流系数为100W/m^2-C

2.7添加热约束

在工字梁顶端设置65

恒温

2.8解算方案求解

2.9结果分析

计算完成后，右击击导航器中的“Results”，打开后观察结果

由热分析所得的工字梁的温度分布云图可看出，最高温度出现在工字梁顶端，为65

，最低温度在梁的底部，为45.95

3.结构分析

前面步骤与热分析基本一致，在网格划分完毕后，添加载荷与约束，在工字梁的两端分别添加1000N的恒力，固定约束。

3.1解算方案求解

3.2结果分析

由结构分析所得的工字梁的节点位移分布云图可看出，节点最大位移出现在工字梁固定一端，为0mm，节点最大位移出现在工字梁施加力的一端，为0.457mm。

由结构分析所得的工字梁的节点位移分布云图可看出，节点应力最小为0.04MP，最大为76.47MP。

4.耦合分析

4.1新建结构学解算方案（返回到模型）

在结构分析中将热分析的结果导入到此方案的subcase，其它载荷及约束的施加和结构分析相同。

4.2解算方案求解

4．3结果分析

由耦合分析所得的工字梁的节点位移分布云图可看出，节点最小位移出现在工字梁端点，为0mm，节点最大位移出现在工字梁中间位置，为0.1158mm

由耦合分析所得的工字梁的节点位移分布云图可看出，单元节点最大应力为393.96MP，最小应力为0.29MP。

45号钢的抗拉强度：

不小于600Mpa，故满足要求。

5.结语

在NX8.5环境下，通过对工字梁热力学与结构学耦合分析，热——结构耦合分析所得的工字梁的最大位移比单独在机械载荷作用下结构分析中的大，所得的应力也比单纯结构分析下的应力大，说明温度载荷对工字梁的强度和刚度均有很大影响,在机械载荷和热载荷共同作用下，两种模型的最大应力未超过材料的许用值，满足工字梁的强度要求，通过本次学习，进一步熟悉了NXNastran求解有限元问题的一般步骤，为今后的学习、工作也打下了良好的基础。