大型有限元软件课程报告
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摘要
本文分析了两个问题，并且用命令流编程实现了分析的全过程。第一个问题是一钢管混凝土悬臂梁受弯，分别采用三种不同的方法计算，对比了实体单元模拟分析与用等效刚度法等效以后采用杆系单元分析的差别。第二个问题是轻型门式刚架结构空间整体特性分析，通过采用三维杆系单元建立三维空间模型，在Ansys 中实现了门式刚架的静力分析、自振特性分析、反应谱分析等。
1.钢管混凝土悬臂梁分析
钢管混凝土在结构上能够将钢材和混凝土的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。但是，钢材和混凝土两种材料力学性能差别很大，工程计算中一般采用简化计算方法，其中等效刚度法是一种常见的简化计算方法。
本例通过一钢管混凝土悬臂梁受弯分析，比较分析了数值模拟方法与等效刚度法的差异。图1.1所示钢管混凝土截面参数和材料参数D ×t ×L=140×5.0×1000mm ，钢材弹性模量s E =2.0e11,泊松比ν=0.273，混凝土弹性模量con E =3.0e11,泊松比ν=0.28，钢材与混凝土表面接触摩擦系数取0.3，F 取20KN 。
图1.1 刚管混凝土悬臂梁示意图
1.1等效刚度法分析
等效刚度法将钢管和混凝土等效为一种材料，用以下刚度等效公式进行等效： s s con con EI E I E I =+ (1.1) s s con con GA G A G A =+ (1.2) 记钢管外径，内径为别为2r 和1r ，则对于钢管截面，
441214(()s I r
r π=-,2221()s A r r π=- (1.3) 对混凝土截面，
4114
con I r π=,21con A r π= (1.4) 对等效以后的截面,
4124
I r π=,21con A r π= (1.5) F 1 2
( 1 )
将式1.3-1.5代入式1.1和1.2即可得到等效以后的弹性模量E 和剪切模量G ，
44421142()s con E r r E r r E +-=
(1.6) 22221122
()s con G r r G r r G +-= (1.7) 由式2(1)E G υ+=可得等效以后的泊松比，见式1.8
12E G
υ-= (1.8) 得到等效的弹性模量和s E =2.0e11,泊松比ν=0.28以后，用ansys 建模，采用BEAM189单元进行计算，图1.2为ansys 计算模型，计算结果见表1。
图1.2 采用BEAM189单元的有限元计算模型
1.2实体单元模拟分析
实体单元模拟采用了两种方案，两种方案网格化分相同，均考虑钢管与混凝土的接触，只是模拟采用的单元不同，模型网格化分见图1.3，。
图1.3 实体模型网格图
第一种方案钢管和混凝土均采用solid185模拟，单元由八个节点定义,每个节点有三个自由度,x,y,z 三个方向的线位移，它增加了超弹、粘弹粘塑、单元自动选择技术，但无膨胀、无自适应网格划分。钢管与混凝土本构关系均采用线弹性。
第二种方案钢管选用Solid45单元模拟，单元具有八个节点,每个节点有三个自由度,x,y,z 三个方向的线位移，其特性有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变、单元生死、
自适应网格划分、初应力输入等。
(a)混凝土(miso)(b) 钢材(bkin)
图1.4 实体模型方案二材料本构关系
混凝土采用Solid65单元模拟,它是ANSYS专为混凝土、岩石等抗压强度远大于抗拉能力的非均匀性材料开发的单元,它的几何形状、节点位置和坐标系与SOLID45单元相同。混凝土本构关系采用多线性等向强化模型(miso)，钢材本构关系采用双向性随动强化模型(bkin)，其应力应变关系曲线见图1.4。
图1.5 实体模型方案二Mises应力图
两种方案接触设置相同，均是面—面接触,采用接触单元conta174和目标单元target170。按照目标面与接触面的设置规则,设定钢管内表面为目标面,混凝土外表面为接触面,钢管与
混凝土之间的摩擦系数为0.3,图1.5是实体模型方案二计算得到的Mises应力图, 图1.6是对应的模型变形放大五倍以后的变形效果。
图1.6 模型变形示意图
1.3结果对比
实体模拟方法与采用等效刚度法计算的结果对比主要体现在悬臂梁自由端的竖向位移上，由表1和图1.7可以看出，在20KN的竖向荷载作用下，三种方法得到的位移有区别，但差别不大，等效刚度法计算的结果与实体模拟的方案一结果比较接近，这是因为它们均采用的线弹性的本构关系造成的。实体模拟的两种方案计算结果也是有差别的，这一方面由于单元特性不同造成的，另一方面是主要是由于本构关系不同造成的。由得出的结果可以看出，等效刚度法作为一个简化的计算方法其计算结果具有一定的参考价值，但没有考虑材料进入塑性以后的情况，与实际结果有一定的偏离。
(a)方案一(b) 方案二
图1.7 位移随时间步变化曲线
表1 钢管混凝土自由端竖向位移不同方案计算结果比较
1.4 命令流
1.4.1 等效刚度法
/PREP7
r1=(140.0/2-5.0)/1000 !钢管内径
r2=140.0/2000 !钢管外径
r=r2 !等效半径
Econ=3.0e10 !混凝土的弹性模量
Vcon=0.28 !混凝土的泊松比
Es=2.0e11 !钢材的弹性模量
Vs=0.273 !钢材的泊松比
fe=0.3 !摩擦系数
pi=3.1415926
EI=Es*pi*(r2**4-r1**4)/4+Econ*pi*r1**4/4 !等效的弹性模量EA=Es*pi*(r2**2-r1**2)/4+Econ*pi*r1**2
Eeq=EI*4/(pi*r2**4)
GA=Es/(1+Vs)/2*pi*(r2**2-r1**2)
GA=GA+Econ/(1+Vcon)/2*pi*r1**2
Geq=GA/(pi*r2**2) !等效的剪切模量
Veq=Eeq/(2*Geq)-1 !等效的泊松比
ET,1,BEAM189
SECTYPE, 1, BEAM, CSOLID, r, 0
SECOFFSET, CENT
SECDATA,r,6,!圆环半径
MP,EX,1,Eeq
MP,NUXY,1,Veq
K,1,,,,
K,2,1,,,
K,3,0.5,1
LSTR,1,2
LATT,1, ,1, ,3, ,1
LESIZE,1, , ,30
LMESH,1
DK,1, , , ,0,ALL
FK,2,FY,-20000
FINISH
/SOL
SOLVE
/POST1
nsel,s,loc,x,1
prnsol,u,y !得到悬臂梁位移
FINISH
1.4.2 一般实体单元(方案一)
/prep7
/prep7
r1=(140.0/2-5.0)/1000 !钢管内径
r2=140.0/2000 !钢管外径
Econ=3.0e10 !混凝土的弹性模量
Vcon=0.28 !混凝土的泊松比
Es=2.0e11 !钢材的弹性模量
Vs=0.273 !钢材的泊松比
fe=0.3 !摩擦系数!.............................................
mp,ex,1,Econ !定义材料1混凝土的弹性模量
mp,prxy,1,Vcon !...............................................
mp,ex,2,Es !定义材料2钢材的弹性模量
mp,prxy,2,Vs
et,1,solid185
et,2,174 !定义接触单元conta174
et,3,170 !定义目标单元target170
type,1
mat,1
cylind,0,r1,0,1,0,360, !建立实心混凝土圆柱体(D=109mm) wprota,,90,
vsbw,1
wprota,,,90
vsbw,all
lplot,all
numcmp,line
lplot,all
numcmp,all
vplot
!................. !对实心混凝土圆柱体划分网格lsel,s,line,,1,8
lesize,all,,,6 !圆弧网格划分
lplot,all
lsel,s,line,,9,10 !纵向线
lsel,a,line,,15
lsel,a,line,,21
lesize,all,,,30
lsel,s,line,,11,14 !径向线
lsel,a,line,,17,20
lplot,all
lesize,all,,,6 !半径网格划分
vsel,all
mshape,0,3d
mshkey,1
vmesh,all
WPCSYS,-1
type,1
mat,2
CYLIND,r1,r2,0,1,0,360, !建立空心钢管圆柱体( 外径114，壁厚5mm）wprota,,90,
vsbw,5
wprota,,,90
vsbw,6
vsbw,7
numcmp,all
vplot,all
allsel,all
!................
lsel,s,line,,42,46 !径向线
lsel,a,line,,49,50
lsel,a,line,,53
lplot,all
lesize,all,,,1
!................
lsel,s,line,,38,41,1 !纵向线
lsel,a,line,,47,48,1
lsel,a,line,,51,52,1
lplot,all
lesize,all,,,25
!................
lsel,s,line,,22,37,1 ! 圆弧网格划分
lplot,all
lesize,all,,,5
!..................
mshape,0,3d
mshkey,1
vmesh,all
vplot,all !................................................建立接触单元
R,1,,,0.1,0.1, !材料3、4正则处罚刚度0.1
mp,mu,3,fe !材料3、4 接触-摩擦系数fe
real,1 !接触单元contact174
mat,3
type,2
allsel,all
aplot,all
numcmp,all
aplot,all
asel,s,,,3
asel,a,,,8
asel,a,,,12
asel,a,,,16
aplot,all
cm,_contact,area
nsla,s,1
esln,s,0
esurf,all !..............................................
type,3 !目标单元170
lsel,all !..................
asel,s,area,,23
asel,a,area,,25
asel,a,area,,30
asel,a,area,,35
aplot,all
cm,_target,area
nsla,s,1
esln,s,0
esurf,all
cmdel,_target
cmdel,_contact
allsel,all
finish
!...........(求解设置).............................
/SOL
!*
ANTYPE,0
nsel,s,loc,z,0
d,all,all
nsel,s,loc,z,1
nsel,r,loc,x,0
nsel,r,loc,y,0
F,ALL,FY,-20000
allsel,all
ANTYPE,0
NLGEOM,1 !打开大变形
AUTOTS,1 !打开自动时间步
TIME,1
NSUBST,50,100,50
NEQIT,50 !平衡迭代次数
PRED,ON,,ON !打开预测器
OUTRES,ALL,ALL !输出所有子步的结果
SOLVE
/POST1
CSYS,0
nsel,s,loc,z,1
nsel,r,loc,x,0
nsel,r,loc,y,0
prnsol,u,y !得到悬臂梁位移
/POST26
NSOL,2,38,U,Y, UY_2
XV AR,1
PLV AR,2,
FINISH
1.4.3 混凝土单元(方案二)
/prep7
r1=(140.0/2-5.0)/1000 !钢管内径
r2=140.0/2000 !钢管外径
Econ=3.0e10 !混凝土的弹性模量
Vcon=0.28 !混凝土的泊松比
Es=2.0e11 !钢材的弹性模量
Vs=0.273 !钢材的泊松比
fe=0.3 !摩擦系数
fct=2.3e6 !混凝土抗拉`强度
fck=25.6e6 !混凝土抗压强度
fy=275.9e6 ! 钢材抗拉屈服强度
fe=0.3 !摩擦系数
et,1,solid65 !定义单元1为solid65单元!混凝土et,2,solid45 !定义单元2为solid45单元！钢管et,3,174 !定义接触单元conta174
et,4,170 !定义目标单元target170 !............................................
mp,ex,1,Econ !定义材料1混凝土的弹性模量mp,prxy,1,Vcon
TB,CONCR,1,1 !定义材料1为混凝土材料
TBTEMP,0
TBDA TA,1,0.3,0.55,fct,-1 ！关闭混凝土开裂
TB,MISO,1,1,15 !屈服准则！多线性等向强化
TBPT,, 100E-6, 3.0E6
TBPT,, 300E-6, 8.3E6
TBPT,, 600E-6,14.6E6
TBPT,, 900E-6,19.1E6
TBPT,,1100E-6,21.0E6
TBPT,,1250E-6,22.0E6
TBPT,,1400E-6,22.6E6
TBPT,,1550E-6,22.8E6
TBPT,,1650E-6,22.7E6
TBPT,,1800E-6,22.3E6
TBPT,,2000E-6,21.4E6
TBPT,,2800E-6,16.8E6
TBPT,,3200E-6,14.7E6
TBPT,,3800E-6,12.3E6
TBPT,,4600E-6,9.9E6 !...............................................
mp,ex,2,Es !定义材料2钢材的弹性模量
mp,prxy,2,Vs
tb,bkin,2 !定义材料2为双向性随动强化模型tbtemp,0
tbdata,,fy,0
type,1
mat,1
cylind,0,r1,0,1,0,360, !建立实心混凝土圆柱体(D=109mm) wprota,,90,
vsbw,1
wprota,,,90
vsbw,all
lplot,all
numcmp,line
lplot,all
numcmp,all
vplot
!................. !对实心混凝土圆柱体划分网格lsel,s,line,,1,8
lesize,all,,,6 !圆弧网格划分
lplot,all
lsel,s,line,,9,10 !纵向线
lsel,a,line,,15
lsel,a,line,,21
lesize,all,,,30
lsel,s,line,,11,14 !径向线
lsel,a,line,,17,20
lplot,all
lesize,all,,,6 !半径网格划分
vsel,all
mshape,0,3d
mshkey,1
vmesh,all
WPCSYS,-1
type,2
mat,2
CYLIND,r1,r2,0,1,0,360, !建立空心钢管圆柱体( 外径114，壁厚5mm）wprota,,90,
vsbw,5
wprota,,,90
vsbw,6
vsbw,7
numcmp,all
vplot,all
allsel,all
!................
lsel,s,line,,42,46 !径向线
lsel,a,line,,49,50
lsel,a,line,,53
lplot,all
lesize,all,,,1
!................
lsel,s,line,,38,41,1 !纵向线
lsel,a,line,,47,48,1
lsel,a,line,,51,52,1
lplot,all
lesize,all,,,25
!................
lsel,s,line,,22,37,1 ! 圆弧网格划分
lplot,all
lesize,all,,,5
!..................
mshape,0,3d
mshkey,1
vmesh,all
vplot,all !................................................建立接触单元
R,4,,,0.1,0.1, !材料3、4正则处罚刚度0.1 mp,mu,4,fe !材料3、4 接触-摩擦系数fe real,4
mat,4
type,3
allsel,all
asel,s,,,3
asel,a,,,8
asel,a,,,12
asel,a,,,16
aplot,all
cm,_contact,area !接触单元174
nsla,s,1
esln,s,0
esurf,all
type,4
allsel,all
asel,s,area,,23
asel,a,area,,25
asel,a,area,,30
asel,a,area,,35
aplot,all
cm,_target,area !目标单元170
nsla,s,1
esln,s,0
esurf,all
cmdel,_target
cmdel,_contact
finish
!...........(求解设置).............................
/SOL
allsel,all
nsel,s,loc,z,0
D,all,all
CSYS,1 !转换为柱坐标系，选取钢管外层节点NSEL,S,LOC,Z,1
NSEL,R,LOC,X,r2
NSEL,R,LOC,Y,90
F,ALL,FY,-20000 !集中力
allsel,all
ANTYPE,0
NLGEOM,1 !关闭大变形
AUTOTS,1 !打开自动时间步
TIME,1
NSUBST,100,200,50
NEQIT,50 !平衡迭代次数
PRED,ON,,ON !打开预测器
OUTRES,ALL,ALL !输出所有子步的结果SOLVE
/POST1
CSYS,0
nsel,s,loc,z,1
nsel,r,loc,x,0
nsel,r,loc,y,0
prnsol,u,y !得到悬臂梁位移PLESOL, S,EQV, 0,1.0 !mises应力图
/POST26
NSOL,2,38,U,Y, UY_2
XV AR,1
PLV AR,2,
FINISH
2.轻型门式刚架结构整体分析
轻型门式刚架普遍跨度较大，构件偏于柔性，在正常工作状态下，挠度变形偏大，结构有一定的几何非线性特征，现有的一些结构设计软件一般只进行平面分析，本例研究了门式刚架的的空间特性，对其空间非线性特征进行了研究，分别进行了，静力分析、模态分析，和地震反应谱分析。
1.1工程概况
门式刚架单层单跨厂房，檐口高度为8m，跨度24m,柱距6m，屋面坡度为0.1。柱网尺寸48×24m，屋面活荷载0.4KN/m2，恒荷载0.3KN/m2，(不计屋面檩条以及钢梁自重)，基本风压0.55 KN/m2，梁柱构件采用宽翼缘热轧H型钢，梁采用H500×200，柱采用H600×200。墙面和屋面檩条采用C160×60×20×2.0冷弯薄壁型钢，屋面和墙面覆盖单层压型钢材。在柱网两个端头设置柱间支撑与屋面水平支撑，檐口处设置刚性系杆。墙檩从柱脚起第1，3，5根檩条设置隅撑，屋脊处以及屋面中间布置支撑的檀条处设置隅撑，计算过程中带隅撑檩条看做是与刚架刚接的。支撑杆件与刚性系杆均采用φ20圆钢。地震设防烈度为6度,场地类别II，第二组，阻尼比取0.02。
1.2计算模型
图2.1 实体模型网格图
图2.1为用ansys软件建立的有限元模型，模型所有构件材料假定为理想弹塑性材料，符
合HOOKE定律，故模型分析为弹性静力分析，但模型偏柔性，具有一定的几何非线性。
计算模型的所有结构单元均采用三维空间杆系单元，其中梁柱采用3结点非线性梁单元BEAM189，檩条与刚性系杆采用梁单元BEAM44，柱支撑采用空间铰接两节点杆单LINK10。
门式刚架梁柱连接、柱脚连接采用刚接，支撑与结构连接、屋面檩条与刚架梁柱均采用铰接，，模型不考虑压型钢板的蒙皮效应, 图2.2局部显示了第一二榀刚架之间的模型。
图2.2 第一二榀刚架模型图
1.3静力分析
静力分析考虎了三种工况：恒载，活载和左风荷载。两种荷载组合：1.2恒载+1.4活载+1.4*0.6左风荷载。
图2.3 恒载作用示意图
图2.4 风荷载作用示意图
恒载和活载等效为作用在平面刚架梁上的竖向均布线荷载，中间跨线荷载值取面荷载×柱距，边跨荷载取中间跨的一半。恒载和活载均为竖向荷载，施加到梁单元上时须分解为沿单元方向和垂直于单元两个方向施加。左风荷载等效为作用的刚架上的均布力，方向垂直于单元，分吸力和压力两种，其值按门式刚架规范计算，仍是中间跨线荷载值取面荷载×柱距，边跨荷载取中间跨的一半。图2.3恒载作用示意图，活载与荷载情况相同，故只给出恒载的示意图，风荷载作用示意图2.4。
模型施架荷载及约束以后就可以进行求解，求解结束后就可以查看变形和内力，如图2.5-2.8所示，活载作用下的情况与恒载作用下的类似，故只给出恒载和左风荷载结果。
图2.5 恒载作用下的结构变形
图2.6 左风荷载作用下的结构变形
图2.7 恒载作用刚架的弯矩图
图2.8左风荷载作用下刚架的弯矩图
工况组合是通过LSWRITE命令将不同工况分别写成荷载步文件计算，然后再用LSSOLVE分别计算形成，再读取所有工况，再用LCOPER组合就可以得到需要的组合，不同的组合结果可用LCWRITE保存为工况文件,需要的时随时可以再用LCFILE命令读入.得到需要的组合以后可以通过相关命令查看分析结果。
图2.9 第二榀刚架组合弯矩图(1.2恒载+1.4活载)
图2.10 第二榀刚架组合弯矩图（1.2恒载+1.4活载+1.4*0.6左风荷载）
1.4模态分析
模态分析需要将屋面恒载转化为结构等效质量，此时需要在结构模型中加入等效质量质量单元Mass21，等效以后的结构模型如图2.11所示。
由于结构模型中存在单拉特性的索单元，模型要考虑预应力效应，须先进行静力求解形成初应力刚度矩阵，再进行模态求解。本文计算了32阶频率，并用命令流定义数组提出前12阶频率以进行下一步结构水平地震反应谱的分析。模型各阶频率对应的振型在此就不一一列
出，在此只给出第9阶振型。
图2.11 模态分析结构模型
图2.12 第9阶振型
1.5地震反应谱分析
进行反应谱分析必须确定各阶周期点对应的水平地震作用系数，水平地震影响系数α按建筑抗震设计规范第5.1.5条的规定，计算如下：
max 0.450.1T αα<=时,
2max 0.1g T T ααη<<=时,
max 2()5g g g T
T T T T αηαα<<=时,
max 210.2(5)5[]g g T T T T γηηαα-->=时,
其中
0.050.550.9ξξ
γ++=+ 10.02(0.05)/8ηξ=+-
20.050.06 1.71ξξ
η-+=+ 此处，0.4g T =,max α=0.05，对由前面提取的模态分析所得的12自振频率按以上公式分别计算即可得到各个频率对应的水平地震影响系数，本文利用APDL 语言编制程序完成了其计算过程，并在Excel 里用公式验证了其正确性。，由得到的系数进行模态扩展分析求解结果，再进行模态组合，就可得水平地震作用下结构的响应，图2.13为得到的结点水平位移。
图2.13 谱分析结果—水平地震作用下的结点位移
1.4命令流
1.4.1 建立结构模型
/PREP7
ET,1,plane82 !定义单元类型
ET,2,BEAM189
ET,3,BEAM44
ET,4,BEAM44
ET,5,BEAM44
有限元分析报告 (1)
有限元仿真分析实验 一、实验目的 通过刚性球与薄板的碰撞仿真实验，学习有限元方法的基本思想与建模仿真的实现过程，并以此实践相关有限元软件的使用方法。本实验使用HyperMesh 软件进行建模、网格划分和建立约束及载荷条件，然后使用LS-DYNA软件进行求解计算和结果后处理，计算出钢球与金属板相撞时的运动和受力情况，并对结果进行可视化。 二、实验软件 HyperMesh、LS-DYNA 三、实验基本原理 本实验模拟刚性球撞击薄板的运动和受力情况。仿真分析主要可分为数据前处理、求解计算和结果后处理三个过程。前处理阶段任务包括：建立分析结构的几何模型，划分网格、建立计算模型，确定并施加边界条件。 四、实验步骤 1、按照点－线－面的顺序创建球和板的几何模型 （1）建立球的模型：在坐标(0,0,0)建立临时节点，以临时节点为圆心，画半径为5mm的球体。 （2）建立板的模型：在tool-translate面板下node选择临时节点，选择Y-axis,magnitude输入，然后点击translate+，return;再在2D－planes-square 面板上选择Y-axis,B选择上一步移下来的那个节点，surface only ,size=30。 2、画网格 （1）画球的网格：以球模型为当前part，在2D－atuomesh面板下，surfs 选择前面建好的球面，element size设为，mesh type选择quads，选择elems to current comp,first order，interactive。 （2）画板的网格：做法和设置同上。 3、对球和板赋材料和截面属性 （1）给球赋材料属性：在materials面板内选择20号刚体，设置Rho为,E
有限元分析大作业报告
有限元分析大作业报告 试题1： 一、问题描述及数学建模 图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较： （1）分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算； （2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算； （3）当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。 该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图所示。 二、采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算 1、有限元建模 （1）设置计算类型：两者因几何条件和载荷条件均满足平面应变问题，故均取Preferences 为Structural （2）选择单元类型：三节点常应变单元选择的类型是Solid Quad 4 node182；六节点三角形单元选择的类型是Solid Quad 8 node183。因研究的问题为平面应变问题，故对Element behavior（K3）设置为plane strain。 （3）定义材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3 （4）建几何模型：生成特征点；生成坝体截面 （5）网格化分：划分网格时，拾取lineAB和lineBC，设定input NDIV 为15；拾取lineAC，设定input NDIV 为20，选择网格划分方式为Tri+Mapped，最后得到600个单元。
（6)模型施加约束：约束采用的是对底面BC 全约束。大坝所受载荷形式为Pressure ，作用在AB 面上，分析时施加在L AB 上，方向水平向右，载荷大小沿L AB 由小到大均匀分布。以B 为坐标原点，BA 方向为纵轴y ，则沿着y 方向的受力大小可表示为： }{*980098000)10(Y y g gh P -=-==ρρ 2、 计算结果及结果分析 （1） 三节点常应变单元 三节点常应变单元的位移分布图 三节点常应变单元的应力分布图
有限元分析实验报告
武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析 开课学院机电工程学院 指导老师姓名 学生姓名 学生专业班级机电研 1502班 2015—2016 学年第2学期
实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁，另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直向下的30KN的载荷与60kN的载荷，分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变，其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 1.1方形截面悬臂梁模型建立 建模环境：DesignModeler 15.0。 定义计算类型：选择为结构分析。 定义材料属性：弹性模量为2.1Gpa，泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 （1）绘制方形截面草图：在DesignModeler中定义XY平面为视图平面，并正视改平面，点击sketching下的矩形图标，在视图中绘制10mmX10mm的矩形。（2）拉伸：沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm，即可得到梁的三维模型，建模完毕，模型如下图1.1所示。 图1.1 方形截面梁模型 1.2 定义单元类型： 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分：通过选定边界和整体结构，在边界单元划分数量不变的情况下，通过分别改变节点数和载荷大小，对同一结构进行分析，划分网格如下图1.2所示：
图1.2 网格划分 1.21 定义边界条件并求解 本次实验中，讲梁的左端固定，将载荷施加在右端，施以垂直向下的集中力，集中力的大小为30kN观察变形情况，再将力改为50kN，观察变形情况，给出应力应变云图，并分析。 （1）给左端施加固定约束； （2）给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力； 1.22定义边界条件如图1.3所示： 图1.3 定义边界条件 1.23 应力分布如下图1.4所示： 定义完边界条件之后进行求解。
华科大有限元分析题及大作业题答案——船海专业(DOC)
姓名：学号：班级：
有限元分析及应用作业报告 一、问题描述 图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较： 1)分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算； 2)分别采用不同数量的三节点常应变单元计算； 3)当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。
二、几何建模与分析 图1-2力学模型 由于大坝长度>>横截面尺寸，且横截面沿长度方向保持不变，因此可将大坝看作无限长的实体模型，满足平面应变问题的几何条件；对截面进行受力分析，作用于大坝上的载荷平行于横截面且沿纵向方向均匀分布，两端面不受力，满足平面应变问题的载荷条件。因此该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图1-2所示，建立几何模型，进行求解。 假设大坝的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3 三、第1问的有限元建模 本题将分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算。 1）设置计算类型：两者因几何条件和载荷条件均满足平面应变问题，故均取Preferences为Structural 2）选择单元类型：三节点常应变单元选择的类型是PLANE42（Quad 4node42），该单元属于是四节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为三节点单元；六节点三角形单元选择的类型是PLANE183（Quad 8node183），该单元属于是八节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为六节点单元。因研究的问题为平面应变问题，故对Element behavior（K3）设置为plane strain。 3）定义材料参数 4）生成几何模 a. 生成特征点 b.生成坝体截面 5）网格化分：划分网格时，拾取所有线段设定input NDIV 为10，选择网格划分方式为Tri+Mapped，最后得到200个单元。 6)模型施加约束： 约束采用的是对底面BC全约束。 大坝所受载荷形式为Pressure，作用在AB面上，分析时施加在L AB上，方向水平向右，载荷大小沿L AB由小到大均匀分布（见图1-2）。以B为坐标原点，BA方向为纵轴y，则沿着y方向的受力大小可表示为： ρ（1） = gh P- =ρ g = - 10 {* } 98000 98000 (Y ) y
有限元分析软件比较分析
有限元分析软件 有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50 年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS 在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC 进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA 以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS 软件与ANSYS 软件的对比分析： 1．在世界范围内的知名度：两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。由于ANSYS 产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS 的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS 软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2．应用领域：ANSYS 软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS 则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。 3．性价比：ANSYS 软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的
-有限元分析报告
西安市新城区某公司科研办公楼结构设计 有限元分析报告 撰写人：王平 班级：工程力学1203 学号：121010321 指导教师：张卫喜 2016年6月15日
目录 1 工程概况 (2) 2 分析依据 (3) 3 荷载与计算工况 (4) 3.1荷载简化及荷载组合 (4) 3.2 边界条件 (4) 3.3 工况 (5) 4 有限元模型 (6) 4.1 基本假定 (6) 4.2 力学模型 (6) 4.3 主要物理参数取值 (6) 4.4单元选取 (7) 4.5分网与有限元模型 (8) 5 静力分析 (9) 5.1模态结果 (9) 5.2静力分析结果 (13) 5.3 强度校核 (16) 6基于ANSYS、PKPM、手算的误差分析 (18) 6.1计算原理的不同 (18) 6.2 研究对象的复杂性 (19)
1工程概况 工程名称：西安市新城区某公司科研办公楼； 建筑所在地：西安市； 建设规模：总建筑面积约4700m2，主体结构6层，无地下室。结构总高度22.5m，底层结构高度4.5m，其余层结构高度为3.6m，几何模型图如图1所示； 抗震设防烈度：抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值0.2g,第一组。场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。周期折减系数为0.75。 建筑设计使用年限：50年。 结构重要性等级：二级。 图1框架几何模型图
2分析依据 框架结构是由梁、板、柱以刚接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁、板、柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖直荷载。本设计报告采用ANSYS有限元软件分析。 根据框架结构体系特点，本结构分析主要依据以下国家规范： [1]国家标准：《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012).北京：中国建筑工业出版社.2012； [2]国家标准：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010).北京：中国建筑工业出版社.2010； [3]国家标准：《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010).北京：中国建筑工业出版社.2010； [4]建筑、勘察等技术文件。
有限元分析大作业试题
有限元分析习题及大作业试题 要求：1）个人按上机指南步骤至少选择习题中3个习题独立完成，并将计算结果上交； 2）以小组为单位完成有限元分析计算； 3）以小组为单位编写计算分析报告； 4）计算分析报告应包括以下部分： A、问题描述及数学建模； B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方 案、载荷及边界条件处理、求解控制） C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分 析评判） D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单 元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的 影响分析等） E、建议与体会 4）11月1日前必须完成，并递交计算分析报告（报告要求打印）。
习题及上机指南：（试题见上机指南） 例题1 坝体的有限元建模与受力分析 例题2 平板的有限元建模与变形分析 例题1：平板的有限元建模与变形分析 计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: plane 0.5 m 0.5 m 0.5 m 0.5 m 板承受均布载荷：1.0e 5 P a 图1－1 受均布载荷作用的平板计算分析模型 1.1 进入ANSYS 程序 →ANSYSED 6.1 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: plane →Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu : Preferences →select Structural → OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element T ype →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element T ypes window) → Options… →select K3: Plane stress w/thk →OK →Close (the Element T ype window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY :0.3 → OK 1.5定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constant s… →Add … →select T ype 1→ OK →input THK:1 →OK →Close (the Real Constants Window)
机械零件有限元分析——实验报告
中南林业科技大学机械零件有限元分析 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 年级： 2013级 班级：机械一班 姓名：杨政 学号：20131461 I
一、实验目的 通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS 系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。 二、实验内容 实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。
实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析 对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为 1.0×108Pa ，空 心球体的内径为 0.3m ，外径为 0.5m ，空心球体材料的属性：弹性模量 2.1×1011，泊松比 0.3。 承受内压：1.0×108 Pa 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图） 1、进入 ANSYS →change the working directory into yours →input jobname: Sphere 2、选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK →Close (the Element Type window) 3、定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK 4、生成几何模型生成特征点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input ：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK 生成球体截面 ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In ActiveCoord → 依次连接 1,2,3,4 点生成 4 条线→OK Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条线→OK ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 5、网格划分 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) lines: Set
(完整word版)有限元分析软件的比较
有限元分析软件的比较（购买必看）－转贴 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element A nalysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面： 增加设计功能，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，FEA在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。该系统发展至今已有几十个版本，是目前世界上规模最大、功能最强的有限元分析系统。从那时到现在，世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低的专用或通用有限元分析软件，主要有德国的ASKA、英国的PA FEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。 以下对一些常用的软件进行一些比较分析： 1. LSTC公司的LS-DYNA系列软件
ansys有限元分析大作业
ansys有限元分析大作业
有限元大作业 设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析 专业班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成日期: 2016.11.23
单车的设计及ansys模拟分析 一、单车实体设计与建模 1、总体设计 单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。 在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks) Proe》文件》属性》修改
2、车架 车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。
二、单车有限元模型 1、材料的选择 单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。 其属性如下： 弹性模量：） .6+ 90E （2 N/m 10 泊松比：0.33 质量密度：） 3 2.70E+ N/m （2 抗剪模量：） 60E .2+ N/m （2 10 屈服强度：） .2+ （2 75E 8 N/m 2、单车模型的简化 为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算
效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。 3、单元体的选择 单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid）。查资料可以知道3D实体常用结构实体单元有下表。 单元名称说明 Solid45 三维结构实体单元，单元由8个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、 大变形、大应变功能，其高阶单元是 solid95
有限元实验报告模板
有限元实验报告 T1013-5 20100130508 蔡孟迪
ANSYS有限元上机报告（一） 班级:T1013-5 学号:20100130508 姓名:蔡孟迪 上机题目： 图示折板上端固定，右侧受力F=1000N，该力均匀分布在边缘各节点上；板厚t=2mm 材料选用低碳钢，弹性模量E=210Gpa，μ=0.33. 一、有限元分析的目的： 1．利用ANSYS构造实体模型； 2．根据结构的特点及所受载荷的情况，确定所用单元类型；正确剖分网格并施加外界条件；3．绘制结构的应力和变形图，给出最大应力和变形的位置及大小；并确定折板角点Ａ处的应力和位移； 4．研究网格密度对Ａ处角点应力的影响； 5．若在Ａ处可用过渡圆角，研究Ａ处圆角半径对Ａ处角点应力的影响。 二、有限元模型的特点： 1．结构类型 本结构属于平面应力类型 2.单位制选择 本作业选择N（牛），mm（毫米），MPa（兆帕）。 3.建模方法 采用自左向右的实体建模方法。 4.定义单元属性及类型 1）材料属性：弹性模量：EX=2.10E5MPa, 泊松比：PRXY=0.33 2）单元类型：在Preferences选Structural，Preprocessor>ElemmentType>Add/Edit/Delete中定义单元类型为：Quad4 node 182，K3设置为：平面薄板问题（Plane strs w/thk） 3）实常数：薄板的厚度THK=2mm 5.划分网格 在MeshTool下选set,然后设置SIZE Element edge length的值，再用Mesh进行网格划分。6.加载和约束过程：在薄板的最上端施加X、Y方向的固定铰链，在薄板的最右端施加1000N 的均匀布置的载荷。
各种有限元分析软件比较
各种有限元分析软件比较 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元分析具有确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等作用，越来越被应用，越来越的有限元分析也不断被开发出来，当我们在做有限元分析时，我们该选择什么样的软件？或者我们该学习什么软件？成了大多数人困惑的问题。看板网根据自己超过十年的有限元分析项目经验和培训经验，对各种有限元分析软件进行了一些比较，希望大家在选择时能够大家做参考。 有限元分析常用软件 国外软件 大型通用有限元商业软件：如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。还有三维结构设计方面的UG,CATIA,Proe等都是比较强大的。 国内软件 国产有限元软件：FEPG,SciFEA,JiFEX,KMAS等。 当然首先要明确你要用这个软件进行什么分析，一般会用到有限元分析的地方有：1.模流分析；2.结构强度分析；3.电磁场分析；4.谐响应分析（比如查找共振频率）；5. 铸造分析。等等 ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 workbench是一个综合性的有限元分析软件，几乎囊括了所有有限元分析领域，传统的优势领域有强度分析、谐响应分析和电磁分析。workbench是ansys
大作业报告参考2有限元学习心得
有限元学习心得 吴清鸽车辆工程 50110802411 短短八周的有限元课已经结束。关于有限元，我一直停留在一个很模糊的概念。我知道这是一个各个领域都必须涉及的点，只要有关于CAE分析的，几乎都要涉及有限元。总体来说，这是一门非常重要又有点难度的课程。 有限元方法(finite element method) 或有限元分析(finite element analysis)，是 求取复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具，是现代数字化科技的一种重要 基础性原理。将它用于在科学研究中，可成为探究物质客观规律的先进手段。将 它应用于工程技术中，可成为工程设计和分析的可靠工具。本课程教学基本内容 有固体力学和结构力学简介；有限元法基础；桁架、梁、刚架、二维固体、板和 壳、三维固体的有限元法；建模技术；热传导问题的有限元分析；PATRAN软件 的使用. 通过有限元分析课程学习使我了解和掌握了一些有限元知识： 1．简要了解二维和三维固体以及桁架、梁和板结构的三组基本力学方程，即表示位移-应变关系的几何方程，表示应力-应变关系的本构方程和表示内力-外力关系的平衡方程。 2．了解利用能量法形成有限元离散系统方程的基本原理，即哈密尔顿原理。掌握有限元分 析的基本方法及步骤，包括域的离散、位移插值、构造形函数、单元有限元方程 的建立、坐标变换、整体有限元方程的组装、整体有限元方程的求解技术。 3．具体深入的了解并掌握桁架结构、梁结构、刚架结构、二维固体、板和壳结构、三维固体的有限元法分析技术，包括他们具体的形函数构造，应变矩阵，局部坐标系和整体坐标系中的单元矩阵。各种结构的实例研究。 4．了解并掌握建立高质量建模所涉及的各种关键技术。包括单元类型的选择，单元畸形的限制，不同阶数单元混用时网格的协调性问题，对称性的应用（平面对称、轴对称、旋转对称、重复对称），由多点约束方程形成刚域及应用（模拟偏移、不同自由度单元的连接、网格协调性的施加）等，以及多点约束方程的求解。以PATRAN有限元通用软件为例了解一般商业有限元软件的组成及结构。掌握PATRAN软件的基本使用。利用PATRAN软件上机实践完成两个上机练习：刚架结构有限元分析和三维固体有限元分析。 课程的具体学习内容： 内容： 1.三节点三角形单元：单元分析、总刚度矩阵组装、引入约束条件修正总刚度 矩阵、载荷移置、方程求解； 2.四边形单元分析、四节点四面体单元分析、八节点六面体单元分析；
重庆大学研究生有限元大作业教学内容
重庆大学研究生有限 元大作业
课程研究报告 科目：有限元分析技术教师：阎春平姓名：色学号： 2 专业：机械工程类别：学术 上课时间： 2015 年 11 月至 2016 年 1 月 考生成绩： 阅卷评语： 阅卷教师 (签名)
有限元分析技术作业 姓名: 色序号: 是学号: 2 一、题目描述及要求 钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管，次梁为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235；该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间。主梁和次梁之间是固接。试对在垂直于玻璃平面方向的2kPa 的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷（人员与演出器械载荷）、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析。 二、题目分析 根据序号为069，换算得钢结构框架为11列13行。由于每个格子的大小为1×1（单位米），因此框架的外边框应为11000×13000（单位毫米）。 三、具体操作及分析求解 1、准备工作 执行Utility Menu：File → Clear＆start new 清除当前数据库并开始新的分析，更改文件名和文件标题，如图1.1。选择GUI filter，执行 Main Menu: Preferences → Structural → OK，如图1.2所示
图1.1清除当前数据库并开始新的分析 图1.2 设置GUI filter 2、选择单元类型。 执行Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add→ select→ BEAM188，如图2.1。之后点击OK(回到Element Types window) →Close
有限元分析实验报告
学生学号1049721501301实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析机电工程学院开课学院 指导老师姓名
学生姓名 学生专业班级机电研1502班 学年第学期2016—20152 实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁，另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直 向下的30KN的载荷与60kN的载荷，分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变，其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 方形截面悬臂梁模型建立1.1 建模环境：DesignModeler15.0。 定义计算类型：选择为结构分析。 定义材料属性：弹性模量为 2.1Gpa，泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 （1）绘制方形截面草图：在DesignModeler中定义XY平面为视图平面，并正 视改平面，点击sketching下的矩形图标，在视图中绘制10mmX10mm的矩形。 （2）拉伸：沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm，即可得到梁的三维模型，建模完毕，模型如下图 1.1所示。
图1.1方形截面梁模型 ：定义单元类型1.2 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分：通过选定边界和整体结构，在边界单元划分数量不变的情况下，通过分别改变节点数和载荷大小，对同一结构进行分析，划分网格如下图 1.2
所示： 图1.2网格划分 1.21定义边界条件并求解 本次实验中，讲梁的左端固定，将载荷施加在右端，施以垂直向下的集中 力，集中力的大小为30kN观察变形情况，再将力改为50kN，观察变形情况，给出应力应变云图，并分析。 （1）给左端施加固定约束； （2）给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力； 1.22定义边界条件如图1.3所示：
有限元分析及应用大作业
有限元分析及应用大作业 作业要求： 1）个人按上机指南步骤至少选择习题中3个习题独立完成，并将计算结果上交； 也可根据自己科研工作给出计算实例。 2）以小组为单位完成有限元分析计算； 3）以小组为单位编写计算分析报告； 4）计算分析报告应包括以下部分： A、问题描述及数学建模； B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界 条件处理、求解控制） C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判） D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的 影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等） 题一：图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较： 1）分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；（注意ANSYS中用四边形单元退化为三节点三角形单元） 2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算； 3）当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。 解：1.建模： 由于大坝长度>>横截面尺寸，且横截面沿长度方向保持不变，因此可将大坝看作无限长的实体模型，满足平面应变问题的几何条件；对截面进行受力分析，作
用于大坝上的载荷平行于横截面且沿纵向方向均匀分布，两端面不受力，满足平面应变问题的载荷条件。因此该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况P=98000-9800*Y；建立几何模型，进行求解；假设大坝的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3； 2：有限元建模过程： 2.1 进入ANSYS : 程序→ANSYS APDL 15.0 2.2设置计算类型: ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 2.3选择单元类型: ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182(三节点常应变单元选择Solid Quad 4node 182，六节点三角形单元选择Solid Quad 8node 183)→OK (back to Element Types window) →Option →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window) 2.4定义材料参数： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3 →OK 2.5生成几何模型： 生成特征点： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints→In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(1,5),4(0.45,5) →OK 生成坝体截面： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS →依次连接四个特征点，1(0,0),2(6,0),3(0,10) →OK 2.6 网格划分： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →依次拾取两条直角边:OK→input NDIV: 15 →Apply→依次拾取斜边:OK →input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh:Areas, Shape: tri, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window) 2.7 模型施加约束： 给底边施加x和y方向的约束： ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →On lines →pick the lines →OK →select Lab2:UX, UY →OK 给竖直边施加y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： 98000-9800*{Y}；3) File>Save(文件扩展名：func) →返回：Parameters →Functions →Read from file：将需要的.func文件打开，参数名取meng，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取竖直边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷为meng参数名→OK 2.8 分析计算： ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load
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
4m 5 m 2m 水 深 4 m 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Solid Quad 4node 42；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→ANSYSED 10.0 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: dam→Run 1.2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 1.3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→Options… →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window) 1.4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK ANSYS Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Density →
有限元分析报告大作业
基于ANSYS软件的有限元分析报告 机制1205班杜星宇U201210671 一、概述 本次大作业主要利用ANSYS软件对桌子的应力和应变进行分析,计算出桌子的最大应力和应变。然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为桌子的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。 二、问题分析 已知：桌子几何尺寸如图所示，单位为mm。假设桌子的四只脚同地面完全固定，桌子上存放物品，物品产生的均匀分布压力作用在桌面，压力大小等于300Pa，其中弹性模量E=9.3GPa，泊松比μ=0.35，密度ρ=560kg/m3，分析桌子的变形和应力。
将桌脚固定在地面，然后在桌面施加均匀分布的压力，可以看作对进行平面应力分析，桌脚类似于梁单元。由于所分析的结构比较规整且为实体，所以可以将单元类型设为八节点六面体单元。 操作步骤如下： 1、定义工作文件名和工作标题 （1）定义工作文件名：执行Utility Menu/ File/Change Jobname，在弹出Change Jobname 对话框修改文件名为Table。选择New log and error files复选框。 （2）定义工作标题：Utility Menu/File/ Change Title，将弹出Change Title对话框修改工作标题名为The analysis of table。 （3）点击：Plot/Replot。 2、设置计算类型 （1）点击：Main Menu/Preferences,选择Structural,点击OK。