盖梁内力分析有限元方法研究
文章编号:0451-0712(2008)01-0079-04 中图分类号:U441.5 文献标识码:B
桥梁柱式盖梁内力分析的有限元方法
葛占钊1
,胡国海2
,张耀元2
,黄 侨
1
(1.哈尔滨工业大学桥梁工程研究所 哈尔滨市 150090; 2.吉林省公路勘测设计院 长春市 130021)
摘 要:盖梁是桥梁下部结构的重要组成部分,也是重要受力构件之一,盖梁传统手算方法比较繁琐,大量的数据整理容易出错,并且效率低。有限元方法的出现,解决了这一难题,如要建立全桥空间模型,可以达到更真实的模拟效果,但相对也比较费时。本文通过实例,建立有限元简化模型与全桥空间模型,对盖梁内力进行计算,并对计算结果进行对比和理论分析,从而确定其简化计算模型的适用性,给出进一步完善的方法。
关键词:盖梁;简化模型;空间模型;内力分析
在实际工程中,盖梁作为简支梁(板)桥重要的承重构件,它承受着上部构造的恒载以及主梁传递
给它的活载效应,并将这些荷载传递至桥墩及基础。柱式桥墩因其简洁的造型及成熟、便利的施工工艺而被广泛采用。盖梁计算是常见的工程问题,传统计算方法多采用手算,但手算法比较麻烦、费时。随着有限元技术的迅速发展,促进了计算能力的提高,提高了工作效率。但要想比较准确地反映盖梁的受力状态,应建立空间模型。从桥梁上部到下部整体建模,虽然很多有限元软件均可做到,但也要花费大量时间。为此,在某些设计院中,有人提出了应用有限元软件“桥梁博士”或其他相关软件简化计算的分析方法,但这种方法计算结果一般偏大。
本文通过实例分析,应用桥博简化建模计算和
Midas 空间模型计算对比分析,从而验证上述简化计算的可靠性。适当的选择计算方法,既能提高工作效率,又能满足实际工程的精度要求。
本文采用的工程实例形式如下:上部结构由4片跨径为16m 的小箱梁组成,计算跨径为15.24m,桥宽为12.5m,设计荷载为公路Ⅰ级,盖梁尺寸见图1所示。现行规范规定:多柱式墩台的盖梁按连续梁计算;对于双柱式墩台,当盖梁的刚度与柱的刚度之比大于5时,可按简支(悬臂)梁计算。在此,假定盖梁的刚度与柱的刚度之比大于5,仅以此情况进行对比分析(对于按刚架结构模型计算,通过分析也具有类似的结论)。所以在两种计算方法中均采用简支(悬臂)梁的计算模型,以便进行对比分析
。
单位:cm
图1 盖梁结构尺寸
收稿日期:2007-09-03
公路 2008年1月 第1期 HIG HW A Y Jan .2008 N o .1
1 传统盖梁内力手算计算方法
1.1 计算图式
双柱式桥墩,当盖梁的刚度与墩柱的刚度比大于5时,为简化计算可以忽略节点不均衡弯矩的分配及传递,一般可按简支梁或悬臂梁进行计算和配筋,多柱式的盖梁可按连续梁计算,当盖梁计算跨径与梁高之比,对简支梁小于2,对连续梁小于2.5时,应按深梁计算。当盖梁的刚度与墩柱的刚度比小于5时,或桥墩承受较大横向力时,盖梁应作为横向刚架的一部分予以验算。
1.2 恒载内力计算
恒载包括上部结构恒载支点反力、盖梁自重,计算时首先根据上部结构情况计算上部结构恒载支点反力,将上部结构恒载通过支座传给盖梁,并计算出相应的盖梁内力值;再根据盖梁尺寸计算出盖梁本身自重的内力值,最后相加即可得到恒载作用下内力总量。
1.3 活载内力计算
(1)横桥向活载内力是通过活载横桥向位置的变化,应用横向分配系数来确定的。首先计算每个支座在各种工况下的分配系数。当荷载对称布置时用杠杆法计算;当荷载非对称布置时可用偏心压力法计算。计算中考虑的主要工况有:单列车对称布置、非对称布置;双列车对称布置、非对称布置;三列车对称布置、非对称布置等等。最后通过车道折减,取计算最大值;当有人群荷载时,计算中需分为单侧人群和双侧人群两种布置工况,亦取其最大值。
(2)在顺桥向活载移动情况下,需选取单孔布载和双孔布载两种工况,每种工况又相应与分配系数分为单列车和多列车情况,分别计算出纵向支座活载反力最大值,用于盖梁的内力计算。
(3)根据荷载横向分配系数,求出活载作用下各支座反力的最大值,再求出活载作用下盖梁各控制截面相应的内力值。
1.4 内力组合计算
最后把上述求得的恒载内力及活载最大工况内力进行组合,以确定盖梁最终极限内力效应值。在盖梁内力计算时,可考虑桩柱支承宽度对削减负弯矩尖峰的影响。
2 有限元简化模型计算盖梁内力分析
2.1 建立有限元简化模型
(1)有限元平面杆系单元分析理论。
简化计算模型中,采用平面梁单元有限元法,每个单元有i、j两个结点,每一结点有u、v、θ三个自由度。对于一般空间梁单元,每结点有6个自由度,其单元刚度矩阵为12×12的方阵。而平面梁单元每个结点有3个自由度,其单元刚度矩阵为6×6的方阵,可见平面单元要比空间单元计算量要少得多,计算速度快得多。
(2)模型的建立。
本模型应用通用有限元软件“桥梁博士3.0”建立盖梁模型(亦可应用其他相关软件建模,对于盖梁简化模型来说,其属平面杆系,结构简单、明了,应用任意相关软件都可以完成,只要思路正确,简化计算模型计算结果应无大差别,因此选用任意相关软件均可,不影响结论)。如图2,上部结构恒载按支座实际作用位置及大小以集中力形式加在相应节点位置;盖梁本身自重通过程序本身计入自重自行考虑。活载作用时,把各单元看作桥面单元,之后自定义特种活载,实现如图3所示的布置形式,移动范围为10.5m(此值通过上部结构活载横向移动范围确定),活载P的大小要根据两跨结构纵向影响线确定,如图4所示。根据现行《规范》的车道荷载,求出单个车道荷载作用下的支反力R=B1+B2,即求得作用在盖梁上的集中力P=R值。最后自定意荷载组合
。
图2 桥博盖梁模型
2.2 盖梁内力计算
根据所建模型,通过自定义的最不利荷载组合,
计算出各单元的最大及最小内力,并绘出包络图,见
图5、图6所示。
3 有限元全桥空间模型计算盖梁内力分析
3.1 有限元空间模型的建立
(1)梁格法的基本原理。
梁格法是有限元方法中的一种,是借助计算机—
80
— 公 路 2008年 第1期
单位:m
图3 自定义特
种荷载布置
图4
桥梁纵向荷载布置
图5 弯矩
包络图
图6 剪力包络图
空间分析桥梁上部结构的一种有效、实用方法。它的主要思路是将上部结构用一个等效梁格来模拟。将分散在板或梁的每一区段内的抗弯刚度和抗扭刚度集中于邻近的等效梁格内,实际结构的纵向刚度集
中于纵向梁格构件内,而横向刚度则集中于横向梁格构件内。
(2)应用Midas 建立空间模型。
有限元全桥空间模型就是通过空间有限元把上部结构及盖梁全部建出来,按车道横向布载,进行计算分析。在此采用梁格法,应用通用有限元软件Midas 建立空间模型,见图7所示。通过较符合实际结构的模型进行盖梁受力分析
。
图7 Midas 空间模型
—
81— 2008年 第1期 葛占钊等:桥梁柱式盖梁内力分析的有限元方法
3.2 内力计算
根据所建模型,进行内力计算,输出内力包络图见图8、图9所示,即可得到盖梁跨中及支点的内力值
。
图8
弯矩包络图
图9 剪力包络图
4 两种计算方法对比分析4.1 计算结果分析
通过以上两种方法的计算,我们可以得出表1的计算结果。
表1 两种计算方法内力计算值汇总
项 目
弯矩/(kN ·m )
剪力/k N
M max (跨中)
M min (支点)Q max (支点)Q min (支点)桥梁博士2408-19172115-2115Midas 2170-19091971-1968相对差值
238
-8
144
-147
从表1数据可以看出,两种计算方法支点负弯矩相差不大,而跨中正弯矩相差较大。分析表明,造成这种现象的原因是本例中所算结构上部为图10所示的4片梁结构,实际结构中盖梁中部不直接受力,结构比较接近图11的简化模型;但在“
桥梁博士”特种活载计算中,活载直接作用于盖梁的任意部
位,包括跨中截面,因此跨中弯矩值必然要大(偏离实际结构的受力状态)。通过图11分析,跨中影响线应采用图中实线部分,也就是解决这个问题的办法
是要对弯矩包络图中跨中一段恒弯区进行类似削峰的处理。依照此原理,对桥博简化模型计算的弯矩包络图进行削峰处理。从图上可知盖梁8号单元左截面和12单元右截面的弯矩值应更接近真值,因此从
桥梁博士计算的弯矩包络图中可以看出,实际跨中弯矩应为2177kN ·m ,此值与空间模型计算结果相比只相差7kN ·m ,可见取此值更合理一些;再看剪力,简化模型计算结果比全桥空间模型计算结果约大7%,结果虽偏大一些,但还是可以接受的。总的来看,简化模型计算结果均大于全桥空间模型计算结果,出现此现象主要原因是简化计算模型无法考虑一定的活载横向传递的影响,但相差值在工程上
是可以接受的,并且偏于安全。
图10 结构横断面
图11 结构简化模型及跨中影响线
4.2 从结构与力学角度分析
根据图11及从结构力学角度分析可知,当盖梁跨中有梁作用时,即在盖梁跨中有竖向力作用时,其弯矩包络图不需要类似削峰的处理.。以此时简化模型计算亦会比较真实,也就是说对于双柱式盖梁,当上部为奇数片梁时,无需进行类似削峰的处理,而偶数片梁时通过以上对比分析可知,计算结果跨中需要进行类似削峰的处理;同时我们还可从结构本身受力特点分析得知,当梁间距越小(即梁宽越窄),上部结构简化的次梁影响越小,其计算结果也越接近真实结构受力状态。5 结语
通过以上分析计算可以得出如下结论。(1)盖梁内力手算方法是最原始的计算方法,也是计算的基础,需正确理解其计算原理;全桥空间建模求解盖梁内力是最好的方法,但建模较繁琐,耗费时间,对于一般中小桥梁来说是很不必要的;对简化模型来说,通过以上对比分析可知其满足工程实际
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82— 公 路 2008年 第1期
文章编号:0451-0712(2008)01-0083-06 中图分类号:U446.1 文献标识码:B 水平转体独塔单索面斜拉桥静载试验研究
孙全胜1,王世杰2,孙永存3,岳英龙1
(1.东北林业大学 哈尔滨市 150040; 2.黑龙江工程学院 哈尔滨市 150050;
3.辽宁省公路勘察设计院 沈阳市 110003)
摘 要:绥芬河斜拉桥为独塔单索面、塔梁墩固结斜拉桥,采用水平转体施工,转体重量达14000t,在国内尚属首创。介绍了绥芬河斜拉桥静载试验的主要内容和方法,通过对实测数据的分析整理,得出单个测点数值占各测点数值总值比例的方法进行各工况间比较,可以有效地减小环境因素对数值的影响;独塔单索面斜拉桥横向刚度大,偏载效应不明显;采用塔、梁、墩固结设计合理,施工质量优良,桥梁刚度和承载能力满足设计要求。研究结果可为同类型桥梁的设计和成桥试验提供参考。
关键词:独塔斜拉桥;静载试验;校验系数
1 绥芬河斜拉桥概况
独塔单索面斜拉桥由于技术经济上的合理性和美学上的优越性,近些年来在世界范围内得到了迅猛发展。不久前建成的绥芬河斜拉桥,设计跨径为100m +100m的双孔独塔单索面斜拉桥,双向四车道,全宽23.5m。上部结构为预应力混凝土单箱三室,桥塔采用矩形塔,自桥面铺装以上主塔高61m;其中装饰性塔冠高6.0m,塔身高55.0m,采用箱形截面,顺桥向长5.0m,横桥向宽3.0m。斜拉索采用竖琴式布置,共计18对,设计车速为40km/h,该桥采用水平转体施工,转体重量达14000t,在国内尚属首创。该桥通车前进行了荷载试验,以检测桥跨结构的实际工作状态及桥跨结构在设计荷载作用下的工作性能,对桥梁结构做出总体评价,同时也是对国内施工水平的一个检验。全桥概貌见图1所示。
2 静载试验主要内容和方法
2.1 恒载作用下斜拉索索力测试
收稿日期:2007-07-20
需要的,也是偏于安全的。
(2)分析表明,应用有限元简化模型计算盖梁时,当上部结构具有奇数片梁时简化计算结果不需类似削峰的处理,基本符合原结构简化情况,弯矩计算结果比较接近空间模型计算结果;当上部结构具有偶数片梁时,简化计算结果通过跨中类似削峰的处理后也会基本符合结构简化情况,弯矩计算结果亦比较接近空间模型计算结果,即较接近真值;剪力计算中虽说偏大些,但在实际工程上偏于安全,也是相对合理的,所以在适当的情况下可以应用。
(3)通过计算和理论分析得知,上部结构主梁间距越小,其简化计算相对空间模型计算误差会越小,即越接近实际结构的受力状态,越接近真值。从图11中也可以定性的分析出来此结论。
(4)在现今快速建设时期,设计任务繁重,有一个好的计算方法尤为重要,可以提高设计者的工作效率。通过以上分析,充分验证了盖梁简化模型计算方法的适用性,并给出了完善方案,可以为今后桥梁设计者提供一定的参考依据。
参考文献:
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通出版社,1999.
公路 2008年1月 第1期 HIG HW A Y Jan.2008 N o.1
abaqus有限元分析过程
一、有限单元法的基本原理 有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元（FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。它在工程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。 有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。即应用有限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，并在每个单元上指定有限个结点，假设一个简单的函数（称插值函数）近似地表示其位移分布规律，再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法，建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程组，从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。由位移求出应变, 由应变求出应力 二、ABAQUS有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下几个阶段 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。
2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。 由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理， 并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到，这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。 “Part（部件） 用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。 Property（特性） 截面（Section）的定义包括了部件特性或部件区域类信息，如区域的相关材料定义和横截面形状信息。在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们赋于(Assign)部件。 Assembly（装配件） 所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部件。用户可使用Assembly模块生成部件的副本（instance），并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位，从而生成一个装配件。 一个ABAQUS模型只包含一个装配件。
有限元ansys静力分析的一个小例子
有限元 学院：机电学院 专业： 姓名： 学号：
一、问题描述 如图所示的平面，板厚为0.01m，左端固定，右端作用50kg的均布载荷，对其进行静力分析。弹性模量为210GPa，泊松比为0.25. 二、分析步骤 1．启动ansys，进入ansys界面。 2．定义工作文件名 进入ANSYS/Multiphsics的的程序界面后，单击Utility Menu菜单下File中Change Jobname的按钮，会弹出Change Jobname对话框，输入gangban为工作文件名，点击ok。 3．定义分析标题 选择菜单File-Change Title在弹出的对话框中，输入Plane Model作为分析标题，单击ok。 4．重新显示 选择菜单Plot-Replot单击该按钮后，所命令的分析标题工作文件名出现在ANSYS 中。 5．选择分析类型 在弹出的对话框中，选择分析类型，由于此例属于结构分析，选择菜单Main Menu：Preferences，故选择Structural这一项，单击ok。 6．定义单元类型 选择菜单Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete单击弹出对话框中的Add按钮，弹出单元库对话框，在材料的单元库中选Plane82单元。即在左侧的窗口中选取Solid单元，在右侧选择8节点的82单元。然后单击ok。 7．选择分析类型 定义完单元类型后，Element Type对话框中的Option按钮被激活，单击后弹出一个对话框，在Elenment behavior中选择Plane strs w/ thk，在Extra Element output 中，选择Nodal stress，单击close，关闭单元类型对话框。 8．定义实常数 选择菜单Main Menu-Preprocessor-Real Constants Add/Edit/Delete执行该命令后，在弹出Real Constants对话框中单击Add按钮，确认单元无误后，单击ok，弹出Real Constants Set Number 1，for Plane 82对话框，在thickness后面输入板的厚度0.01单击ok，单击close。 9．定义力学参数 选择菜单Main Menu-Preprocessor-Material Props-Material Model 在弹出的对
有限元分析理论基础
有限元分析概念 有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件 有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。 有限元分析：是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。并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。 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类：
1）材料非线性问题 材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2）几何非线性问题 几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。 3）非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。
有限单元法与有限元分析
有限单元法与有限元分析 1.有限单元法 在数学中，有限元法（FEM，Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。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。 随着电子计算机的发展，有限单元法是迅速发展成一种现代计算方法。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。 1.1.有限元法分析本质 有限元法分析计算的本质是将物体离散化。即将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算精度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理，则所获得的结果就与实际情况相符合。 1.2.特性分析 1）选择位移模式： 在有限单元法中，选择节点位移作为基本未知量时称为位移法；选择节点力作为基本未知量时称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以，在有限单元法中位移法应用范围最广。 当采用位移法时，物体或结构物离散化之后，就可把单元总的一些物理量如
111ANSYS进行有限元静力学分析
经典理论 一、设计大纲概述 1、设计目的 （1）熟悉有限元分析的基本原理和基本方法； （2）掌握有限元软件ANSYS的基本操作； （3）对有限元分析结果进行正确评价。 2、设计原理 利用ANSYS进行有限元静力学分析。 3、设计仪器设备 1）安装windows 2000以上版本的微机； 2）ANSYS 8.0以上版本软件。 4、实验内容与步骤 1）熟悉ANSYS的界面和分析步骤； 2）掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置； 3）掌握ANSYS求解和后处理的一般方法； 4）实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。 二、题目： 如图试样期尺寸为100mm*5mm*5mm,下端固定，上端受拉 力10000N作用。已知该试样材料的应力-应变曲线如图 所示。计算试样的位移分布。
三、分析步骤： 分析：从应力-应变关系可以看出该材料的屈服极限是225MPa 左右，弹性部分曲线的斜率为常数75GPa。之后材料进入塑性变形阶段，应力-应变关系为非线性的。估计本题应力10000/（0.05*.005）=400MPa,因此材料屈服进入塑性，必须考虑材料非线性影响。 （1）建立关键点。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In ActiveCS，建立两个关键点（0，0，0）和（0，100， 0）。 （2）建立直线。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Staight Line,在关键点1、2之间建立直线。 （3）定义单元类型。单击菜单Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete, 定义单元Structural>Link>2D spar1(LINK1) （4）定义单元常数。单击菜单Main Menu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,
4-第3章 有限元分析的力学基础
第3章有限元分析的力学基础 由固体材料组成的具有一定形状的物体在一定约束边界下（外力、温度、位移约束等）将产生变形(deformation)，该物体中任意一个位置的材料都处于复杂的受力状态之中，本章将定义用于刻画任意形状弹性变形体的力学变量和表达这些变量之间的关系。具体地，将在五个简化条件下，定义有关位移、变形、力的三大类变量，推导这些变量之间的三大类方程，给出典型的两类边界条件，本章的主要内容就是弹性力学中的基础部分。 3.1 变形体的描述、变量定义、分量表达 3.1.1 变形体 在外力的作用下，若物体内任意两点之间发生相对移动，这样的物体叫做变形体(deformed body)，它与材料的物理性质密切相关。如果从几何形状的复杂程度来考虑，变形体又可分为简单形状变形体和任意形状变形体。简单变形体如杆、梁、柱等，材料力学和结构力学研究的主要对象就是简单变形体，而弹性力学则处理任意形状变形体。有限元方法所处理的对象为任意形状变形体，因而，弹性力学中有关变量和方程的描述将是有限元方法的重要基础。 3.1.2 基本变量 当一个变形体受到外界的作用(如外力或约束的作用)时，如何来描述它？首先，我们可以观察到物体在受力后产生了内部和外部位置的变化，因此，物体各点的位移应该是最直接的变量，它将受到物体的形状、组成物体的材质以及外力的影响，变形体的完整描述如图3.1所示。 图3.1 变形体的描述 描述位移是最直接的，因为可以直接观测，描述力和材料特性是间接的，需要我们去定义新的变量，如图3.2所示，可以看出应包括位移、变形程度、受力状态这三个方面的变量，当然，还应有材料参数来描述物体的材料特性。
有限元分析过程
有限元分析过程可以分为以下三个阶段： 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。 2.计算阶段: 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 注意：在上述三个阶段中，建立有限元模型是整个有限分析过程的关键。首先，有限元模型为计算提供所以原始数据，这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度；其次，有限元模型的形式将对计算过程产生很大的影响，合理的模型既能保证计算结构的精度，又不致使计算量太大和对计算机存储容量的要求太高；再次，由于结构形状和工况条件的复杂性，要建立一个符合实际的有限元模型并非易事，它要考虑的综合因素很多，对分析人员提出了较高的要求；最后，建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当大的比重，约占整个分析时间的70%，因此，把主要精力放在模型的建立上以及提高建模速度是缩短整个分析周期的关键。 原始数据的计算模型，模型中一般包括以下三类数据： 1.节点数据: 包括每个节点的编号、坐标值等； 2.单元数据： a.单元编号和组成单元的节点编号；b.单元材料特性，如弹性模量、泊松比、密度等；c.单元物理特征值，如弹簧单元的刚度系数、单元厚度、曲率半径等；d.一维单元的截面特征值，如截面面积、惯性矩等；e.相关几何数据 3.边界条件数据：a.位移约束数据；b.载荷条件数据；c.热边界条件数据；d.其他边界数据. 建立有限元模型的一般过程： 1.分析问题定义 在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何模型。总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点： a.结构类型； b.分析类型； c.分析内容； d.计算精度要求； e.模型规模； f.计算数据的大致规律 2.几何模型建立 几何模型是从结构实际形状中抽象出来的，并不是完全照搬结构的实际形状，而是需要根据结构的具体特征对结构进行必要的简化、变化和处理，以适应有限元分析的特点。 3.单元类型选择 划分网格前首先要确定采用哪种类型的单元，包括单元的形状和阶次。单元类型选择应根据结构的类型、形状特征、应力和变形特点、精度要求和硬件条件等因素综合进行考虑。
有限元建模基本原则
?确保精度 ?控制规模 ?确保精 度: 表格1:误差分析及处理 即使采用较少的单元和较低的差值函数阶次，也能获得较满意的离散精度。例如，假设场函数在整个结构内的分布是二次函数，则用一个二次单元离散就能得到场函数的精确解。如果场函数是线性或接近于线性分布，则用线性单元离散也能得到很好的离散精度。但实际问题的场函数往往很复杂（如存在应力集中），在整个结构内很难遵循某一种函数规律，某些部位可能按高阶函数规律分布，某些部位又可能接近低阶函数的性质。故，在划网格时，结构内的不同部位可能采用不同密度和阶次的网格形式。 综上所述：提高精度的措施： 1?提高单元阶次（单元插值函数完全多项式的最高次数） 阶次越高，插值函数越能逼近复杂的真实场函数，物理离散精度越高。 其次，高阶单元的边界可以是曲线或曲面，因此在离散具有曲线或曲面边界 的结构时，几何离散误差也较线性单元小。所以当结构的场函数和形状较复杂时，可以采用这种方法来提高精度。 单元的阶次越高，收敛速度越快。 2?增加单元数量 等同于减小单元尺寸，尺寸减小时，单元的插值函数和边界能够逼近结构的 实际的场函数和实际边界，物理和几何离散误差都将减小。当模型规模不太大时, 可以采用这种方法提高精度。 但是值得注意的是：精度随着单元数量增加是有限的，当数量增加到一定程
度后，继续增加单元数量，精度却提高甚微，再采用这种方法就不经济了。实际操作时可以比较两种单元数量的计算结果，如果两次计算的差别较大，可以继续增加单元数量，否则停止增加。 3.划分规则的单元形状 单元形状的好坏将影响模型的局部精度，如果模型中存在较多的形状较差的单元，则会影响整个模型的精度。 直观上看，单元各条棱边或各个内角相差不大的形状是较好的形状。 4.建立与实际相符的边界条件 如果模型边界条件与实际工况相差较大，计算结果就会出现较大的误差，这 种误差有时甚至会超过有限元法本身带来的原理性误差。 可采用组合结构模型法，这种方法可以较好地考虑影响较大的结构间的相互作用，避免人为设置边界条件带来的误差。或采用一些测试结果，将计算值与测试值进行比较，以逐步将边界条件调整合理。 5.减少模型规模 计算误差与运算次数有关，运算次数越多，误差累计就可能越大，所以采取适当的措施降低模型规模，减少运算次数，也可能提高计算精度。 模型规模直观上可以用节点数和单元数来衡量，一般讲，节点数和单元数越多，模型规模越大，反之则越小。 在估计模型规模时，除考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数，总刚度矩阵的阶次等于节点数与其自由度数的乘积，即结构的总自由度数。 减小模型规模的方法： （1）对模型进行处理：建立几何模型时，并不总是照搬结构的原有形状和尺寸，有时要做适当的简化和变换处理。合理的近似和变换可以降低模型规模，而仍然保持一定的工程精度要求。几何模型的处理方法有：降维处理、细节简化、等效变化、对称性利用和划分局部结构等。 此处很重要，参考《有限元法-原理、建模及应用》第二版.杜平安编著154 页.左下角 （2）采用子结构法：将一个复杂的结构从几何上分割为一定数量的相对简单的子结构，首先对每个子结构进行分析，然后将每个子结构的计算结果组集成整体结构的有限元模型。这种模型比直接离散结构所得到的模型要相对简单的多，从而使模型规模得到控制。这种方法适用于静力分析和动力分析。还有三种方法，不适合初级学者，待续… 看abaqus视频时了解到，对于三角形单元，一般要用二阶单元来提高精度，二阶单元会增加自由度数；但对于四边形或六面体单元，一般一阶单元已有很好的精度，不必使用二阶单元。
有限元分析基础
有限元分析基础 第一章有限元法概述 在机械设计中，人们常常运用材料力学、结构力学等理论知识分析机械零构件的强度、刚度和稳定性问题。但对一些复杂的零构件，这种分析常常就必须对其受力状态和边界条件进行简化。否则力学分析将无法进行。但这种简化的处理常常导致计算结果与实际相差甚远，有时甚至失去了分析的意义。所以过去设计经验和类比占有较大比重。因为这个原因，人们也常常在设计中选择较大的安全系数。如此也就造成所设计的机械结构整体尺寸和重量偏大，而局部薄弱环节强度和刚度又不足的设计缺陷。 近年来，数值计算机在工程分析上的成功运用，产生了一门全新、高效的工程计算分析学科——有限元分析方法。该方法彻底改变了传统工程分析中的做法。使计算精度和计算领域大大改善。 §1.1 有限元方法的发展历史、现状和将来 一，历史 有限元法的起源应追溯到上世纪40年代（20世纪40年代）。1943年R.Courant从数学的角度提出了有限元法的基本观点。50年代中期在对飞机结构的分析中，诞生了结构分析的矩阵方法。1960年R.W.Clough在分析弹性力学平面问题时引入了“Finite Element Method”这一术语，从而标志着有限元法的思想在力学分析中的广泛推广。 60、70年代计算机技术的发展，极大地促进了有限元法的发展。具体表现在： 1）由弹性力学的平面问题扩展到空间、板壳问题。 2）由静力平衡问题——稳定性和动力学分析问题。 3）由弹性问题——弹塑性、粘弹性等问题。 二，现状 现在有限元分析法的应用领域已经由开始时的固体力学，扩展到流体力学、传热学和电磁力学等多个传统的领域。已经形成了一种非常成熟的数值分析计算方法。大型的商业化有限元分析软件也是层出不穷，如： SAP系列的代表SAP2000（Structure Analysis Program） 美国安世软件公司的ANSYS大型综合有限元分析软件 美国航天航空局的NASTRAN系列软件 除此以外，还有MASTER、ALGO、ABIQUES、ADINA、COSMOS等。 三，将来 有限元的发展方向最终将和CAD的发展相结合。运用“四个化”可以概括其今后的发展趋势。那就是：可视化、集成化、自动化和网络化。 §1.2 有限元法的特点 机械零构件的受力分析方法总体说来分为解析法和数值法两大类。如大家学过的材料力学、结构力学等就是经典的解析力学分析方法。在这些解析力学方法中，弹性力学的分析方法在数学理论上是最为严谨的一种分析方法。 其解题思路是：从静力、几何和物理三个方面综合考虑，建立描述弹性体的平衡、应力、应变和位移三者之间的微分方程，然后考虑边界条件，从而求出微分方程的解析解。其最大的有点就是，严密精确。缺点就是微分方程的求解困难，很多情况下，无法求解。 数值方法是一种近似的计算方法。具体又分为“有限差分法”和“有限元法”。 “有限差分法”是将得到的微分方程离散成近似的差分方程。通过对一系列离散的差分
有限元分析步骤
有限元建模与分析 有限元分析（FEA）是一种预测结构的偏移与其它应力影响的过程，有限元建模（FEM）将这个结构分割成单元网格以形成实际结构的模型，每个单元具有简单形态（如正方形或三角形）。这样有限元程序就有了可写出在刚度矩阵结构中控制方程方面的信息。每个单元上的未知量就是在节点上的位移，这个点就是单元元的连接点。有限元程序将这些单个单元的刚度矩阵组合起来以形成整个模型的总刚度矩阵，并给予已知力和边界条件来求解该刚度矩阵以得出未知位移，从节点上位移的变化就可以计算出每个单元中的应力。 有限单元由假定的应变方程式导出，有些单元可假设其应变是常量，而另外一些可采用更高阶的函数。利用给定单元的这些方程和实际几何体，则可以写出外力和节点位移之间的平衡方程。对于单元的每个节点来说，每个自由度就有一个方程，这些方程被十分便利地写成矩阵的形式以用于计算机的演算中，这个系数的矩阵就变成了一个显示出力对位移的关系的刚度矩阵：{F}=[K]、{d} 尽管求知量处于离散的自由度，内部方程仍被写成表述为连续集的应变函数。这就意味着如果选择了正确单元的话，纵然这个有限元模型有一组离散的方程，只要用有限的节点和单元也可以收敛出正确的答案。 有限元模型是解决全部结构问题的完全理想的模型。这些问题包括节点的定位，单元，物理的和材料的特性，载荷和边界条件，根据分析类型的不同，如静态结构载荷，动态的或热力分析，这个模型就确定得不同。 一个有限元模型常常由不止一种单元类型来建立，有限元模型是以结构的偏移来建立成数学模型，而不只是在外观上象原结构。也许某个零件用梁单元最好，而另外的零件则可能用薄壳单元最理想。 对于给定的问题来讲，求解结果的准确性将取决于结构建模的好坏，负载和边界条件的确定，以及所用单元的精度。 一般来讲，如模型细分更小的单元，则求解将更准确。了解你在最终的求解结果上有充分收敛的唯一确信的方法是用更细网格的单元来建立更多的模型，以检查求解结果的收敛性。 新的有限元用户经常产生想象上的错误，即建立一个有限元模型的目的是建立一个看起来象这种结构的模型。有限元建模的目的是建立一个从数学意义是“相似”的模型，而不是一个外观相似的模型。一个有经验的使用者学会了怎样选择单元的正确类型，和在模型的不同区域中怎样来细分网格。 一个经常忽略的错误根源是在一个模型中的负载和边界条件上进行了错误的假设。同时也很轻易地相信一个有限元模型的每个十进位的结果。以及忘掉了在负载和边界条件上粗糙的假设。如果有一个关于怎样建立边界条件模型的问题的话，宁可用你的模型以不同的方法去测试其灵敏度，而不是仅遵循一种方法，得出一种答案，
ansys有限元建模与分析实例,详细步骤
《有限元法及其应用》课程作业ANSYS应用分析 学号： 姓名： 专业：建筑与土木工程
角托架的有限元建模与分析 一 、模型介绍 本模型是关于一个角托架的简单加载，线性静态结构分析问题，托架的具体形状和尺寸如图所示。托架左上方的销孔被焊接完全固定，其右下角的销孔受到锥形压力载荷，角托架材料为Q235A 优质钢。角托架材料参数为：弹性模量366E e psi =；泊松比0.27ν= 托架图（厚度：0.5） 二、问题分析 因为角托架在Z 方向尺寸相对于其在X,Y 方向的尺寸来说很小，并且压力荷载仅作用在X,Y 平面上，因此可以认为这个分析为平面应力状态。 三、模型建立 3.1 指定工作文件名和分析标题 （1）选择菜单栏Utility Menu →File →Jobname 命令.系统将弹出Jobname(修改文件名)对话框,输入bracket （2）定义分析标题 GUI ：Utility Menu>Preprocess>Element Type>Add/Edit/Delete 执行命令后，弹出对话框，输入stress in a bracket 作为ANSYS 图形显示时的标题。 3.2设置计算类型 Main Menu: Preferences … →select Structural → OK 3.3定义单元类型 PLANE82 GUI ：Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete 命令，系统将弹出Element Types 对话框。单击Add 按钮，在对话框左边的下拉列表中单击Structural Solid →Quad 8node 82，选择8节点平面单元PLANE82。单击ok ，Element Types 对话框，单击Option ，在Element behavior 后面窗口中选取Plane strs w/thk 后单击ok 完成定义单元类型。 3.4定义单元实常数 GUI ：Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete ，弹出定义实常数对话框，单击Add ，弹出要定义实常数单元对话框，选中PLANE82单元后，单击OK →定义单元厚度对话
有限元分析基础教程
有限元分析基础教程
前言 有限元分析已经在教学、科研以及工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具；该基础教程力求提供具备现代特色的实用教程。在教材的内容体系上综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、实例分析这几个方面，按照教科书的方式深入浅出地叙述有限元方法，并体现出有限元原理“在使用中学习，在学习中使用”的交互式特点，在介绍每一种单元的同时，提供完整的典型推导实例、MATLAB实际编程以及ANSYS应用数值算例，并且给出的各种类型的算例都具有较好的前后对应性，使学员在学习分析原理的同时，也进行实际编程和有限元分析软件的操作，经历实例建模、求解、分析和结果评判的全过程，在实践的基础上深刻理解和掌握有限元分析方法。 一本基础教材应该在培养学员掌握坚实的基础理论、系统的专业知识方面发挥作用，因此，教材不但要提供系统的、具有一定深度的基础理论，还要介绍相关的应用领域，以给学员进一步学习提供扩展空间，本教程正是按照这一思路进行设计的；全书的内容包括两个部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。在基本原理方面，以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建等一系列规范的方式进行介绍；在阐述有限元分析与应用方面，采用典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例的方式，以体现出分析建模的不同阶段和层次，引导学员领会有限元方法的实质，还提供有大量的练习题。 本教程的重点是强调有限元方法的实质理解和融会贯通，力求精而透，强调学员综合能力(掌握和应用有限元方法)的培养，为学员亲自参与建模、以及使用先进的有限元软件平台提供较好的素材；同时，给学员进一步学习提供新的空间。 本教程力求体现以下特点。 (1)考虑教学适应性：强调对学员在数学原理、分析建模、软件应用几个方面的培养目标要求，注重学员在工程数值方面的基础训练，培养学员“使用先进软件＋分析实际问题”的初步能力。 (2)考虑认知规律性：力求按照有限元分析方法的教学规律和认知规律，在教材中设计了“基本变量、基本方程、求解原理、单元构建”这样的模块；并体现出有限元原理“在使用中学习，在学习中使用”的交互式特点，在介绍每一种单元的同时，提供实用的MATLAB实际编程和数值实例；在每一章还进行要点总结，给出典型例题，以引导学员领会有限元方法的实质，体现教材的启发性，有利于激发学员学习兴趣和便于自学。 (3)考虑结构完整性：本教程提供完整的教材结构：绪论、正文、典型例题、基于MATLAB的编程算例与数值算例、具有一定深度的ANSYS算例、各章要点、习题、专业术语的英文标注、关键词中文和英文索引、参考文献，便于学员查阅。 (4)内容上的拓展性：除基本内容外，还介绍了较广泛的应用领域，包括：静力结构分析、结构振动分析、传热过程分析、弹塑性材料分析；提供了有关的典型问题的建模详细分析过程，基本上反映了有限元分析在一些主要领域的应用状况及建模方法。 (5)编排上的逻辑性：本教程力求做到具有分明的层次和清楚的条理，在每一章中重点突出有限元方法的思想、数理逻辑及建模过程，强调相应的工程概念，提供典型例题及详解，许多例题可作为读者进行编程校验的标准考题(Benchmark)，还提供了对应的MATLAB编程算例与ANSYS算例，特别是介绍了基于APDL参数化的ANSYS建模方法，并给出具体的实例，力求反映有限元分析的内在联系及特有思维方式。
有限元法分析与建模
有限元法分析与建模课程设计报告 学院：机电学院 专业：机械设计制造及其自动化指导教师：张昌春刘建树王洪新 林华周小超 学生：李珠 学号：2012010612 2016-1-7
摘要 有限元分析已经在教学、科研以工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具：综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、事例分析这几个方面。而本软件含有多种有限元分析的能力，包括性简单的静态分析到复杂的非线性动态分析。一个典型的ANSYS分析过程可以分为三步：建立模型、加载并求解、查看分析结果。处于初学期的我们应该强调有限元的实质理解和融会贯通。 关键词：有限元，建立模型，加载并求解，查看分析结果，ANSYS
目录 目录 ................................................................................................................................................. I 第一章引言............................................................................................................................... - 1 - 1.1有限元法及其基本思想................................................................................................ - 1 - 1.2本文所研究问题定义分析............................................................................................ - 1 - 第二章有限元分析的准备工作................................................................................................... - 2 - 2.1进入ANSYS新建文件.................................................................................................... - 2 - 2.2 ANSYS偏好设置............................................................................................................ - 2 - 2.3设置单元类型................................................................................................................ - 3 - 2.4定义材料参数................................................................................................................ - 4 - 2.5生成几何模型................................................................................................................ - 5 - 2.5.1生成特征点.......................................................................................................... - 5 - 2.5.2生成球体截面...................................................................................................... - 6 - 2.6 创建网格....................................................................................................................... - 8 - 第三章有限元模型的前处理和求解........................................................................................ - 11 - 3.1模型施加约束.............................................................................................................. - 11 - 3.1.1给水平直边施加约束....................................................................................... - 11 - 3.1.2给竖直边施加约束........................................................................................... - 11 - 3.1.3给内弧施加径向的分布载荷........................................................................... - 12 - 3.2求解结果...................................................................................................................... - 14 - 第四章有限元模型的后处理和结果分析................................................................................. - 16 - 4.1 结果显示..................................................................................................................... - 16 - 4.2 退出系统..................................................................................................................... - 18 - 总结..................................................................................................................................... - 20 - 参考文献..................................................................................................................................... - 21 -
有限元分析过程
有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下三个阶段：1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。2.计算阶段: 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。注意：在上述三个阶段中，建立有限元模型是整个有限分析过程的关键。首先，有限元模型为计算提供所以原始数据，这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度；其次，有限元模型的形式将对计算过程产生很大的影响，合理的模型既能保证计算结构的精度，又不致使计算量太大和对计算机存储容量的要求太高；再次，由于结构形状和工况条件的复杂性，要建立一个符合实际的有限元模型并非易事，它要考虑的综合因素很多，对分析人员提出了较高的要求；最后，建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当大的比重，约占整个分析时间的70%，因此，把主要精力放在模型的建立上以及提高建模速度是缩短整个分析周期的关键。原始数据的计算模型，模型中一般包括以下三类数据：1.节点数据: 包括每个节点的编号、坐标值等；2.单元数据：a.单元编号和组成单元的节点编号；b.单元材料特性，如弹性模量、泊松比、密度等；c.单元物理特征值，如弹簧单元的刚度系数、单元厚度、曲率半径等；d.一维单元的截面特征值，如截面面积、惯性矩等；e.相关几何数据3.边界条件数据：a.位移约束数据；b.载荷条件数据；c.热边界条件数据；d.其他边界数据.建立有限元模型的一般过程：1.分析问题定义在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何模型。总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点：a.结构类型； b.分析类型； c.分析内容； d.计算精度要求； e.模型规模； f.计算数据的大致规律2.几何模型建立几何模型是从结构实际形状中抽象出来的，并不是完全照搬结构的实际形状，而是需要根据结构的具体特征对结构进行必要的简化、变化和处理，以适应有限元分析的特点。3.单元类型选择划分网格前首先要确定采用哪种类型的单元，包括单元的形状和阶次。单元类型选择应根据结构的类型、形状特征、应力和变形特点、精度要求和硬件条件等因素综合进行考虑。4.单元特性定义有限元单元中的每一个单元除了表现出一定的外部形状外，还应具备一组计算所需的内部特征参数，这些参数用来定义结构材料的性能、描述单元本身的物理特征和其他辅助几何特征等.5.网格划分网格划分是建立有限元模型的中心工作，模型的合理性很大程度上可以通过所划分的网格形式反映出来。目前广泛采用自动或半自动网格划分方法，如在Ansys中采用的SmartSize网格划分方法就是自动划分方法。6.模型检查和处理一般来说，用自动或半自动网格划分方法划分出来的网格模型还不能立即应用于分析。由于结构和网格生成过程的复杂性，划分出来的网格或多或少存在一些问题，如网格形状较差，单元和节点编号顺序不合理等，这些都将影响有限元计算的计算精度和计算时间。7.边界条件定义在对结构进行网格划分后称为离散模型，它还不是有限元模型，只有在网格模型上定义了所需要的各类边界条件后，网格模型才能成为完整的有限元模型。计算机几何建模方法㈠.几何模型的形式1.线框模型：用组成结构的棱边表示结构形状和大小的模型称为线框模型，或线架模型。它是使用最早的几何模型，其特点是数据量少、数据结构简单、算法处理方便，模型输入可以通过定义线段端点坐标来实现。但是这种模型有很大的局限性，它的几何描述能力差，只能提供一个框架，对几何形状的理解很容易产生多义性，也不能计算结构的重量、