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