有限元分析及优化设计.docx
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有限元分析及优化设计
《有限元分析及优化设计》
实验指导书
桂林电子科技大学机电工程学院
庄未编
2012年05月
实验一:
平面问题的结构分析计算
1.实验目的
了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；熟悉在计算机上运用ANSY歎件的基本步骤和方法；结合具体平面问题实例，利用ANSY软件进行计算分析；时间许可，可对上述实例利用有限元方法进行计算，并与ANSYS计算结果进行分析比较.
2.实验内容
1.结合具体平面问题实例，利用ANSY歎件进行计算分析；
2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；
3对计算结果进行比较分析与讨论；
4.时间许可，可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较.
3.实验预习报告内容要求
实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：
复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等，建立有限元模型应包含的内容；
提供具体平面问题的结构简图，画出计算模型；对给定的平面问题实例的结果进行预估，以供计算后进行比较讨论用；
4.上机实践举例
一）如图1所示的6结点4单元平面应力平板问题.各三角形单元的直角边的长度为a=10mm假设平板的厚度t=5mm材料均匀,其弹性模量E=200GPa,泊
松比」=0.3.今在结点1处，竖直向下作用一个力P=1,若不计平板重量（即设容
重=0）.利用ANSY软件进行分析
P
图1
）、求解下图所示的平面问题。
上机作业三
计算含孔薄扳受転向羟仲时的应力分布.
（J
[||[,
丨「
板岸Imm
1
1
B
A
§
r=6«.*Xl（PMPat^1=0.3
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1
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JUiiun
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1
1111
1111
实验二：
轴对称实体结构静力有限元分析
1.实验目的
了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；
熟悉在计算机上运用ANSY歎件的基本步骤和方法；
结合具体实体问题实例，利用ANSY软件进行计算分析；
时间许可，可对上述实例利用有限元方法进行计算，并与ANSYS计算结
果进行分析比较.
2.实验内容
1.结合具体实体冋题实例，利用ANSY歎件进行计算分析；
2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；
3对计算结果进行比较分析与讨论；
4.时间许可，可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较•
3.实验预习报告内容要求
实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：
复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等，建立有限元模型应包含的内容；
提供具体实体问题的结构简图，画出计算模型；对给定的实体问题实例的结果进行预估，以供计算后进行比较讨论用；
4.上机实践举例
下图为某軸对称压力缸简化结枸示意图「其几何券数如图所示，材料参数为E=200GPa,m=03,屈服极限os=275MPa.求压力扛所能承受的最圮压力.
实验三:
杆系结构有限元分析计算
1.实验目的
了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；熟悉在计算机上运用ANSY歎件的基本步骤和方法；
结合具体杆实例,利用ANSYS软件的交互模式（InteractiveMode/GUI
方式）进行计算分析；
对所取的具体实例的ANSYS计算结果，进行分析比较与讨论；时间许可，可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较.
2.实验内容
1.结合具体梁与刚架结构实例，利用ANSY软件进行计算分析；
2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；
3对计算结果进行讨论分析；
4.对上述实例的计算结果,与用其他方法进行计算得到的结果作分析比较。
3.实验预习报告内容要求
实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：
复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等,建立有限元模型应包含的内容；
提供具体梁实例的结构简图,画出计算模型；对给定的实例的结果进行预估,以供计算后进行比较讨论用；
4.上机实践举例
用ANSYS求解如图所示三杆平面桁架的问题
图三杆平面桁架
222
已知：
各杆的面积为Ai=32.30e-4m,A2=38.70e-4m,A3=25.80e-4m,各杆的弹性模量为Ei=6.9E10N/m2,E2=E3=20.7e10N/m2,横杆与竖杆的长度a=2.54m，桁架结构所受的载荷为P1x=111000N,P2x=22200N
用ANSYS求解的命令流:
/UNITS,SI!
国际单位制
进入前处理器
2
!
A1=32.30e-4m
2
!
A2=38.70e-4mi
2
!
A3=25.80e-4m
2
!
E1=6.9E10N/m
2
!
E2=E3=20.7e10N/m
!
节点坐标
/TITLE,EXP1-2A:
TRUSSSTRUCTURALANASYS/PREP7
ET,1,LINK1
R,1,32.3E-4
R,2,38.7E-4
R,3,25.8E-4
MP,EX,1,6.9E10
MP,EX,2,20.7E10
N,1,2.54,2.54
N,2,2.54,0
N,3,0,0
!
单元信息
TYPE,1
REAL,1
MAT,1
E,2,3
TYPE,1
REAL,2
MAT,2
E,1,2
TYPE,1
REAL,3
MAT,2
E,1,3
FINISH
/SOLU！
进入求解处理器
ANTYE,STATIC！
静力分析OUTPR,BASIC,ALL
D,3,ALL,0！
进行边界处理
D,2,UY,0
F,1,FX,111000！
加入节点载荷
F,1,FY,22200
ALLSEL
SOLVE
FINISH
/POST1！
进入后处理器
PLDISP！
显示数据列表（列出变形资料）
PRDISP！
显示图形列表（检查变形图）
FINISH
注：
用命令流运行的具体方法是：
1．用记事本编辑完命令流，存盘时以*.log为后缀名。
2．启动ANSYS
3.点击FILE下的READINPUTFROM-这时弹出寻找文件对话框找到刚才做好的文件，再点击确定按钮。
这时ANSYS将运行完程序。
三、求解结果
PRINTDOFNODALSOLUTIONPERNODE
*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****
LOADSTEP=1SUBSTEP=1
TIME=1.0000LOADCASE=0
THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATES
NODEUXUY
10.17747E-02-0.28156E-03
20.00000.0000
30.00000.0000
MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE11
VALUE0.17747E-02-0.28156E-03
四.结论
使用ANSYS求解的结果与手工有限元方法求解的结果相同，验
证了ANSYS求解的正确性。
实验四：
刚架结构有限元分析
1.实验目的
了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；
熟悉在计算机上运用ANSY歎件的基本步骤和方法；
结合具体杆、梁与刚架实例，利用ANSYS软件的交互模式（InteractiveMode/GUI方式）进行计算分析；
对所取的具体实例的ANSYS计算结果，进行分析比较与讨论；
时间许可，可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较.
2.实验内容
1.结合具体梁与刚架结构实例，利用ANSY软件进行计算分析；
2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；
3对计算结果进行讨论分析；
4.对上述实例的计算结果,与用其他方法进行计算得到的结果作分析比较。
3.实验预习报告内容要求
实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：
复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等,建立有限元模型应包含的内容；
提供具体梁实例的结构简图,画出计算模型；对给定的实例的结果进行预估,以供计算后进行比较讨论用；
4.上机实践
如下图所示，有一左段全固定的长为500mm宽为50mm厚为10mmt勺悬臂梁，在梁的中间施加大小为100N的向下的力，在梁的右半部分施加1000N/m的均布载荷，梁的弹性模量为200GPa泊松比为0.3。
利用ANSYS^件对该梁进行分析。
一）利用ANSYS（GUI方式）进行悬臂梁分析的建模过程：
1.定义关键点：
preprocessor>modeling>creat>keypoints>inactiveCS
2.定义直线：
preprocessor>modeling>creat>lines>lines>straightline
3.选择单元，选择BEAM3单元，
preprocessor>elementtyupe>add/edit/delete
4.定义BEAM3单元横截面几何参数，preprocessor>realconatanta>add在弹出的realconstantsforbeam3窗口中输入梁单元实常数：
梁横截面面积（cross-sedctionalarea:
100
面积转动惯量（areamomentofinertiaIZZ）:
833.333梁的高度（totalbeamheigh）:
10
5.定义材料属性
定义钢的弹性模量和泊松比，
Preprocessor>materialprops>metrialmodels>structural>linear>elastic>isotropic
1.划分网格
preprocessor>meshing>meshtool
网格边长取100mm
2.选择分析类型
Solution>analysistype>newanalyis>static
3.定义约束
Solution>defineload>apply>structural>displacement>onkeypoints
4.施加压力
Solution>defineload>apply>structural>force/moment>onkeypoints
9施加载荷
Solution>defineload>apply>structural>presasure>onbeams
5.求解
Solution>solve?
currentLS
10查看分析结果
Generalpostproc>plotresults>nodalsolu
二）用ANSYS求解的命令流：
/FILNAM，EX2-5
ET,1,BEAM3
MP,EX,1,200E9
R,1,3E-4,2.5E-9,0.01
/TITLE,CANTILERVERBEAMDEFLECTION/UNITS,SI/PREP7！
进入前处理器！
梁单元
!
弹性模量E=200E9N/m2
!
A=3E-4m2,I=2.5E-9m4,H=0.01m
N,1,0,0$N,2,1,0
！
定义节点坐标
N,3,2,0$N,4,3,0$N,5,4,0
E,1,2$E,2,3$E,3,4$E,4,5！
定义单元
FINISH
ANTYPE,STATIC
D,1,ALL,0！
全固约束节点（边界处理）
F,3,FY,-2！
施加集中载荷
SFBEAM,3，1，PRES，0.05，0.05！
施加均布载荷
SFBEAM,4，1，PRES，0.05，0.05
SOLVE
FINISH
/POST1！
进入一般后处理器
SET，1，1！
读取阶段负载答案
PLDISP！
显示数据列表（列出变形资料）
PRDISP！
显示图形列表（检查变形图）
FINISH
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