有限元实验指导书2.docx

有限元实验指导书2.docx

《有限元实验指导书2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有限元实验指导书2.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

有限元实验指导书2

实验一：

带孔矩形薄板静力分析

一、实验课题

矩形薄板厚2mm，中间有一半径R=25mm的圆孔，两侧受有10N/mm均布拉力，已知薄板材料的弹性模量E=200GPa，泊松比为=0.3。

由于结构及载荷均对称，可取四分之一来计算，计算模型如图所示。

二、实验要求

1掌握映射网格划分方法；

2掌握控制网格疏密的方法；

3掌握显示变形图，应力云图，位移矢量

图的方法

4掌握交互式查询某点位移，应力的方法。

三、实验步骤：

Ⅰ建立有限元模型

1输入标题

（1）点击【File】→【ChangeTitle】，输入标题“PlaneStressProblem—Thinplatewithahole”；

（2）点击【OK】按钮。

2选择分析类型

（1）点击【Preferences】，选择structural复选框，然后点击【OK】按钮。

3确定单元类型

（1）点击【Preprocessor】→【ElementType】→【Add/Edit/Delete】；

（2）点击【Add】，选择structuralsolid族中Triangle6node2单元，再点击【OK】；

（3）点击【Options】钮，在ElementbehaviorK3行选择planestress+w/thk；

（4）点击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。

4定义板厚

（1）点击【Preprocessor】→【RealConstants】→【Add/Edit/Delete】；

（2）点击【Add】，再点击【OK】，输入板厚2，再点击【OK】，关闭realconstant对话框。

5定义材料性质

（1）点击【Preprocessor】→【MaterialProps】→【MaterialModels】

再依次双击【Structural】→【Linear】→【Elastic】→【Isotropic】；

（2）输入弹性模量200E+3，泊松比0.3，然后点击【OK】并关闭材料定义窗口。

6建立几何模型

（1）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Areas】→【Rectangle】→【ByDimenssion】；

输入矩形对角点x1=0,x2=150,和y1=0,y2=100，然后点击【OK】。

（2）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Areas】→【Circle】→【solidcircle】；

输入圆心和半径wpx=0,wpy=0,radius=25，然后点击【OK】。

（3）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Operate】→【Booleans】→【Subtract】→【Areas】

先选择矩形并点击【OK】，再选择实心圆，然后点击【OK】。

（4）点击【PlotCtrls】→【Numbering】，打开Linenumbers复选框，点击【OK】退出。

（5）点击【Plot】→【Lines】。

（6）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Lines】→【NormaltoLine】；

在图形窗拾取L5，点击【Apply】；选取矩形右上角顶点，单击【OK】。

（7）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Operate】→【Booleans】→【Divide】→【AreasbyLine】；

先选矩形面积，点击【Apply】，再选剖分线L4，单击【OK】，完成剖分。

（8）点击【PlotCtrls】→【Numbering】，选中Areanumbers复选框，点击【OK】退出。

（9）点击【Plot】→【Areas】。

（10）点击【File】→【Saveas】，输入被保存的文件名，然后点击【OK】。

7划分单元

（1）点击【PlotCtrls】→【Numbering】，关闭Areanumbers复选框，点击【OK】退出；

点击【Plot】→【Lines】。

（2）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Meshing】→【SizeCntrls】→【ManualSize】→【Lines】→【PickedLines】；

拾取L4，点击【Apply】，输入划分份数30，划分比例3，点击【Apply】；

再拾取L9，L10，点击【Apply】，将划分比例改为0.3333，点击【Apply】；

再拾取两圆弧L1，L5，点击【Apply】，删除划分份数30和划分比例0.3333，在角度文本框中输入3，

然后单击【OK】。

（3）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Mesh】→【Areas】→【Mapped】→【3or4side】；

在弹出的对话框中单击【PickAll】。

Ⅱ求解

1边界处理

（1）点击【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Displacement】→【OnLines】；

拾取模型的左边界，并在拾取窗上点击【Apply】；

选被约束的自由度为UX，输入被约束处的位移值0，点击【Apply】；

再选中模型下边界，并在拾取窗上点击【Apply】；

选择被约束的自由度为UY（注意不要包含UX方向），点击【OK】，关闭对话框。

2定义载荷

（1）点击【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Pressure】→【OnLines】；

（2）选中右边界，并点击【OK】,输入载荷值-10然后点击【OK】。

3求解

（1）点击【Solution】→【Solve】→【CurrentLS】→【OK】,开始求解；

（2）点击【Close】，求解结束，关闭文本窗口。

Ⅲ后处理（Postprocessing）

1显示节点位移

（1）点击【GeneralPostproc】→【ListResults】→【NodalSolution】；

（2）选择DOFsolution中AllDOFs项，然后点击【OK】。

浏览后关闭文本窗口。

2绘位移矢量图

（1）点击【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【VectorPlot】→【Predefined】→【NodalSolu】；

（2）选取DOFsolution及TranslationU选项，然后点击【OK】。

3画VonMises等应力线

（1）点击【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【Contourplot】→【NodelSolu】；

（2）选择应力族中VonMises等效应力，然后点击【OK】。

4询问应力

（1）点击【GeneralPostproc】→【QueryResults】→【SubgridSolu】；

（2）选择VonMises应力，然后点击【OK】；

（3）任意点取节点，观察其应力值；

（4）点击【OK】按钮，关闭菜单。

5动画显示应力

（1）点击【PlotCtrls】→【Animate】→【DeformedResults…】；

（2）第一框输入动画帧数10，第二框输入间隔时间0.5，其余两框选择Stress和VonMisesSEQV。

然后点击【OK】。

Ⅳ退出ANSYS

点击工具栏上【Quit】按钮，选择quit-nosave!

复选框，再点击【OK】。

四、命令流文件

/BATCH

/TITLE,StaticAnalysisofthePlatewithaHoleANSYS-901

/PREP7

KEYW,PR_STRUC,1!

设置结构分析类型

ET,1,PLANE42

MP,EX,1,200E3

MP,PRXY,1,0.3

RECTNG,0,150,0,100!

产生矩形A1

PCIRC,25,

ASBA,1,2!

A3=A1-A2

/PNUM,LINE,1!

显示线号

/NUMBER,0!

显示线号，颜色

LPLOT

LANG,5,3,90!

生成L4过KP3且与L5垂直

ASBL,3,4,,,KEEP!

用L4分割A3

LESIZE,4,,,30,3!

L10不等距分割30等分

LESIZE,9,,,30,0.3333

LESIZE,10,,,30,0.3333

LESIZE,1,,3,!

弧L1按3度分割

LESIZE,5,,3,

MSHKEY,1!

设置映射网格划分

MSHAPE,0,2D

AMESH,ALL

/SOLUTION

DL,9,2,UY,0

DL,10,1,UX,0

SFL,2,PRES,-10

SOLVE

FINISH

/POST1

PLESOL,S,EQV,0,1!

显示Mises应力云图

!

FINISH

!

/EXIT,NOSAV

实验二：

平面连杆静力分析

一、实验课题

连杆尺寸如图所示，厚度t=1mm，大孔内侧固定，小孔内侧右半部分作用均布压力q=1N/mm，弹性模量为200GPa，迫松比为0.3，试对其作静力分析。

二、实验要求

1掌握镜面反射的运用

；

2掌握圆弧的生成方法

；

3掌握过度圆角的生成方法

；

4掌握面的差运算

。

三、实验步骤：

Ⅰ建立有限元模型

1输入标题

（1）单击【File】→【ChangeTitle】；

（2）输入标题“StaticAnalysisoftheLink”，再单击【OK】按钮。

2选择分析类型

（1）单击【Preferences】，选择structural复选框，然后单击【OK】按钮。

3确定单元类型

（1）单击【Preprocessor】→【ElementType】→【Add/Edit/Delete】→【Add】；

（2）选structuralsolid族中Triangle6node2单元，单击【OK】；

（3）单击【Options】钮，在ElementbehaviorK3行选择planestress+w/thk；

（4）单击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。

4定义实常数

（1）单击【Preprocessor】→【RealConstants】→【Add】→【OK】；

（2）输入板厚1，再点击【OK】，然后关闭realconstant对话框。

5定义材料性质

（1）单击【Preprocessor】→【MaterialProps】→【MaterialModels】

依次双击【Structural】→【Linear】→【Elastic】→【Isotropic】；

（2）输入弹性模量200E+3，泊松比0.3，然后点击【OK】，再关闭对话框。

6建立实体模型

（1）单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Keypoints】→【InActiveCS…】；

输入关键点1：

x=-18,y=0,z=0，然后点击【Apply】；

关键点2：

x=-18,y=3.5,z=0，然后点击【Apply】；

关键点3：

x=-14,y=3.5,z=0，然后点击【Apply】；

关键点101：

x=0,y=0,z=0，然后点击【Apply】；

关键点102：

x=65,y=0,z=0，然后点击【OK】。

（2）单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Lines】→【StraightLine+】；

拾取KP1和KP2，产生直线L1；拾取KP2和KP3，产生直线L2，然后单击【OK】。

（3）单击【WorkPlane】→【ChangeActiveCS】→【GlobalCylindrical】；

（4）单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Ketpoints】→【InActiveCS…】；

输入关键点4：

x=14,y=135,z=0，然后点击【OK】。

（5）单击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Arcs】→【ByEndKPs&Rad+】；

拾取KP3和KP4，单击【OK】，再拾取KP101，点击【OK】，在对话框第一框输入半径14，然后单击【OK】产生圆弧L3。

（6）单击【PlotCtrls】→【Numbering…】，打开“KeypointNumbers”和“LineNumbers”复选框。

单击【Plot】→【Lines】。

（7）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【LineFillet+】；

拾取水平直线L2和外侧圆弧L3，单击【OK】，输入圆弧半径2.5，点击【OK】，产生圆弧L5。

（8）点击【WorkPlane】→【DisplayWorkingPlane】；

点击【WorkPlane】→【ChangeActiveCSto】→【WorkingPlane】；

点击【WorkPlane】→【OffsetWPbyIncrements..,】；

在“XY,YZ,ZXAngles”下的文本框内输入45，然后点击【OK】。

（9）点击【Preprocessor】→【Reflect】→【Lines+】；

单击【PickAll】，采用默认对称面Y-Z，单击【OK】。

（10）点击【WorkPlane】→【OffsetWPbyIncrements..,】；

在“XY,YZ,ZXAngles”下的文本框内输入-45，然后点击【OK】。

（11）点击【Preprocessor】→【Reflect】→【Lines+】；

选择L5，L6，L7，L8，单击【OK】，取Y-Z对称面，单击【OK】。

（12）点击【WorkPlane】→【OffsetWPbyIncrements..,】；

在“X,Y,ZOffsets”下的文本框内输入65，然后点击【OK】。

（13）点击【WorkPlane】→【WPSettings…】→【Polar】→【OK】。

（14）点击【【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Keypoints】→【InActiveCS…】；

输入关键点25：

x=7，y=0，z=0,然后点击【Apply】；

输入关键点26：

x=7，y=135，z=0,然后点击【OK】。

（15）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Arcs】→【ByEndKP&Rad+】；

拾取KP25和KP26，单击【OK】，再拾取KP102，单击【OK】，输入半径7，单击【OK】。

（16）点击【WPSettings…】→【Cartesian】→【OK】。

（17）点击【PlotCtrls】→【PanZoomRotate】→【Fit】】→【Close】。

（18）单击【PlotCtrls】→【Numbering…】，关闭“LineNumbers”复选框。

单击【Plot】→【Lines】。

（19）点击【WorkPlane】→【ChangeActiveCSto】→【GlobalCartesian】；

（20）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Keypoints】→【InActiveCS…】；

输入关键点31：

x=25，y=5.5，z=0,然后点击【Apply】；

输入关键点32：

x=52，y=4.5，z=0,然后点【OK】。

（21）点击【Preprocessor】→【Create】→【Lines】→【Splines】→【SplinethruKPs+】；

依次拾取KP16，KP31，KP32，KP26，单击【OK】，生成样条曲线。

（22）点击【Preprocessor】→【Reflect】→【Lines+】；

单击【PickAll】，选择X-Z对称面，单击【OK】。

（23）点击【Preprocessor】→【NumberingCtrls】→【MergeItems…】；

在第一个框内选择“Keypoints”，单击【OK】完成KPs的合并操作。

（24）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Areas】→【Arbitrary】→【ByLines+】；

在图元对话框中选“Loop”，并任选外轮廓中的一条线，最后单击【OK】。

（25）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Areas】→【Circle】→【solidcircle】；

输入圆心和半径wpx=0,wpy=0,radius=10，然后点击【Apply】；

输入圆心和半径wpx=65,wpy=0,radius=4，然后点击【OK】。

（26）点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Operate】→【Booleans】→【Subtract】→【Areas】

先选择连杆并点击【OK】，再选择两实心圆，然后点击【OK】。

（27）点击【Plot】→【Areas】。

（28）点击【File】→【Saveas】，输入被保存的文件名，然后点击【OK】。

（29）点击【Preprocessor】→【Meshing】→【MeshTool…】；

在“MeshTool”对话框选择“SmartSize”，并将滚动条调到4，然后设置网格对象为“Areas”，单元形状为“Tri”，划分方式为“Free”，单击【Mesh】按钮，最后选择【PickAll】。

Ⅱ求解

1施加约束

（1）点击【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Displacement】→【OnLines】；

拾取大圆内侧4圆弧，点击【OK】，再选AllDOF，点击【OK】；

2定义载荷

（1）点击【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Pressure】→【OnLines】；

选择小圆右侧上，下两条圆弧，并点击【OK】，输入载荷值1，然后点击【OK】。

3求解

（1）点击【Solution】→【Solve】→【CurrentLS】；

浏览完显示的信息后，关闭文本窗口，点击【OK】后开始求解，再点击【Close】。

Ⅲ后处理（Postprocessing）

1绘变形图

（1）点击【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【DeformedShade】；

（2）选取Del+undeformed选项，然后点击【OK】。

2显示节点位移

（1）点击【GeneralPostproc】→【ListResults】→【NodalSolution】；

（2）选择DOFsolution中AllDOFs项，然后点击【OK】。

（3）浏览节点位移值，然后关闭文本窗口。

3显示应力

（1）点击【GeneralPostproc】→【ListResults】→【ElementSolution】；

（2）选择Stress中Components项，然后点击【OK】。

（3）浏览单元应力值，然后关闭文本窗口。

4画VonMises等应力线

（1）点击【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【Contourplot】→【NodelSolu】；

（2）选择Stress族中VonMises等效应力，然后点击【OK】。

5询问应力

（1）点击【GeneralPostproc】→【QueryResults】→【SubgridSolu】；

（2）选择VonMises应力，然后点击【OK】；

（3）任意点取节点，观察其应力值；

（4）点击【OK】按钮，关闭菜单。

6显示约束反力

（1）点击【GeneralPostproc】→【ListResults】→【ReactionSolu】；

（2）选择AllstrucforcF，然后点击【OK】；

（3）浏览约束反力后关闭文本输出窗。

Ⅳ退出ANSYS

点击工具栏上【Quit】按钮，选择quit-nosave!

复选框，再点击【OK】。

四、命令流文件

/BATCH

/TITLE,连杆静力分析ANSYS-902

/PREP7

KEYW,PR_STRUC,1!

设置结构分析类型

ET,1,PLANE2

R,1,1

MP,EX,1,200E3

MP,PRXY,1,0.3

K,1,-18,0

K,2,-18,3.5

K,3,-14,3.5

L,1,2

L,2,3

K,101,0,0

K,102,65,0

CSYS,1

K,4,14,135

LARC,3,4,101,14

LFILLT,2,3,2.5

CSYS,0

WPROTA,45,0,0

CSWPLA,11,

LSYMM,X,ALL

WPROTA,-45,0,0

!

CSDELE,11

CSYS,0

LSYMM,X,5,8,1

LOCAL,12,1,65,0,0

K,25,7,0

K,26,7,135

LARC,25,26,102,7

CSYS,0

K,31,25,5.5

K,