有限元软件应用计算实例.docx

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有限元软件应用计算实例

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Project1悬臂梁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:

w-1.db。

NOTE:

要求选择不同形状的截面分别进行计算。

图1-1梁的计算分析模型

梁截面分别采用以下三种截面（单位：

m）：

矩形截面：

圆截面：

工字形截面：

B=0.05,H=0.3R=0.1w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2,

t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007

1．新建一数据库文件，【File】

1）【File】→New，文件名→beam-1D,OK。

AnalysisCode→MSC.Nastran，AnalysisType→Structural，OK。

2．创建几何模型，Geometry

1）创建几何点：

Action→Create，Object→Point，Method→XYZ，Point1→[000]，apply，Point2→[200]，apply。

2）创建曲线：

Action→Create，Object→Curve，Method→Point，Option→2Point，Curve1，StartingPointList→point1，EndingPointList→point2，apply。

3．划分有限元网格，Elements

1）建立网格种子：

Action→Create，Object→MeshSeed，Type→Uniform，NumberofElement，Number→10，AutoExecute，CurveList→Curve1。

2）划分网格：

Action→Create，Object→Mesh，Type→Curve，Topology→Bar2，CurveList→Curve1,apply。

4．施加边界条件，Loads/BCs

1）施加固定约束：

Action→Create，Object→Displacement，Type→Nodal，NewSetName→dis1，InputData，Translations→<000>，Rotations→<000>，OK，SelectApplicationRegion，FEM，SelectNodes→Node1，Add，OK，apply。

2）施加均布载荷：

Action→Create，Object→CIDDistributedLoad，Type→ElementUniform，NewSetName→CID1，TargetElementTypet→1D，InputData,DistrForce→<0-1.0e50>，OK，SelectApplicationRegion，FEM，Select1DElements→Elm1:

40，OK，apply。

5．定义材料属性，Materials

定义材料：

Action→Create，Object→Isotropic，Method→ManualInput，MaterialName→steel，InputData，ConstitutiveModel→LinearElastic，ElasticModulus→2.1e11，PoissonRatio→0.3，OK，apply。

6．定义单元属性，Proper（注：

三种截面分别执行步骤7，8）

1.1矩形截面：

定义单元属性：

Action→Create，Object→1D，Type→Beam，PropertySetName→pro1，Option（s）→GeneralSection、StandardFormulation，InputProperties，单击CreateSection，Action→Create，Object→StandardShape，Method→NASTRANStandard，SectionName→rect，单击【<】,选择

，W→0.05，H→0.3，OK，MaterialName→Steel（在MaterialPropertySets中选择），BarOrientation→<0，1，0>，OK，SelectMembers→Curve1，Add，apply。

7，8。

1.2圆截面：

定义单元属性：

Action→Create，Object→1D，Type→Beam，PropertySetName→pro2，Option（s）→GeneralSection、StandardFormulation，InputProperties，单击CreateSection，Action→Create，Object→StandardShape，Method→NASTRANStandard，SectionName→cir，单击【<】,选择

，R→0.1，OK，MaterialName→Steel（在MaterialPropertySets中选择），BarOrientation→<0，0，1>，OK，SelectMembers→Curve1，Add，apply。

7，8。

1.3工字形截面：

定义单元属性：

Action→Create，Object→1D，Type→Beam，PropertySetName→pro3，Option（s）→GeneralSection、StandardFormulation，InputProperties，单击CreateSection，Action→Create，Object→StandardShape，Method→NASTRANStandard，SectionName→cir，单击【<】,选择

，H→0.2，w1→0.1，w2→0.1，t→0.007，t1→0.0114，t2→0.0114，OK，MaterialName→Steel（在MaterialPropertySets中选择），BarOrientation→<0，0，1>，OK，SelectMembers→Curve1，Add，apply。

7，8。

7．进行分析，Analysis

1）进行分析：

Action→Analyze，Object→EntireModel，Type→AnalysisDeck，JobName→beam-1D，单击SolutionType，SolutionType→LINEARSTATIC，OK，apply。

打开NASTRAN，选择beam-1D.bdf，Run。

此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。

2）读入分析结果：

Action→AccessResults，Object→AttachXDB，Method→ResultEntities，SelectResultFile，文件名→beam-1D.xdb，OK，apply。

这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。

8．后处理，Results

1）显示应力云纹图：

Action→Create，Object→QuickPlot，SelectResultCases→DefaultStaticSubcase，SelectFringeResult→DisplacementsTranslational，Bending，Quantity→vonMises，apply。

此时，平板模型的vonMises弯曲应力云纹图就显示出来，如图1-1所示。

图1-1

2）显示位移云纹图：

Action→Create，Object→QuickPlot，SelectResultCases→DefaultStaticSubcase，SelectDeformationResult→DisplacementsTranslational，Quantity→Magnitude，apply。

此时，平板模型的位移云纹图就显示出来，如图1-2所示。

图1-2

Project2悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D）

分析模型采用Project1中的矩形梁，由于其厚度B远远小于其高度H和长度，故可认为是一平面应力问题。

1．新建一数据库文件，【File】

1）【File】→New，文件名→beam-2D，OK。

AnalysisCode→MSC.Nastran，AnalysisType→Structural，OK。

2．创建几何模型，Geometry

1）创建几何点：

Action→Create，Object→Point，Method→XYZ，Point1→[000]，apply，Point2→[200]，Point3→[00.30]，apply，Point4→[20.30]，apply。

2）创建曲线：

Action→Create，Object→Curve，Method→Point，Option→2Point，Curve1，StartingPointList→point1，EndingPointList→point2，apply，Curve2，StartingPointList→point3，EndingPointList→point4，apply。

3）创建曲面：

Action→Create，Object→Surface，Method→Curve，Option→2Curve，Surface1，StartingCurveList→Curve1，EndingCurveList→Curve2，apply。

3．划分有限元网格，Elements

1）建立网格种子：

Action→Create，Object→MeshSeed，Type→Uniform，NumberofElement，Number→10，AutoExecute，CurveList→Curve1，apply，NumberofElement，Number→4，AutoExecute，CurveList→Surface1.3，apply。

2）划分网格：

Action→Create，Object→Mesh，Type→Surface，ElemShape→Quad，Mesher→Isomesh，Topology→Quad8，SurfaceList→Surface1，apply。

4．施加边界条件，Loads/BCs

1）施加固定约束：

Action→Create，Object→Displacement，Type→Nodal，NewSetName→dis2，InputData，Translations→<000>，Rotations→<000>，OK，SelectApplicationRegion，Geometry，SelectSurfacesorEdges→Surface1.2，Add，OK，apply。

2）施加均布载荷：

Action→Create，Object→CIDDistributedLoad，Type→ElementUniform，NewSetName→CID2，TargetElementTypet→2D，InputData,SurfDistrForce→<0-1.0e50>，OK，SelectApplicationRegion，Geometry，SelectSurfacesorEdges→Surface1.1，Add，OK，apply。

5．定义材料属性，Materials

定义材料：

Action→Create，Object→Isotropic，Method→ManualInput，MaterialName→steel，InputData，ConstitutiveModel→LinearElastic，ElasticModulus→2.1e11，PoissonRatio→0.3，OK，apply。

6．定义单元属性，Proper

1）定义单元属性：

Action→Create，Object→2D，Type→shell，PropertySetName→pro，Option（s）→Homogeneous、StandardFormulation，InputProperties，MaterialName→Steel（在MaterialPropertySets中选择），Thickness→0.05，OK，SelectMembers→Surface1，Add，apply。

7．进行分析，Analysis

1）进行分析：

Action→Analyze，Object→EntireModel，Type→AnalysisDeck，JobName→beam-2D，单击SolutionType，SolutionType→LINEARSTATIC，OK，apply。

打开NASTRAN，选择beam-2D.bdf，Run。

此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。

2）读入分析结果：

Action→AccessResults，Object→AttachXDB，Method→ResultEntities，SelectResultFile，文件名→beam-2D.xdb，OK，apply。

这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。

8．后处理，Results

1）显示应力云纹图：

Action→Create，Object→QuickPlot，SelectResultCases→DefaultStaticSubcase，SelectFringeResult→StressTensor，Quantity→vonMises，apply。

此时，平板模型的vonMises弯曲应力云纹图就显示出来，如图2-1所示。

图2-1

2）显示位移变形图：

Action→Create，Object→QuickPlot，SelectResultCases→DefaultStaticSubcase，SelectDeformationResult→DisplacementsTranslational，Quantity→Magnitude，apply。

此时，平板模型的位移云纹图就显示出来，如图2-2所示。

图2-2

Project3悬臂梁的有限元建模与变形分析（2D/3D）

分析模型采用Project1中的矩形梁，这里采用三维有限元模型进行分析。

1．新建一数据库文件，【File】

1）【File】→New，文件名→beam-3D,OK。

AnalysisCode→MSC.Nastran，AnalysisType→Structural，OK。

2．创建几何模型，Geometry

1）创建几何点：

Action→Create，Object→Point，Method→XYZ，Point1→[000]，apply，Point2→[200]，Point3→[00.30]，apply，Point4→[20.30]，apply。

2）创建曲线：

Action→Create，Object→Curve，Method→Point，Option→2Point，Curve1，StartingPointList→point1，EndingPointList→point2，apply，Curve2，StartingPointList→point3，EndingPointList→point4，apply。

3）创建曲面：

Action→Create，Object→Surface，Method→Curve，Option→2Curve，Surface1，StartingCurveList→Curve1，EndingCurveList→Curve2，apply。

4）创建实体：

Action→Create，Object→Solid，Option→Extrude，SolidType

，TranslationVector→<000.05>，SurfaceList→Surface1，apply。

3．划分有限元网格，Elements

1）建立网格种子：

Action→Create，Object→MeshSeed，Type→Uniform，NumberofElement，Number→10，AutoExecute，CurveList→Solid1.4.3，apply，NumberofElement，Number→5，AutoExecute，CurveList→Solid1.1.2，apply，NumberofElement，Number→2，AutoExecute，CurveList→Solid1.1.3，apply。

2）划分网格：

Action→Create，Object→Mesh，Type→Solid，ElemShape→Hex，Mesher→Isomesh，Topology→Hex8，SolidList→Solid1，apply。

4．施加边界条件，Loads/BCs

1）施加固定约束：

Action→Create，Object→Displacement，Type→Nodal，NewSetName→dis3，InputData，Translations→<000>，Rotations→<000>，OK，SelectApplicationRegion，FEM，Select→Node1:

452:

41，Add，OK，apply。

2）施加均布载荷：

Action→Create，Object→CIDDistributedLoad，Type→ElementUniform，NewSetName→CID3，TargetElementTypet→3D，InputData,DistrForce→<0-1.0e50>，OK，SelectApplicationRegion，Geometry，SelectSolidFace→Solid1.4，Add，OK，apply。

5．定义材料属性，Materials

定义材料：

Action→Create，Object→Isotropic，Method→ManualInput，MaterialName→steel，InputData，ConstitutiveModel→LinearElastic，ElasticModulus→2.1e11，PoissonRatio→0.3，OK，apply。

6．定义单元属性，Proper

定义单元属性：

Action→Create，Object→3D，Type→Solid，PropertySetName→pro，Option（s）→Homogeneous、StandardFormulation，InputProperties，MaterialName→m1（在MaterialPropertySets中选择），OK，SelectMembers→Solid1，Add，apply。

7．进行分析，Analysis

1）进行分析：

Action→Analyze，Object→EntireModel，Type→AnalysisDeck，JobName→beam-3D，单击SolutionType，SolutionType→LINEARSTATIC，OK，apply。

打开NASTRAN，选择beam-3D.bdf，Run。

此时，Patran会将模型提交Nastran运算，会弹出一个DOS形式的窗口，显示Nastran的运行情况，运算完成之后，计算机的扬声器会有提示音，同时，状态显示窗口关闭。

2）读入分析结果：

Action→AccessResults，Object→AttachXDB，Method→ResultEntities，SelectResultFile，文件名→beam-3D.xdb，OK，apply。

这一步骤，是将Nastran的分析结果读入到Patran中来，这样才可以进行后处理。

8．后处理，Results

1）显示应力云纹图：

Action→Create，Object→QuickPlot，SelectResultCases→DefaultStaticSubcase，SelectFringeResult→StressTensor，Quantity→vonMises，apply。

此时，平板模型的vonMises弯曲应力云纹图就显示出来，如图3-1所示。

图3-1

2）显示位移变形图：

Action→Create，Object→QuickPlot，SelectResultCases→DefaultStaticSubcase，SelectDeformationResult→DisplacementsTranslational，Quantity→Magnitude，apply。

此时，平板模型的位移云纹图就显示出来，如图3-2所示。

图3-2