有限元实验指导书2.docx

1、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 2 mm，中间有一半径 R = 25 mm 的圆孔，两侧受有 10 N/mm 均布拉力，已知薄板材料的弹性模量 E = 200 GPa，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： 建立有限元模型 1 输入标题 (1) 点击【File】【Change Title】，输入标题“Plane Stress ProblemT

2、hin plate with a hole”； (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】【Element Type】【Add/Edit/Delete】； (2) 点击【Add】，选择 structural solid 族中 Triangle 6 node 2 单元，再点击【OK 】； (3) 点击【Options】钮，在 Element behavior K3 行选择 plane stress + w / thk ； (4) 点击【

3、OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。 4 定义板厚 (1) 点击【Preprocessor】【Real Constants】【Add/Edit/Delete】； (2) 点击【Add】，再点击【OK 】，输入板厚 2，再点击【OK 】，关闭 real constant 对话框。 5 定义材料性质 (1) 点击【Preprocessor】【Material Props】【Material Models】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

4、几何模型 (1) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Areas】【Rectangle】【By Dimenssion】； 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】【solid circle】； 输入圆心和半径 wpx = 0, wpy = 0, radius = 25 ，然后点击【OK】。 (3) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Operate】【Boole

5、ans】【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 Line numbers 复选框，点击【OK】退出。 (5) 点击【Plot】【Lines】。 (6) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Lines】【Lines】【Normal to Line】； 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】【A

6、reas by Line】； 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Area numbers复选框，点击【OK】退出。 (9) 点击【Plot】【Areas】。 (10) 点击【File】【Save as】，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Area numbers复选框，点击【OK】退出；点击【Plot】【Lines】。 (2) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Meshing】【Size

7、Cntrls】【Manual Size】【Lines】【Picked Lines】； 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】【3 or 4 side】； 在弹出的对话框中单击【Pick All】。 求解 1 边界处理 (1)

8、 点击【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Displacement】【On Lines】； 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】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Pressure】【On Lines】； (2) 选中右边界，并点击【OK

9、】,输入载荷值 -10 然后点击【OK】。 3 求解 (1) 点击【Solution】【Solve】【Current LS】【OK】,开始求解； (2) 点击【Close】，求解结束，关闭文本窗口。 后处理 ( Postprocessing) 1 显示节点位移 (1) 点击【General Postproc】【List Results】【Nodal Solution】； (2) 选择 DOF solution 中 All DOFs 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【General Postproc】【Plot Results】【Vector Plot】

10、【Predefined】【Nodal Solu】； (2) 选取 DOF solution 及 Translation U 选项，然后点击【OK】。 3 画 Von Mises 等应力线 (1) 点击【General Postproc】【Plot Results】【Contour plot】【Nodel Solu】； (2) 选择应力族中 Von Mises 等效应力，然后点击【OK】。4 询问应力 (1) 点击【General Postproc】【Query Results】【Subgrid Solu】； (2) 选择 Von Mises 应力，然后点击【OK】； (3) 任意点取节点，观察

11、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】【Deformed Results】； (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 Von Mises SEQV。然后点击【OK】。 退出 ANSYS 点击工具栏上【Quit】按钮，选择 quit - no save! 复选框，再点击【OK】。四、命令流文件/BATCH/TITLE, Static Analysis of the Plate with a Hole ANSYS-901/PREP7KEYW, PR_STRUC, 1

12、!设置结构分析类型ET, 1, PLANE42MP, EX, 1, 200E3MP, PRXY, 1, 0.3RECTNG, 0, 150, 0, 100 !产生矩形A1PCIRC, 25, ASBA, 1, 2 !A3=A1-A2/PNUM, LINE, 1 !显示线号/NUMBER, 0 !显示线号，颜色LPLOTLANG, 5, 3, 90 !生成L4过KP3且与L5垂直ASBL, 3, 4, , , KEEP !用L4分割A3LESIZE, 4, , , 30, 3 !L10不等距分割30等分LESIZE, 9, , , 30, 0.3333LESIZE, 10, , , 30, 0.

13、3333LESIZE, 1, ,3, !弧L1按3度分割LESIZE, 5, ,3,MSHKEY, 1 !设置映射网格划分MSHAPE, 0, 2DAMESH, ALL/SOLUTIONDL, 9, 2, UY, 0DL, 10, 1, UX, 0SFL, 2, PRES, -10SOLVEFINISH/POST1PLESOL, 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 = 1 mm，大孔内侧固定，小孔内侧右半部分作用均布压力 q = 1 N/mm ，弹性模量为 200 GPa，

14、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： 建立有限元模型 1 输入标题 (1) 单击【File】【Change Title】； (2) 输入标题“Static Analysis of the Link”，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】【Element Type】【Add/Edit/Delete】【Add】

15、； (2) 选 structural solid 族中 Triangle 6node 2 单元，单击【OK】； (3) 单击【Options】钮，在 Element behavior K3 行选择 plane stress + 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】【Real Constants】【Add】【OK 】； (2) 输入板厚 1 ，再点击【OK 】，然后关闭 real constant 对话框。 5 定义材料性质 (1) 单击【Preprocessor】【Material Props】【

16、Material Models】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】【In Active CS】； 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

17、= 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】【Straight Line +】； 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】【Change Active CS】【Global Cylindrical】； (4) 单击【Preproc

18、essor】【Modeling】【Create】【Ketpoints】【In Active CS】； 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】【By End KPs & 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“Keypoint Numbers”和“Line Number

19、s”复选框。 单击【Plot】【Lines】。 (7) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Lines】【Line Fillet +】；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】【Display Working Plane】； 点击【WorkPlane】【Change Active CS to】【Working Plane】； 点击【WorkPlane】【Offset WP by Increments.,】； 在“XY,YZ,ZX Angles”下的文本框内输入 45 ，然

20、后点击【OK】。 (9) 点击【Preprocessor】【Reflect】【Lines +】； 单击【Pick All】，采用默认对称面Y-Z，单击【OK】。 (10) 点击【WorkPlane】【Offset WP by Increments.,】； 在“XY,YZ,ZX Angles”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】【Offset WP by Increments.,】； 在“X,

21、Y,Z Offsets”下的文本框内输入 65 ，然后点击【OK】。 (13) 点击【WorkPlane】【WP Settings】【Polar】【OK】。 (14) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Keypoints】【In Active CS】； 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】【By End KP & Ra

22、d +】； 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【WP Settings】【Cartesian】【OK】。 (17) 点击【PlotCtrls】【Pan Zoom Rotate】【Fit】【Close】。 (18) 单击【PlotCtrls】【Numbering】，关闭“Line Numbers”复选框。 单击【Plot】【Lines】。 (19) 点击【WorkPlane】【Change Active CS to】【Global Cartesian】； (20) 点击【Preprocessor】【Model

23、ing】【Create】【Keypoints】【In Active CS】； 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】【Spline thru KPs +】；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【Pick All】，选择X-Z对称面，单击【O

24、K】。 (23) 点击【Preprocessor】【Numbering Ctrls】【Merge Items】； 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】【By Lines +】； 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】【solid circle】； 输入圆心和半径 wpx = 0, wpy = 0,

25、 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】【Save as】，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“S

26、mart Size”，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【Pick All】。 求解 1 施加约束 (1) 点击【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Displacement】【On Lines】； 拾取大圆内侧 4 圆弧，点击【OK】，再选 All DOF ，点击【OK】；2 定义载荷 (1) 点击【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Pressure】【On Lines】； 选择小圆右侧上，下两条

27、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】【Current LS】； 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】。 后处理 ( Postprocessing) 1 绘变形图 (1) 点击【General Postproc】【Plot Results】【Deformed Shade】； (2) 选取 Del+undeformed 选项，然后点击【OK】。 2 显示节点位移 (1) 点击【General Postproc】【List Results】【Nodal Solution】； (

28、2) 选择 DOF solution 中 All DOFs 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【General Postproc】【List Results】【Element Solution】； (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 Von Mises 等应力线 (1) 点击【General Postproc】【Plot Results】【Contour plot】【Nodel Solu】； (2) 选择 Stress 族中 Von Mise

29、s 等效应力，然后点击【OK】。 5 询问应力 (1) 点击【General Postproc】【Query Results】【Subgrid Solu】； (2) 选择 Von Mises 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【General Postproc】【List Results】【Reaction Solu】； (2) 选择 All struc forc F，然后点击【OK】； (3) 浏览约束反力后关闭文本输出窗。 退出 ANSYS 点击工具栏上【Quit】按钮，选择 quit - n

30、o save! 复选框，再点击【OK】。四、命令流文件/BATCH/TITLE, 连杆静力分析 ANSYS-902/PREP7KEYW, PR_STRUC, 1 !设置结构分析类型ET, 1, PLANE2R, 1, 1MP, EX, 1, 200E3MP, PRXY, 1, 0.3K, 1, -18, 0 K, 2, -18, 3.5K, 3, -14, 3.5L, 1, 2L, 2, 3K, 101, 0, 0K, 102, 65, 0CSYS, 1K, 4, 14, 135 LARC, 3, 4, 101, 14LFILLT, 2, 3, 2.5CSYS, 0WPROTA, 45, 0, 0CSWPLA, 11, LSYMM, X, ALLWPROTA, -45, 0 ,0!CSDELE, 11CSYS, 0LSYMM, X, 5, 8, 1LOCAL, 12, 1, 65, 0, 0K, 25, 7, 0 K, 26, 7, 135LARC, 25, 26, 102, 7CSYS, 0K, 31, 25, 5.5K,