城市轨道有限元分析大作业模板.docx

1、城市轨道有限元分析大作业模板有限元分析大作业要求：1）以个人或小组(3人)为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交； 2) 以个人或小组为单位撰写计算分析报告； 3) 按下列模板格式完成分析报告；4）计算分析报告应包括以下部分：A、 问题描述及数学建模；B、 有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界条件处理、求解控制）C、 计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判）D、 多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等）E、 总结5） 11月7日前必须完成，计算结果要求提交电子版，报告要求提交电子版

2、和纸质版。注：黄色标注的字请删去有限元分析大作业报告 作业名称: 学 院 轨道学院 专业 车辆工程 学 号 姓 名 年 月 日一、问题描述（要求：应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况和约束情况。图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。）二、数学模型（要求：针对问题描述给出相应的数学模型，应包含示意图，示意图中应有必要的尺寸数据；如进行了简化等处理，此处还应给出文字说明。）三、有限元建模3.1 单元选择（要求：给出单元类型，并结合图对单元类型进行必要阐述，包括节点、自由度等。）3.2 材料模型（要求：指出选择的材料模型，包括必要的参数数据。）考虑惯性力的静力学分析中必须定义

3、材料的弹性模量和密度。选择它的单位为mm-kg-s,最后再选择凸缘联轴器的材料,在ANSYS10.0中定义一号材料,它的弹性模量为206 GPa,它的泊松比为0.3。在分析过程中,假定材料是线弹性的,即认为材料不出现屈服。如图1-2。3.3 网格划分方案（要求：指出网格划分方法，网格控制参数，最终生成的单元总数和节点总数，此外还应附上最终划分好的网格截图。）窗口左上角的Module列表中选择Mesh(网格)功能模块，在窗口顶部的环境栏中把Object选项设为Part:plate01，即为部件划分网格，而不是为整个装配件划分网格。(1)设置边上的种子在左侧工具区中选择(Seed Edge :by

4、 Number)，点击平板左侧的边，在视图区中点击鼠标中键，在窗口底部的提示区中设置Number of elements along the edges：30.再次在视图区中点击鼠标中键，这样在左侧边布上了30个网格种子。用同样的方法在右侧边布上30个种子，在上下侧边上布上60个种子，在左右孔上布上30个种子，在中间孔上布上60个种子。视图中的模型如图2.6所示。图2.6 边上布上种子以后的模型(2)设置单元类型点击左侧工具区中的(Assign Element Type)，弹出对话框，将Geometric Order设为Quadratic，取消对Reduced integration的选择，区

5、域参数保持默认值，看到对话框中提示当前单元类型为CPS8(8节点双二次平面应力四边形单元)，点击OK.(3)划分网格点击左侧工具区中的(Mesh Part Instance) ，在视图区中点击鼠标中键，得到如图2.7所示的网格。图2.7 网格3.4 载荷及边界条件处理（要求：指出约束条件和载荷条件。）1）施加位移约束由凸缘联轴器的工作原理可知，它的基座底面和两个孔存在着约束。拾取基座底面所有的外边界线，选择UZ作为约束自由度。拾取基座底面的两个圆周线，选择All DOF 作为约束自由度。完成后如图1-5所示。图1-52）施加压力载荷凸缘联轴器工作时，连接轴作用的力施加在两个孔内以及键槽的一个侧

6、面。选择小轴孔的内圆周面和小轴孔的台面施加1e6大小的压力载荷。选择大轴孔轴台上和键槽一侧分别施加1e7和1e5的压力载荷。加载完后如图1-6所示。图1-6四、计算结果及结果分析（要求：此处包括位移分析、应力分析、支反力分析等，应附上相应截图及数据，此外还应对正确性进行分析评判。）看到窗口左上角的Module列表已自动变为Visualization功能模块，视图区中显示出模型未变形时的轮廓图。(1)显示未变形图点击左侧工具区中的(Plot Undeformed Shape)，显示出未变形时的网格模型。如图2.8所示。图2.8 未变形时的网格模型(2)显示变形图图2.9变形后的网格模型点击左侧工

7、具区中的(Plot Deformed Shape)，显示出变形后的网格模型。如图2.9所示。查询得到最大位移是5.50656e-6m(5.50656e-3mm)。(3)显示云图点击左侧工具区中的(Plot Contours),显示出Mises应力的云图。如图2.10所示。看到最大应力发生的区域在3个孔的两侧，这些都是容易发生应力集中的地方。经过查询得到最大应力值为5.35Mpa。最大应力小于屈服极限245Mpa，因此不会发生屈服。图2.10 Mises 应力云图五、多方案计算比较（要求：节点规模增减对计算精度的影响分析、单元改变对计算精度的影响分析、不同网格划分方案对计算结果的影响分析等，至少

8、应选择其一进行分析，此外还应附上相应截图及数据。）1） 改变单元数目当把四条边上和三个圆孔上的种子数增加一倍时，网格数目也随之增加。得到的变形图，位移云图和应力云图分别如图2.11，图2.12和图2.13所示。看到最大的位移发生在板的长边中线附近。最大的应力发生在三个孔的两侧区域，这些都是容易发生应力集中的区域。计算得到最大位移是5.50733e-6m(5.50733e-3mm)，最大应力5.36Mpa。图2.11 变形图图 2.12 位移云图图2.13应力云图2）改变单元的种类当四条边和三个孔周围的种子数不变，但是单元类型改为三角形单元的时候。得到的变形图、位移云图和应力云图分别如图2.14，图2.15和图2.16所示。看到最大的位移发生在板的长边中线附近。最大的应力发生在三个孔的两侧区域，这些都是容易发生应力集中的区域。计算得到最大位移是5.50033e-6m(5.50033e-3mm)，最大应力5.40654Mpa。图2.14 变形图图2.15 变形云图图2.16应力云图六、总结附件1：小组成员工作说明（要求：明确说明小组各个成员在本次大作业中所做的工作，工作内容将作为口试提问的依据之一，同时也作为成绩评定的依据之一。需注意，附件1的撰写应由小组成员共同完成。）