2022年2022年计算机辅助工程分析- .pdf

1 计算机辅助工程分析试题答案一 填空题1 弹性力学是研究可变形固体在温度变化和边界约束等作用下的弹性变形与应力状态的科学。2 在弹性力学课程中一般做四个基本假定为连续性假定, 均匀性假定 ,各向同性假定 , 小变形假定。3 在弹性力学中四个最基本方程为平衡方程, 几何方程 , 本构方程 , 变形协调方程。4 CAE 的技术种类包括有限元法，边界元法，有限差分法。5 ANSYS有限元典型分析大致分为三个步骤为建立有限元模型，加载和求解，结果后处理和结果查看。6 ANSYS将载荷分为六类，分别为自由度约束，集中力载荷, 面载荷 , 体载荷，惯性载荷，耦合场载荷。7 ANSYS提供的坐标系有总体坐标系, 局部坐标系，节点坐标系，单元坐标系, 显示坐标系 ,结果坐标系六种坐标系统。8 网格划分方法有自由网格划分，映射网格划分两种。9 ANSYS后处理器包括两个模块通用后处理器, 时间历程后处理器。10 常用的分析类型选项有Static（静态）， Harmonic( 谐态 ) ， Transient(瞬态 ) 。二 选择题1以下哪个为主菜单命令（ a ）a)Element Type; b)File; c)Select; d)list 2映射网格划分面对象时，所用单元必须全部是哪些单元（ a b ）a)三角形单元； b) 四边形单元； c) 五边形单元； d) 六边形单元3ANSYS 有哪两种模型（ c d ）a) 点； b) 线； c) 实体模型； d) 有限元模型4 ANSYS 实体建模有哪两种（ b c ）a)自左向右； b) 自底而上； c) 自顶而下； d) 自右向左5 用自底向上的方法构造模型时，首先定义的是（ a ）对象：a) 关键点； b) 线； c) 面； d) 体6 一般的交运算有哪些类型交运算（ a b c ）a)线与线的交； b) 面与面的交； c) 体与体的交； d) 点与点的交7 常用的单元属性包括哪些内容（ a b c d ）a)单元类型； b) 单元实常数； c) 材料属性； d) 单元坐标系8 ANSYS 将智能网格划分水平分为10 级，默认水平级别是（ d ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2 a)1; b)10; c)8; d)6 9 交迭运算有哪些类型( a b c ) a)体与体之间的交迭运算；b) 面与面之间的交迭运算；c) 线与线之间的交迭运算；d) 点与点之间的交迭运算10 退出 ANSYS 的方法有（ a b c d ）a)在工具栏中单击Quit;b)在实用菜单中退出File Exit;c)在命令输入窗口输入Exit;d)直接单击主界面右上角的按钮三 简答题1 CAE 和有限单元法的定义是什么？答：计算机辅助工程分析技术（CAE ）是利用计算机对工程设计中所涉及的各种学科问题进行数值仿真分析的一种现代技术，是运用有限单元法对产品的结构或其他机械系统的力学性能进行分析的技术。有限元法是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值计算方法。2 简述有限单元法的发展、现状和未来？答： （1） 有限元法的发展和现状有限元法是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值计算方法。由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。近30 多年来，伴随着电子计算机科学和技术的快速发展，有限元法作为工程分析的有效方法，在理论方法的研究、计算机程序的开发以及应用领域的开拓诸方面均取得了根本性的发展。下面对发展比较成熟的方面进行简要的概括。a）单元的类型和形式为了扩大有限元的应用领域，新的单元类型和形式不断涌现。例如等参元采用和位移插值相同的表示方法，将形状规则的单元变换为边界为曲线（二维）或曲面（三维）的单元，从而可以更精确地对形状复杂的求解域（或结构）进行有限元离散。b) 有限元法的理论基础和离散格式在提出新的单元类型，扩展新的应用领域和应用条件的同时，为了给新单元和新应用提供可靠的理论基础，研究工作的进展包括将Hellinger-Reissner原理、 Hu-Washizu 原理等多场变量的变分原理用于有限元分析，发展了混合型（单元内包括多个场变量）、杂交型（某些场变量仅在单元交界面定义）的有限元表达格式，并研究了各自的收敛性条件；将与微分方程等效的积分形式- 加权余量法，用于建立有限元的表达格式，从而将有限元的应用扩展到不存在泛函或泛函尚未建立的物理问题；有限元解的后验误差估计和应力磨平方法的研究进展，不仅改进了有限元解的精度，更重要的是为发展满足规定精度的要求，以细分单元网格或提高插值函数阶次为手段的自适应分析方法提供了基础。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3 c) 有限元方程的解法现在用于大型复杂工程问题的有限元分析，自由度达几十万个甚至上百万个已是经常的情况，这是与计算机软、硬件发展相配合的大型方程组解法的研究进展密不可分。有限元求解的问题从性质上可以归结为三类，即i) 独立于时间的平衡问题（或稳态问题）。ii ）特征值问题。它也是稳态问题，但是求解的是齐次方程。iii）依赖于时间的瞬态问题。d）有限元法的计算机软件i) 专用软件： 在有限元发展的早期，专用软件是为一定结构类型的应力分析（例如平面问题、轴对称问题、板壳问题）而编制的程序。而后，专用软件更多的是为研究和发展新的离散方案、单元形式、材料模型、算法方案、结构失效评定和优化等而编制的程序。ii)大型通用商业软件：从20 世纪 70 年代开始，基于有限元法在结构线性分析方面已经成熟并被工程界广泛采用，一批由专业软件公司研制的大型通用商业软件（NASTRAN，ASKA ，SAP ，ANSYS ，MARC ，ABAQUS ，JIFEX 等）公开发行和被应用。(2) 有限元法的未来经过近 50 年特别是近30 年的发展，有限元法的基础理论和方法已经比较成熟，已成为当今工程技术领域中应用最为广泛，成效最为显著的数值分析方法。但是面对21 世纪全球在经济和科技领域的激烈竞争，基础产业 （例如汽车、 船舶和飞机等） 的产品设计和制造需要引入重大的技术创新，高新技术产业 （例如宇宙飞船、空间站、微机电系统和纳米器件等）更需要发展新的设计理论和制造方法。而这一切都为以有限元法为代表的计算力学提供广阔驰骋的天地，并提出了一系列新的课题。1）为了真实地模拟新材料和新结构的行为，需要发展新的材料本构模型和单元型式。2）为了分析和模拟各种类型和形式的结构在复杂载荷工况和环境作用下的全寿命工程的响应，需要发展新的数值分析方案。3）有限元软件和CAD/CAM/CAE 等软件系统共同集成完整的虚拟产品发展（VPD ）系统。3 建立有限元模型的步骤可细分为哪几个流程？答：建立有限元模型的步骤，可细分为以下几个流程：1） 指定工作文件名和标题名。2） 定义单元类型。3） 定义材料属性。4） 创建有限元模型。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 4 4 网格划分前预备工作包括哪两个步骤？网格划分前预备工作包括以下两个步骤：1） 为实体模型分配单元属性2） 设置网格划分水平5 网格划分工具分为哪五个部分？答：网格划分工具分为五个部分，分别为：1） 单元属性分配设置。2） 智能划分水平控制。3） 单元尺寸控制。4） 网格划分形状设置以及网格划分。5） 细化网格控制。6 比较自由网格划分和映射网格划分？答：所谓自由网格, 体现在没有特定的准则, 对于单元形状无限制, 生成的单元不规则, 基本适用于所有的模型. 映射网格则要求满足一定的规则, 且映射面网格只包含四边形或三角形单元, 而映射体网格只包含六面体单元 . 映射网格生成的单元形状比较规则, 映射网格适用于形状规则的体或面. 自由网格划分与映射网格划分究竟哪种方法比较好，无统一标准，主要根据模型形状、受力情况、边界条件及其后处理的要求选择决定。四 有限元建模题计算一个通电螺线管产生的磁场，如图所示。 该螺线管内径为0.1m, 外径为 0.1365m, 半高为 0.28 ，施加的电流密度为530.1e6A/m2, 螺线管的相对磁导率为1.0 ，电磁场计算需要为空气场建模，该空气场是一个半圆形状，半径为5*0.1365m, 空气的相对磁导率也为1.0 。试简要写出有限元模型的建立过程。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 5 1）开始新的分析单击 Utility Menu File Clear&Start New，建立新的分析。2）指定工作文件名单击 Utility Menu File Change Jobname, 指定工作文件名3）定义单元属性单击 Utility Menu Preprocessor Element Types, 定义单元属性4）定义材料属性单击 Utility Menu Preprocessor Material Props Material Models, 定义材料属性5）创建实体模型单元和材料定义完后，开始建模，有两个模型需要建立，一个是线圈模型，一个是空气模型。线圈模型采用矩形表示，空气模型为一个半圆。单击 Utility Menu Preprocessor Modeling Create Rectangle By Dimensions, 输入线圈模型的尺寸，绘制一个矩形。然后为空气建模，单击Utility Menu Preprocessor Modeling Create Circle By Dimensions,输入空气模型的尺寸，绘制一个半圆。6）布尔操作对面积进行布尔操作，单击Utility Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Overlap Areas 单击 Pick All按钮， ANSYS 自动对两个模型进行OVERLAP 布尔操作，实体模型形状无变化，但其编号可能改变。7）将前面定义的单元和材料付给实体模型。单击 Utility Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes All Areas, 8）设置智能网格划分水平单击 Utility Menu Preprocessor Meshing Size Ctrls Smartsize Basic,将网格划分水平选为1, 单元尺寸设置完毕。9）准备划分网格单击 Utility Menu Preprocessor Meshing Mesh Area Free,单击 Pick All按钮后，ANSYS 便开始进行网格划分。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -