有限元分析基础实验平面问题.pdf

1 桂桂 林林 电电 子子 科科 技技 大大 学学 有限元有限元分析基础分析基础 实实 验验 报报 告告 实验名称 平面问题分析 辅导员意见：机电工程 学院 微电子制造工程 专业 12001503 班第 实验小组 作者 庞久 学号 1200150322 辅导员 同作者 实验时间 2014 年 月 日 成绩 签名 一 实验基本要求 根据实验指导书的要求能够独立的使用 ANSYS 软件操作并在计算机上运行，学会判断 结果及结构的分析，学会建立机械优化设计的数学模型，合理选用优化方法，独立的解 决机械优化设计的实际问题。二 实验目的 1.机身对机械优化设计方法的理解 2.掌握几种常用的最优化设计方法 3.能够熟练使用 ANSYS 软件操作，培养学生解决案例的能力 4.培养学生灵活运用优化设计方法解决机械工程中的具体案例 三 实验软件及设备 计算机一台，ANSYS 软件 四 实验内容 如图所示，为一个平面应力结构，其中位置 2 及 3 处为固定约束，位置 4 处为 一个 45 的斜支座(inclined support)，试用一个 4 节点矩形单元分析该结构的位移场。基于 ANSYS 平台，分别采用约束方程以及局部坐标系的斜支座约束这两种方式来进行 处理。设定的参数：正方形的边长为 2m。52 10 MPa,0.25,0.1m,E =t6 2 (a)平面结构(b)有限元分析模型 图为带斜支座的平面结构 五完整的命令流!%ANSYS 算例5_3(8)%begin%/PREP7!进入前处理 ANTYPE,STATIC!设定为静态分析 MP,EX,1,2E5!定义 1 号材料的弹性模量 MP,PRXY,1,0.25!设定 1 号材料的泊松比 ET,1,PLANE42!选取单元类型 1 KEYOPT,1,3,3!设置为带厚度的平面问题 R,1,0.1!设定实常数 No.1，厚度 0.1 N,1,2,2!生成节点 1 N,2,2!生成节点 2 N,3,!生成节点 3 N,4,2,!生成节点 4!-对应于【典型例题】5.3(7)中直接法?-begin-!N,4,2,45!节点 4 的绕 z 旋转设置为 45，!D,4,UY!然后在旋转后的节点坐标下添加位移约束!-对应于【典型例题】5.3(7)中直接法?-end-MAT,1!设定为材料 No.1 TYPE,1!设定单元 No.1 3 REAL,1!设定实常数 No.1 E,1,2,3,4!生成一个平面单元 D,2,ALL!对节点 2 施加固定的位移约束 D,3,ALL!对节点 3 施加固定的位移约束!-以下提供两种方法处理斜支座问题,使用时选择一种方法!-方法 1 begin-以下的一条命令为采用约束方程的方式对斜支座进行处理 CE,1,0,4,UX,1,4,UY,-1!建立约束方程(No.1):0=node4_UX*1+node_UY*(-1)!-方法 1 end-!-方法 2 begin-以下三条命令为定义局部坐标系，进行旋转，施加位移约束!local,11,0,2,0,0,45!在 4 号节点建立局部坐标系!nrotat,4!将 4 号节点坐标系旋转为与局部坐标系相同!D,4,UY!在局部坐标下添加位移约束!-方法 2 end!-斜支座约束处理完毕 F,1,FX,10!施加外力 FX F,1,FY,10!施加外力 FY FINISH!结束前处理/SOLU!进入求解模块 SOLVE!求解!=进入一般的后处理模块/POST1!进入后处理 PLDISP,1!计算的变形位移显示(变形前与后的对照)finish!退出所在模块!%ANSYS 算例5_3(8)%end%4 六实验截图 5 七实验总结 6 通过 ansys 上机实验，我深刻地体会到了有限元分析的思想。有限元分析的基本思想是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。从以上上机实验我们可以看到，有限元分析主要经过三步，也可用八个字概括：化整为零，集零为整。首先建立模型，将模型离散化，然后对每个单元按要求求解，最后由单元求解结果得出实际问题的整体结果。上面实验实例分析让我们不难看出ansys求解结构问题相对于传统力学求解方法具有更高的优势，高效，直观，精确，可靠。传统力学求解时要根据条件列出力学微分方程，然后通过大量的数学计算最后得出结果，不但计算量大，而且对于数学能力不好的机械人员，分析相当困难，如果有一步出错将会使整个分析完全错误，而用 ansys 可以省略大量复杂的数学运算和避免数学能力不足的问题，而且计算机处理结果更加可靠和精确。