有限单元法上机实验报告(共34页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上机电工程学院上机实验报告 题 目：机械中的有限单元法上机实验 科 目：机械中的有限单元法 授课教师：郑银环 年级专业：机械工程（工）1002班 学生姓名： 学 号：2011年1月10日实验一 ANSYS软件环境一、实验目的：熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。二、实验设备：微机，ANSYS 12.0 软件。三、实验内容：ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。四、实验步骤： ANSYS 典型实例分析如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。已知条件：F20N/mm，L200mm，b100mm，圆孔半径r

2、20，圆心坐标为（100，50），E200Gpa。板的左端固定。 图1-2 带孔平板模型1问题描述实例类型：ANSYS结构分析。分析类型：线性静力分析。单元类型：PLANE82ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧。ANSYS帮助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis 分析知识，在ANSYS Elements Reference部分了解Plane82单元的详细资料。2建立有限元模型1)建立工作目录并添加

3、标题进入ANSYS，File菜单中设置工作文件名为Plane、标题为plane。2)创建实体模型（1）创建矩形通过定义原点、板宽和板高定义矩形。GUI：PreProcessor Modeling Create Areas Rectangle By 2 Corners弹出Rectangle by 2 corners对话框，填写。WP X 和WP Y表示左下角点坐标。（2）生成圆面首先在矩形面上生成圆，然后挖去生成圆孔。生成圆面得操作如下：GUI：PreProcessor Modeling Create Areas Circle Solid Circle弹出Solid Circular Area对

4、话框，依图输入圆面几何参数。下面通过布尔“减”操作生成圆孔，其操作如下：GUI：Processor Modeling Operate Booleans Subtract Areas先选择矩形面为Base Area，单击OK按钮，然后选择圆，单击OK按钮。布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板3)定义材料属性定义一种材料，而且只需定义弹性模量和泊松比：GUI：PreProcessor Material Props Material models Structural Linear Elastic Isotropic在弹出对话框中键入EX=（单位Mpa），PRXY0.3。4)划分网格（1）选择单元选

5、择Plane82单元。选择单元得操作如下：GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete选择Plane82，弹出单元类型对话框，单击OK按钮。（2）定义单元实常数分析类型设定为Plane strs w/thk类型，操作如下：GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete Options在K3项后面下拉菜单中选“Plane strs w/thk“。定义单元厚度操作如下：GUI：PreProcessor Menu Real Constants Add/Edit/Delete Add在弹出的对

6、话框中THK后文本框中键入材料厚度值20。（3）设定网格尺寸采用用户自定义网格尺寸参数，其操作如下：GUI：PreProcessor Meshing Size Cntrls Manual Size Areas All Areas在弹出Element Size on All Selected Areas对话框，在SIZE栏键入20mm。（4）划分网格划分网格，操作如下：GUI：Processor Meshing Mesh Areas Free Pick All3施加载荷并求解1)定义约束需要约束线上节点所有自由度（All DOFs），其操作如下：GUI：Solution Define Loads

7、 Apply Structural Displacement On Lines弹出Apply U，ROT on Lines 对话框。选择板左侧边线，在Lab2 栏选All DOF。单击Apply按钮。2)施加载荷在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/201Mpa，施加载荷操作如下：GUI：Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines弹出Apply PRES on Lines 对话框，键入载荷值-1（由于载荷方向离开板，为拉力所以为负值，反之为正），单击OK按钮。3)求解GUI：Solution Solve Current L

8、S4查看分析结果1)显示模型变形图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Deformed Shape2)显示位移等值线分布图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Nodal Solution DoF Solution Displacement Vector sum由图获知最大位移值。3)显示等效应力等值线图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu Stress Von Mises由图发现最大应力出现在孔的上下顶点，与解析解吻合

9、。4)显示变形动画（见文件夹）通过动画显示可以查看模型在载荷作用下的内力变化过程，以图形方式显示分析计算结果。其操作如下：Utility Menu 中 PlotCtrls Animate Deformed Results5)列表显示位移结果数据其操作如下：GUI：General Postproc List Results Nodal Solution查看左侧边上的节点位移是否为零（由于边上所有节点已被固定，所以任意节点的位移均应该为零，这也是验证的一个方面）。6)列表显示节点应力值验证节点应力值是否合理，其操作如下：GUI：General Postproc List Results Stres

10、s Principals SPRIN列表显示分析结果与参考数据相吻合，表明ANSYS分析结果可靠。7)列表显示反作用力值在任何方向上，反作用力总是等于此方向上的载荷总和。通过显示反作用力可以检验分析结果是否合理，其操作如下：GUI：General Postproc List Results Reaction Solution8）实验一生成的文件：9）实验一命令流：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 21:43:13 11/03/2010/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/C

11、PLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/FILNAME,plane,0/PREP7 /TITLE,plane/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST BLC4,0,0,200,100/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /AUTO,1 /REP,FAST CYL4,100,50,20 ASBA, 1, 2 ET,1,PLANE82MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1, MPDATA,PRXY,1,0.3 KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20, AESIZ

12、E,ALL,20, MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 3 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 /GO DL,P51X, ,ALL, /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 DLDELE,P51X,ALL

13、/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO SFL,P51X,PRES,-1, FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,2PLDISP,0PLDISP,1PLDISP,2PLDISP,1PLDISP,2PLDISP,1/EFACET,1 PLNSO

14、L, U,SUM, 0,1.0/EFACET,1 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0/REPLOT,RESIZE PLNSOL,U,X ANCNTR,10,0.5 /ANFILE,SAVE,1i, ,C:Documents and SettingsAdministrator堋霢 PRNSOL,S,PRIN PRNSOL,U,COMP PRRSOL, FINISH ! /EXIT,NOSAV /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 15:34:09 11/04/2010/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INF

15、O,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/FILNAME,plane,0/TITLE,plane/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /PREP7 BLC4,0,0,200,100/REPLOT,RESIZE CYL4,100,50,20 FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 ASBA,P51X, 2 /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP

16、,FAST /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /AUTO,1 /REP,FAST MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1, MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDE,EX,1 MPDE,PRXY,1 MPDATA,EX,1,2E+005 MPDATA,PRXY,1,0.3 ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20,

17、 AESIZE,ALL,20, MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 3 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO SFL,P51X,PRES,-1, FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,

18、1/EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0/EFACET,1 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0PLNSOL,U,X ANCNTR,10,0.5 /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /ANFILE,SAVE,planea,avi, PLNSOL,U,X ANCNTR,10,0.5 /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST PRNSOL,U,COMP PRNSOL,S,PRIN PRRSOL, SAVESAVEFINISH SAVEFINISH ! /EXIT,ALL实验二 平面结构静力有限元分析一、实验目的：1、掌握ANS

19、YS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。3、能利用ANSYS软件对平面结构进行静力有限元分析。二、实验设备：微机，ANSYS12.0 软件。三、实验内容：单位厚度的方板中间有一个圆孔（如图所示），平板所用材料的弹性模量为E=107Mpa，泊松比为0.3。沿圆孔边缘施加P=1Mpa的压力。分析方板的应力及位移。r=7mma=10mm四、实验步骤： 1、建立有限元模型。（1） 创建工作文件夹并添加标题：在ANSYS工作目录下创建一个文件夹，命名为plate，以便用这个文件夹保存分析过程中所生成的文件。选择Ref

20、erence菜单，在弹出的对话框中选择结构分析（Structural），取消选择与结构分析无关的选项。（2） 定义几何参数；作 GUI: Utility Menu Parameters Scalar Parameters依次输入下面的参数：a=10e-3 r=7e-3 p=1e6 E=1e13 nu=0.3（3） 选择单元；首先进入单元类型库，操作如下： GUI: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add在对话框左侧选择Solid选项，在右侧列表中选择Quad 4 node 42选项，然后单击OK按钮。（4） 定义实常数；（

21、5） 定义材料属性；选定单元后，根据单元类型定义实常数，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add定义材料属性（弹性模量和泊松比）的操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear ElasticIsotropic在弹性模量（杨氏模量，Youngs modulus EX）文本框中输入“E”，在泊松比（Poissons Ratio PRXY）文本框中输入“nu”。（6） 创建实体模型；由于几何

22、模型、材料参数和载荷均关于水平、竖直中心线对称，所以只需要建立方板的1/4模型即可。取坐标原点为圆孔中心，建立右上角的1/4模型。首先由半宽a生成板，然后减去半径为r的1/4圆。 创建矩形（1/4板）通过长宽定义矩形，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Rectangle By Dimensions 创建圆面（1/4部分圆）创建1/4部分圆，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create AreasCircle Partial Annulus 从方板中减去圆通过布尔操作实

23、现面相减，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Areas（7） 设定网格尺寸并划分网格；单元及实体模型定义完毕后，划分网格。首先进入MeshTool对话框，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor MeshTool2、施加载荷并求解。（1） 选择分析类型；选择分析类型为静力分析（Static）。（2） 定义约束；由于实体模型及载荷约束均对称，所以利用对称性定义约束。ANSYS提供了专门的设置，以方便设置对称条件，即沿对称轴设置“symmetry boundary cond

24、ition”，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C On Lines选择底边和左侧边（实体模型的对称线），单击Pick对话框中的OK按钮，则被选中线上沿对称轴显示出小s。（3） 施加载荷；沿内孔边缘施加均布载荷，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Structural Pressure On Lines为防止出现错误，可检查刚定义的约束是否正确，然后检查载荷施加是否

25、正确。显示约束的操作为：GUI: Utility Menu List Loads DOF constraints On All Lines显示模型载荷的操作为GUI: Utility Menu List Loads Surface LoadsOn All Lines（4） 求解；GUI: Main Menu Solution Solve Current LS1、 查看分析结果。（1） 查看变形后图形；这里需要对比变形前后的实体模型，找出变形的最大位置。显示变形后图形的操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape

26、在弹出的对话框中选择Def+undeformed选项，然后单击OK按钮。显示变形动画可更精确地了解变形过程，其操作如下：GUI: Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Shape（2） 查看等效应力（Nodal Solu）；通过等效应力等值线图，分析应力分布。显示等效应力等值线图的操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu从左侧列表中选择Stress选项，从右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK按钮。（3） 查看等效应力（Ele

27、ment Solu）；通过应力在各个单元内部的分布是否均匀判别网格密度是否合理，决定是否需要细化网格。由于Element Solution不经过节点插值平滑处理，因此单元内部的应力分布显示得比较清楚。显示操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu在弹出的对话框的左边列表中选择Stress选项，在右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK按钮。以单独单元显示等效应力。（4） 置疑分析结果；通常采用测定第一主应力sigma1的方法置疑ANSYS分析结果是否合理，具体操作如下

28、：GUI: Main Menu General Postproc Query Results Subgrid Solu系统将弹出Query Subgrid Solution Data对话框，从左侧列表中选择Stress选项，从右侧列表中选择1st principal S1，单击OK按钮，将弹出Pick对话框，图形窗口显示了模型任何位置的第一主应力。单击需要置疑的位置，此位置的第一主应力的坐标及具体应力值显示在Pick对话框中。5）实验二生成的文件：6）实验二命令流：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 16:08:13 11/04/2010/input,men

29、ust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/TITLE,plate/FILNAME,plate,0/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,

30、PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural *SET,a,10e-3*SET,r,7e-3 *SET,p,1e6 *SET,e,1e13 *SET,nu,0.3 /PREP7 ET,1,PLANE42MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,e MPDATA,PRXY,1,nu RECTNG,0,a,0,a, /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1 /AN

31、G,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /AUTO,1 /REP,FAST PCIRC,0,r,0,90, /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST ASBA, 1, 2 /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /AUTO,1 /REP,FAST SMRT,6 MSHAPE,0,2D MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 3 CM,_Y1,AREA CHKMSH,A

32、REA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST SAVEFLST,2,2,4,ORDE,2 FITEM,2,2 FITEM,2,-3 DL,P51X, ,SYMM /UI,MESH,OFFANTYPE,0FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,5 /GO SFL,P51X,PRES,p,FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,1PLDISP,0ANDSCL,10,0.5 /EFACET,1 PLNSOL,

33、 S,EQV, 0,1.0PLESOL, S,EQV, 0,1.0FINISH ! /EXIT,NOSAV 五、实验总结：1、通过本次实验，我进一步熟悉了ANSYS基本的建模操作，掌握布尔减操作，能够根据实体建模的需要进行简单的布尔减操作。2、通过本次实验，我进一步熟悉了ANSYS定义对称约束和施加均布载荷的操作步骤，可以根据结构及其载荷的分布判断是否可以通过其对称性适当地简化模型。3、通过本次实验，我进一步熟悉了ANSYS显示变形图形和应力等值线图的操作，掌握动画显示参数变化的操作步骤，能够显示变形动画；了解基本的验证技巧，特别是通过网格细化并进行结果对比来验证网格密度是否合理。专心-专注-专业