有限元基本理论及软件介绍.pptx

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1、重型燃气轮机转子模型有限元分析实例第1页/共31页新加坡国立大学工程系入口有限元分析实例第2页/共31页有限元分析实例第3页/共31页有限元分析实例第4页/共31页0.2 -1.5 resolution(16000 surface nodes)23 z-levels(220000 3D nodes)3D view of the North Atlantic mesh有限元分析实例第5页/共31页一、一、ANSYS界面界面第6页/共31页ANSYS 有限元分析系统的界面ANSYS界面界面第7页/共31页1）有限元建模2）载荷及边界条件定义3）求解4）结果显示分析二、二、ANSYS建模建模基本步骤

2、第8页/共31页有限元模型 是真实系统理想化的数学抽象。真实系统有限元模型二、二、ANSYS建模建模第9页/共31页基本方法实体建模直接建模二、二、ANSYS建模建模首先创建分析对象的二维或三维模型，然后对该模型进行网格划分，并定义对象的单元类型和材料属性及常数。模型可以通过ProE，UG，Solidworks等建模软件建立。也可在ANSYS界面上建立。ASYSY中建模有自下而上和自上而下两种思路。定义单元类型后，直接创建分析对象的节点和单元。该方法对于复杂实体构建费时费力。第10页/共31页模型基本概念节点vmm(xm ym)umv jujvi单元uij(x j y j)yi(xi yi)x

3、二、二、ANSYS建模建模第11页/共31页单元：即原始结构离散后，满足 定几何特性和物理特性的最小结构域节点：单元与单元间的连接点。节点力：单元与单元间通过节点的相互作用力节点载荷：作用于节点上的外载。单元与节点注意：1)节点是有限元法的重要概念，有限元模型中，相邻单元的作用通过节点传递，而单元边界不传递力，这是离散结构与实际结构的重大差别；2）节点力与节点载荷的差别二、二、ANSYS建模建模第12页/共31页非法结构离散节点不合法不同材料二、二、ANSYS建模建模第13页/共31页单元类型单元图形节点数杆单元梁单元典型单元类型平面单元2234344平面四边形轴对称问题板壳单元四面体单元第1

4、4页/共31页自由度（DOF）自由度(DOFs)用于描述一个物理场的响应特性。UYROTY方向结构热电流体磁自由度位移温度电位压力磁位ROTZUZUXROTX结构 DOFs第15页/共31页自由度(续)节点自由度是随连接该节点 单元类型 变化的J三维杆单元(铰接)UX,UY,UZILK二维或轴对称实体单元UX,UYIIPMLINKJIJOP三维实体结构单元UX,UY,UZMLNKJILKJ三维四边形壳单元UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZO三维实体热单元TEMPJ三维梁单元UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ第16页/共31页节点和单元载荷节点:空间中的坐标位置，具有一定

5、自由度和存在相互物理作用。单元:一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。载荷有限元模型由 些简单形状的 单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。第17页/共31页节点和单元(续)信息是通过单元之间的公共节点传递的。2 nodes.A.B1 node.A.B具有公共节点的单元之间存在信息传递.分离但节点重叠的单元A和B之间没有信息传递（需进行节点合并处理）第18页/共31页ANSYS分析实例分析实例杆杆问题描述问题描述求解在力求解在力F F1 1 F F2 2作用下珩架的变形，作用下珩架的变形，已知条件如下：已知条件如

6、下：P 1=2000 NP 1=2000 NP 1=2000 NP 1=2000 NE=2.510E=2.5107 7papa横截面积横截面积 (A)=0.5m(A)=0.5m2 2泊松比泊松比=0.3=0.3第19页/共31页ANSYS分析实例分析实例梁梁问题描述问题描述求解在求解在均布载荷作用下正均布载荷作用下正方形截面方形截面梁梁的变形，已知条件如下：的变形，已知条件如下：梁截面边长梁截面边长0.1m0.1mAC=BC=10mAC=BC=10mq=4000 N/mq=4000 N/mE=2.110E=2.11011 11 papa泊松比泊松比=0.3=0.3q=4000N/m扩展：焊接、

7、铰接的实现第20页/共31页ANSYS分析实例分析实例梁梁问题描述问题描述求解在求解在两侧均布载荷作用下长两侧均布载荷作用下长方形方形平板平板的变形，已知条件如下：的变形，已知条件如下：薄板厚度薄板厚度0.01m0.01mp=05MPap=05MPaE=69GPaE=69GPa泊松比泊松比=0.3=0.3第21页/共31页ANSYS练习练习杆杆问题描述问题描述求解在力求解在力F F作用下珩架的变形，已知作用下珩架的变形，已知条件如下：条件如下：F F=50KN=50KNE=26MpaE=26Mpa横截面积横截面积 (A)=0.6m(A)=0.6m2 2泊松比泊松比=0.3=0.3F第22页/共

8、31页ANSYS练习练习梁梁问题描述问题描述求解在求解在均布载荷和集中载荷作用下均布载荷和集中载荷作用下正正方形截面梁方形截面梁的变形，已知条件如的变形，已知条件如下：下：梁截面边长梁截面边长0.1m0.1mAC=BC=1mAC=BC=1mF=200NF=200Nq=400 N/mq=400 N/mE=2.110E=2.11011 11 papa泊松比泊松比=0.3=0.3q=400N/mF=200NABC第23页/共31页ANSYS练习练习平板平板问题描述问题描述求解在求解在均变载荷作用下带腔室水坝均变载荷作用下带腔室水坝截面截面的变形，已知条件如下的变形，已知条件如下：（单：（单位：位：M

9、）正方形腔室边长为正方形腔室边长为4m4mE=50GPaE=50GPa泊松比泊松比=0.3=0.3p1020253082第24页/共31页ANSYS练习练习平板平板问题描述问题描述 左上角的销孔由于焊接而被固定死。右下角的销孔上作用一分布力。使用的是美国的单位体系。材料的杨氏模量为30E6 psi，泊松比0.27第25页/共31页ANSYS练习练习实体实体问题描述问题描述某型压气机盘如图所示，其某型压气机盘如图所示，其截面图如所示。将叶片的引截面图如所示。将叶片的引起的离心效果均匀施加于轮起的离心效果均匀施加于轮盘的边缘。盘的边缘。第26页/共31页ANSYS练习练习实体实体问题描述问题描述其

10、截面形状和尺寸如图其截面形状和尺寸如图第27页/共31页ANSYS练习练习实体实体问题描述问题描述其截面形状和尺寸如图其截面形状和尺寸如图盘上各关键点坐标点编号 1 2 3 4 5 6 7 8 X 226226 157 237.5229.2237.5126 138 Z 208.8258.7 258.7 220.3220.3208.8276.7276.7 点编号 9 10 11 12 13 14 15 16 17 X 102.5102.5 237.5 237.5135 243.85243.85229.2 162.5 Z 263 248.7 273.8 264.1248.7273.8254.825

11、4.8 264.1 第28页/共31页ANSYS练习练习实体实体问题描述问题描述要求说明要求说明盘转速为11373转/分，盘材料TC4钛合金，其弹性模量为：1.1510MPa，泊松比为0.30782，密度为4.4810（-9）吨/立方毫米。其安装边总共产生的离心力等效为628232N（沿径向等效），这叶片数目为74个，叶片和些力假定其均匀作用于轮盘边缘。位移约束施加于鼓桶上，为在鼓桶的上表面施加径向约束，在鼓桶的侧面施加轴向约束，为避免刚体位移，两个位置的周向约束均被固定。第29页/共31页ANSYS练习练习实体实体问题描述问题描述考虑重力考虑重力弹性模量（也称杨式模量）弹性模量（也称杨式模量）E=206GPa E=206GPa；泊松比；泊松比 ；材料密度；材料密度 ；重力加速度重力加速度 ；作用力作用力FyFy作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N Fy=-5000N 第30页/共31页感谢您的观看！第31页/共31页