弹性力学有限元分析实验报告.pdf

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1、 山东理工大学综合、设计性实验报告纸 共 3 页 第 1 页 姓名 学号 学院 专业 班级 成绩 实 验 项 目 编码：Ansys 软件 指导教师 实 验 目 的 1.用四边形单元分析 x=0 截面上 x 应力的分布规律和最大值，计算孔边应力集中系数，并与理论解对比。2.利用对称性条件，取板的四分之一进行有限元建模。实验仪器（编号）材料、工具、教具 Ansys 软件 实验内容及步骤：1、定义文件名，：xiti2。2 建模，建立边长为 0.5m的正方形，建立半径为 0.1m的圆建立半径为 0.1m的圆 3 选用单元类型，采用 solid42平面单元。4 设定材料属性，设定材料参数是206EGPa

2、，0.3 5 离散几何模型，设置 Size：Element edge length为 0.02，选择其中的 Quad和 Free，点击 Mesh划分单元。6 施加位移约束 X 轴上的线施加 Y 方向上的位移约束，对于 Y 轴上的线施加 X 方向上的位移约束 7 施加压强 选择正方形右边的直线，设定压强的大小是25MPa 8 查看最后的有限元模型 9 提交计算 10 查看位移 1MNMXXYZ .156E-04.221E-04.286E-04.351E-04.416E-04.481E-04.546E-04.611E-04.676E-04.742E-04MAR 31 200819:22:54NOD

3、AL SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX=.742E-04SMN=.156E-04SMX=.742E-04 11 查看 X 向应力 1MNMXXYZ -.128E+07.784E+07.170E+08.261E+08.352E+08.443E+08.535E+08.626E+08.717E+08.808E+08MAR 31 200819:23:43NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1SX (AVG)RSYS=0DMX=.742E-04SMN=-.128E+07SMX=.808E+08 在 y 轴上各点 X 向的应力

4、（下图），其中横坐标是 y 向坐标（以圆弧最高点为坐标原点）12 细分网格 为了使结果更加准确，可以在关键区域细分网格，而在其他区域则可以用较大的网格。13 保存文件退出 Ansys 实验报告内容分析：1、应力多集中在圆孔附近，靠上端受拉，右下端受压，其他部分应力分布均匀，位移突变是导致应力突变的主要原因，应力集中处是最危险处。同时圆孔处应力最大，而后随着坐标增加应力急剧下降，到达边界时应力小到可以忽略。2、x=0截面上孔边细分前应力为 80MPa，误差为 7.72%，细分之后应力为 83.98MPa，应力集中系数为 11.9%，偏大。误差来源：x 逐渐偏离理论值，导致这一结果的原因可能是所加

5、载荷过大，同时由于圆孔附近过度细化产生了畸变，有限元采用位移插值方法存在理论误差。实验小结和体会：采用细化网格的方法使结果更加准确，这也是有限元中提高单元求解精度的重要方法。1 结构有限元分析实验报告 有限元上机实验报告 2 实验一 平面问题应力集中分析 一、目的要求：掌握平面问题的有限元分析方法和对称性问题建模的方法。通过简单力学分析，可以知道本实验问题属于平面应力问题，基于结构和载荷的对称性，可以只取模型的 1/4进行分析。用 8 节点四边形单元分析 X=0 截面x 的分布规律和最大值，计算圆孔边的应力集中系数，并与理论解对比。二、实验过程概述：1、启动 ABAQUS/CAE 2、创建部件

6、 3、创建材料和截面属性 4、定义装配件 5、设置分析步 6、定义边界条件和载荷 7、划分网格 8、提交分析作业 9、后处理 10、退出 ABAQUS/CAE 三、实验结果：（1）x 应力云图：有限元上机实验报告 3 （2）左边界直线与圆弧边交点的x 值为：2.78935 MPa；（3）左右对称面上的x 曲线：四、实验内容分析：a)模型全局x 应力分布：x 应力集中分布于中心圆孔与 x、y 轴相交的地方，且与x 轴相交处应力为负，与 y 轴相交处应力为正；沿圆周向周围，x 迅速减小；沿 y方向的x 应力大于沿 x 方向的x 应力。b)应力集中系数为 2.78935，小于理论值 3.0。误差来源

7、：有限元分析方法是将结构离散化，网格划分得越稀疏，计算出的结果就越偏离理论值。五、实验小结与体会：通过本次实验，对理论课所学有限元基本方法有了一个更加直观、深入的理解。通过对 Abaqus 软件三个步骤：前处理、分析计算、后处理的操作，了解了这款软件的基本应用，试验中，遇到诸多问题，仔细思考，加之请教老师，逐一解决，确实很有收获。有限元上机实验报告 4 实验二 平面问题有限元解的收敛性 一、实验目的和要求：（1）在 ABAQUS 软件中用有限元法探索整个梁上x 和y 的分布规律。（2）计算梁底边中点正应力x 的最大值；对单元网格逐步加密，把x 的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。（3）

8、针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和 8 节点四边形平面单元的求解精度。二、实验过程概述：（1）创建部件（2）创建材料和截面属性（3）定义装配件（4）设置分析步（5）定义边界条件和载荷（6）划分网格（7）提交分析作业（8）后处理（9）细化网格验证收敛性（10）高阶单元分析与收敛 三、实验结果：（一）单元类型：CPS3，单元尺寸：50（1）模型x 应力云图:有限元上机实验报告 5 （2）模型y 应力云图：（3）底边中点x 最大值：12.9686 MPa（4）底线上各点 x 方向的应力曲线：（二）单元类型：CPS3，单元尺寸：20(1)模型x 应力云图:有限元上机实验报告 6 （2）模型y

9、 应力云图；（3）底边中点x 最大值：17.0888 MPa（4）底线上各点 x 方向的应力曲线：（三）单元类型：CPS3，单元尺寸：10(1)模型x 应力云图:有限元上机实验报告 7 (2)模型y 应力云图:(3)底边中点x 最大值：18.1592 MPa(4)底线上各点 x 方向的应力曲线:（四）单元类型：CPS8，单元尺寸：100(1)模型x 应力云图:有限元上机实验报告 8 (2)模型y 应力云图:(3)底边中点x 最大值：19.0951 MPa(4)底线上各点 x 方向的应力曲线:（五）单元类型：CPS8，单元尺寸：50(1)模型x 应力云图:有限元上机实验报告 9 (2)模型y 应

10、力云图:(3)底边中点x 最大值：18.9939 MPa(4)底线上各点 x 方向的应力曲线:（六）单元类型：CPS8，单元尺寸：20(1)模型x 应力云图:有限元上机实验报告 10 (2)模型y 应力云图:(3)底边中点x 最大值：18.9577 MPa(4)底线上各点 x 方向的应力曲线:四、实验内容分析：a)应力分布情况和规律：底边x 为正，顶边为负，沿 y 轴正向x 逐渐增大；y 集中分布于两端铰接处，且y 与 y 同号；x、y 均对称于 y 轴分布。b)y 的有限元解与材料力学解的符号不同，因为有限元节点力正方向与材料力学中的内力正方向的定义不同。c)对最大应力点的x 应力收敛过程的

11、分析：计算次数 单元类型 单元尺寸（mm）计算应力x（MPa）误差（%）1 CPS3 50 12.9686-31.5641 2 CPS3 20 17.0888-9.82164 有限元上机实验报告 11 3 CPS3 10 18.1592-4.17309 4 CPS8 100 19.0951 0.765699 5 CPS8 50 18.9939 0.231662 6 CPS8 20 18.9577 0.040633 误差-计算次数曲线-35-30-25-20-15-10-50512.968617.088818.159219.095118.993918.9577计算应力(MPa)误差(%)d）由曲

12、线可以看出，8 节点四边形平面单元的求解精度比 3 节点三角形平面单元的高，收敛性好；而采用同样的单元时，网格划分得越密，则求解精度就越高，收敛性就越好。所以，采用细化网格和采用高精度单元的方法可以提高有限元计算的精度和收敛性。五、实验小结和体会：通过本次实验，了解了简支梁再受均布载荷时应力的分布规律。在用有限元方法求解时，通过网格加密和改变单元类型可以提高计算精度。通过采用不同的单元网格，对三节点三角形平面单元和八节点四边形平面单元的求解精度进行了比较，结果表明八节点四边形平面单元的求解精度更高。有限元上机实验报告 12 实验三 轴对称模型 一、实验目的和要求：（1）使用轴对称单元，依照轴对

13、称的原理建模分析；（2）使用 visualization功能模块查看结果，延展轴对称单元构造等效的三维视图。二、实验内容概述：（3）创建部件（4）创建材料和截面属性（5）定义装配件（6）设置分析步（7）定义边界条件和载荷（8）划分网格（9）提交分析作业（10）后处理 三、实验结果：应力云图：位移云图：有限元上机实验报告 13 三维视图：四、实验内容分析：a）通过延展轴对称单元构造等效三维视图的方法：在 visualization 功能模块中，点击主菜单ODB Display Options，弹出 ODB Display Options 对话框选择 Sweep/Extrude 标签页，选中 Sw

14、eep elements，然后点击OK。视图区中即显示出等效的三维模型。b）为什么轴对称问题不约束径向位移？轴对称问题只需添加轴向位移约束，以保证其不发生刚体位移，而径向位移约束条件不必添加，因为根据对称性条件，径向位移自动被约束。五、实验小结和体会：通过本次实验，掌握使用轴对称单元，如何依照轴对称的原理建模分析，如何使用Visualizatian 功能模块查看结果，延展轴对称单元构造等效的三维视图，进一步了解到了该软件的其他功能，值得我们熟练掌握它。有限元上机实验报告 14 实验四 三维模型的线性静力分析 一、实验目的和要求：尝试分析三维单元的应力应变情况，要求用 ABAQUS/CAE 软件

15、建立相应的实体模型和有限元离散模型，同时说明使用的单元类型。建模考虑利用问题的对称性。对比四面体单元和高精度六面体单元的计算精度。二、实验过程概述：（1）创建部件（2）创建材料和截面属性（3）定义装配件（4）划分网格（5）设置分析步（6）定义载荷和位移边界条件（7）提交分析作业（8）后处理（9）考察不同单元类型对解的影响（10）应力集中区的网格划分 三、实验结果：（1）应力云图：圆弧处的最大应力为：552.936MPa；（2）Y 方向位移云图：有限元上机实验报告 15 （3）自由端位移：自由端面上四个端点的 y 方向位移（mm）：-0.258871 -0.249481 -0.258871 -0

16、.249481 （4）采用 C3D4 单元后：圆弧处最大应力为：341.838MPa；自由端面上四个端点沿 y 方向的位移（mm）：-0.268951-0.259158-0.268949 -0.259151 采用 C3D4 单元的计算精度不如采用 C3D20 单元的精度高。四、实验内容分析：a）关于应力集中现象：应力集中出现在构件的几何形状、外形尺寸发生突变的地方，在该局部地区周围应力显著增大。对应力集中区的网格划分，为了体现出应力显著变化的规律，应该对应力集中区采用分割命令，在应力集中区域生成结构化网格。c）对于对称性的结构，应该采用对称性约束和计算的方法减少计算量。五、实验小结和体会：对于

17、一般复杂的结构，进入 MASH 功能模块后，结构显示为橙色，无法使用默认的网格划分技术来生成网格，此时需要把部件分割为几个简单的区域，然后在每个区域上分别生成结构化网格。有限元上机实验报告 16 实验五 板-梁组合建模 一、实验目的和要求：学会使用梁单元和板壳单元，同时掌握不同类型单元组合建模的方法，要求用 ABAQUS软件建立壳单元和梁单元相结合的有限元离散模型。二、实验过程概述：（1）创建部件（2）创建材料和截面属性（3）定义装配件（4）设置分析步（5）设置相互作用（6）定义边界条件和载荷（7）划分网格（8）提交分析作业（9）后处理 三、实验结果：（1）应力云图：有限元上机实验报告 17

18、（2）位移云图：四、实验小结和体会：1）通过本次实验的学习，我对如何使用梁单元和板壳单元进行建模分析有了一定的认识，能够用 ABAQUS 软件对梁、板壳类型的结构进行离散化和有限元分析。2）对于不同类型单元的组合建模，如果各不同类型单元间存在着耦合约束关系，就应该为其创建耦合约束条件，例如本实验中的支柱与台面的交接处。有限元上机实验报告 18 实验六 综合练习题 一、实验目的和要求：按照提示，采用 C3D20 单元完成较复杂结构的有限元分析，显示模型的位移和应力。二、实验步骤：（1）part 模块中创建零件（2）property 模块中创建材料和截面属性（3）assembly 模块中创建装配件（4）step 模块中定义一个静态一般分析步（5）mesh 模块中将铰链分块，划分为 C3D20 单元类型的网格（6）load 模块中施加载荷和位移约束（7）Job 模块中创建分析任务，并提交运算（8）Visualization 模块中显示应力云图和位移云图 三、实验结果：（1）应力云图：有限元上机实验报告 19 （2）位移云图：四、实验小结和体会：本实验中的铰链部件宜采用整体建模方法，即制作成一个零件，然后再通过切割完成结构模型若采用多个，就要对两零件进行耦合约束，容易出现差错。韩如锋 0801510115