有限元分析22542

1、目錄一. 前言二有限元設(shè)計(jì)部分 1 問(wèn)題闡述 2 解析法求解 3 模型簡(jiǎn)化 4 ANSYS軟件應(yīng)用說(shuō)明 5 結(jié)果分析三機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)部分 1 問(wèn)題闡述 2 解析算法 3 黃金分割法順序流程圖 4 C語(yǔ)言源程序代碼 5 結(jié)果分析四設(shè)計(jì)心得五. 參考文獻(xiàn)一前言 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是在繼承和發(fā)展傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上融合了現(xiàn)代的科學(xué)理論和科學(xué)技術(shù)成果而形成的，是以設(shè)計(jì)產(chǎn)品為目標(biāo)的一個(gè)知識(shí)群體的總稱，目前已發(fā)展成為一門新興的綜合性交叉性學(xué)科。 ANSYS軟件是集結(jié)構(gòu)流體電場(chǎng)磁場(chǎng)聲場(chǎng)熱分析于一體的大型通用有限元分析軟件。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微

2、機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。 軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型； 分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 同時(shí)，近年來(lái)，優(yōu)化設(shè)計(jì)亦是快速發(fā)展。在計(jì)算

3、機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，運(yùn)用優(yōu)化方法后，使得在設(shè)計(jì)過(guò)程中能不斷選擇設(shè)計(jì)參數(shù)并選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，又能加快設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期。把優(yōu)化設(shè)計(jì)同計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，使設(shè)計(jì)過(guò)程完全自動(dòng)化，已成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要手段。 二有限元設(shè)計(jì)部分 1問(wèn)題描述 圖為一個(gè)水壩示意圖，水面高度為25m，壩體材料彈性模量為50GPa，泊松比為0.3，試對(duì)壩體進(jìn)行應(yīng)力分析。有限元理論分析（王富恥）壩體簡(jiǎn)化圖 2、解析法求解 已知q=gh根據(jù)平衡條件FRA=ql/2, =ql/6;任一截面上的彎矩由三部分組成：支座反作用力FRA 對(duì)x 截面的彎矩及分布載荷對(duì)x截面的彎矩，即 （）= 1 + 2 + 33、模型的簡(jiǎn)化1、壩

4、體的參數(shù)設(shè)定： 寬度 b= 20m； 高度 h=30m；2.材料參數(shù) 材料特性應(yīng)理想條件，即：滿足完全彈性假定，連續(xù)性假定，均勻性假定，各向同性假定的理想彈性體。所以，選擇彈性模量EI=50Gpa,泊松比選擇 u=0.3。3.單元選擇： 由于壩體只受均布載荷和彎矩，所以我們擇2維的單元。SOLID單元，運(yùn)用于2維問(wèn)題，具有拉，壓，彎特性，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有3個(gè)自由度x,y方向位移以及繞z軸的旋轉(zhuǎn)。選擇SOLID單元家族中的Quad 8node 82類型。即為二維SOLID單元，選擇平面應(yīng)力單元。4、壩體的邊界條件 在底邊處壩體受X,Y兩個(gè)方向的約束。5、梁所受的載荷 側(cè)邊作用著均布載荷，方向?yàn)轫槙r(shí)

5、針?lè)较?，所以為?fù)值。4ANSYS軟件應(yīng)用說(shuō)明4. 1 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn) 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)1，并在X，Y，z后的編輯框內(nèi)輸入0，0，0作為節(jié)點(diǎn)1的坐標(biāo)值。2 參照上一步的操作步驟，依次創(chuàng)建以下關(guān)鍵點(diǎn)及其編號(hào)：2（20，0, 0）；3（10 , 30 , 0）；4（0 , 30 , 0）；5（0 , 25 , 0）。4.2 顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)4.3定義單元類型和材料特性1.單元選擇在單元類型庫(kù)中，選擇左側(cè)列表中的SOLID單元家族，及右側(cè)列表中Quad 8node 82類型。2定義材料特性1. 選擇Preprocessor下的Material PropsMaterial Models。2. 在材料定義窗口內(nèi)選擇：Str

6、ucturalLinearElasticIsotropic。即為線性的，彈性的，均布的。3. 在EX后的文本框內(nèi)輸入數(shù)值5E10作為彈性模量。44創(chuàng)建單元1創(chuàng)建單元2 顯示單元資料45施加約束和載荷1選擇Main Menusolutiondefine loadsapplystructualpressureon line加應(yīng)力載荷2選擇Main Menusolutiondefine loadsapplydisplacementon line加約束4.6 求解1 選擇Main Menugeneral postprocplot resultscontour plotnodal solu分別得到合位移

7、等值線圖和等效應(yīng)力場(chǎng)等值線圖五 結(jié)果分析三 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)說(shuō)明 1問(wèn)題闡述：用黃金分割法求函數(shù)f（x）= a²-7a+10的最優(yōu)解。設(shè)初始區(qū)間為2,8，取迭代精度p=0.35。（現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法/倪洪啟 古耀新主編 ）2 .解析法求解在初始區(qū)間a,b=2,8中取兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)并計(jì)算其函數(shù)值 c=a+0.382（b-a)=4.292, f1=f(c)=-1.622736 d=a+0.618 (b-a)=5.708 ,f2=f(d)=2.62524比較函數(shù)值，縮短區(qū)間。因有f1<f2,則 b=d=5.708 , d=c=4.292 , f2=f1=-1.622736 c=a+0.382(

8、b-a)=3.416456 ,f1=f(c)=-2.243020判斷迭代終止條件： b-a=5.708-2=3.708> 不滿足迭代終止條件，比較函數(shù)值f1,f2,繼續(xù)縮短區(qū)間。經(jīng)過(guò)6次迭代a=3.28632 b=3.597050 c=3.405023 d=3.416456 f1=-2.240980 f2=-2.243020 b-a=0.310722 滿足了給定精度，迭代即可終止，近似最優(yōu)解為 e=0.5(b+a)=3.441689 , f*=f(e）=-2.2466 以上為解析法求解的結(jié)果3 算法流程圖 用C語(yǔ)言編程，其算法流程圖如下 （即為黃金分割法的順序流程圖給定；a,b,p a+

9、0.382(b-a) c , f(c)f1a+0.618(b-a) d, f(d) f2 f1>=f2 ？ 否 是 d b , c d ,f1 f2 c a , d c, f2 f1a+0.382(b-a) a1 a+0.618(b-a) d f (c) f1 f (d) f2 b-a<=p? 否 是輸出 0.5（a+b） a*停 4黃金分割法C語(yǔ)言程序#include<stdio.h>#define p 0.35 float f(float x)return (x*x-7*x+10);void main( )float a,b,c,d,e;scanf("%f

10、,%f",&a,&b);while(b-a)>=p)d=a+0.618*(b-a);c=a+0.382*(b-a);if(f(c)<=f(d)b=d;d=c;else a=c;e=(a+b)/2;printf("%f,%f",e,f(e); 程序運(yùn)行后的結(jié)果圖：5結(jié)果分析 C語(yǔ)言運(yùn)行后的實(shí)際結(jié)果與解析法算的理論結(jié)果有一定差距，是由于迭代步長(zhǎng)與迭代精度所決定的。所以，可以看出，黃金分割法對(duì)步長(zhǎng)與迭代精度有非常嚴(yán)格的要求，才能接近準(zhǔn)確值。且黃金分割法迭代次數(shù)較多，計(jì)算效率低，適用于低維優(yōu)化的一維搜索。四設(shè)計(jì)心得通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們不僅加深了對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法這門課程的基本知識(shí)的了解，更加了解的了有限元法在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，能夠精確的觀察出模型各個(gè)微元部分所收的應(yīng)力或者形變等等。使我們意識(shí)到了有限元分析在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能與作用。通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的實(shí)際優(yōu)化，了解了優(yōu)化方法在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，也了解了各種方法的有點(diǎn)與缺點(diǎn)，對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作有很大幫助，使我們了解到理論與實(shí)際聯(lián)系的重要性，增加了我們的學(xué)習(xí)興趣，這次