有限單元法上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)機(jī)電工程學(xué)院上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告 題 目：機(jī)械中的有限單元法上機(jī)實(shí)驗(yàn) 科 目：機(jī)械中的有限單元法 授課教師：鄭銀環(huán) 年級專業(yè)：機(jī)械工程（工）1002班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號：2011年1月10日實(shí)驗(yàn)一 ANSYS軟件環(huán)境一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜NSYS軟件菜單、窗口等環(huán)境、軟件分析功能及解題步驟。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：微機(jī)，ANSYS 12.0 軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：ANSYS軟件功能、菜單、窗口及解題步驟介紹。四、實(shí)驗(yàn)步驟： ANSYS 典型實(shí)例分析如圖所示，使用ANSYS分析平面帶孔平板，

2、分析在均布載荷作用下板內(nèi)的應(yīng)力分布。已知條件：F20N/mm，L200mm，b100mm，圓孔半徑r20，圓心坐標(biāo)為（100，50），E200Gpa。板的左端固定。 圖1-2 帶孔平板模型1問題描述實(shí)例類型：ANSYS結(jié)構(gòu)分析。分析類型：線性靜力分析。單元類型：PLANE82ANSYS功能示例：實(shí)體建模包括基本的建模操作，布爾運(yùn)算和網(wǎng)格細(xì)化；施加均布載荷；顯示變形后形狀和應(yīng)力等值線圖、單元信息列表；基本的結(jié)果驗(yàn)證技巧。ANSYS幫助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis 分析知識，在ANSYS Elemen

3、ts Reference部分了解Plane82單元的詳細(xì)資料。2建立有限元模型1)建立工作目錄并添加標(biāo)題進(jìn)入ANSYS，F(xiàn)ile菜單中設(shè)置工作文件名為Plane、標(biāo)題為plane。2)創(chuàng)建實(shí)體模型（1）創(chuàng)建矩形通過定義原點(diǎn)、板寬和板高定義矩形。GUI：PreProcessor Modeling Create Areas Rectangle By 2 Corners彈出Rectangle by 2 corners對話框，填寫。WP X 和WP Y表示左下角點(diǎn)坐標(biāo)。（2）生成圓面首先在矩形面上生成圓，然后挖去生成圓孔。生成圓面得操作如下：GUI：PreProcessor Modeling Crea

4、te Areas Circle Solid Circle彈出Solid Circular Area對話框，依圖輸入圓面幾何參數(shù)。下面通過布爾“減”操作生成圓孔，其操作如下：GUI：Processor Modeling Operate Booleans Subtract Areas先選擇矩形面為Base Area，單擊OK按鈕，然后選擇圓，單擊OK按鈕。布爾操作完畢之后，實(shí)體模型為帶孔平板3)定義材料屬性定義一種材料，而且只需定義彈性模量和泊松比：GUI：PreProcessor Material Props Material models Structural Linear Elastic I

5、sotropic在彈出對話框中鍵入EX=（單位Mpa），PRXY0.3。4)劃分網(wǎng)格（1）選擇單元選擇Plane82單元。選擇單元得操作如下：GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete選擇Plane82，彈出單元類型對話框，單擊OK按鈕。（2）定義單元實(shí)常數(shù)分析類型設(shè)定為Plane strs w/thk類型，操作如下：GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete Options在K3項后面下拉菜單中選“Plane strs w/thk“。定義單元厚度操作如下：GUI：PreProc

6、essor Menu Real Constants Add/Edit/Delete Add在彈出的對話框中THK后文本框中鍵入材料厚度值20。（3）設(shè)定網(wǎng)格尺寸采用用戶自定義網(wǎng)格尺寸參數(shù)，其操作如下：GUI：PreProcessor Meshing Size Cntrls Manual Size Areas All Areas在彈出Element Size on All Selected Areas對話框，在SIZE欄鍵入20mm。（4）劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格，操作如下：GUI：Processor Meshing Mesh Areas Free Pick All3施加載荷并求解1)定義約束需要約束線

7、上節(jié)點(diǎn)所有自由度（All DOFs），其操作如下：GUI：Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines彈出Apply U，ROT on Lines 對話框。選擇板左側(cè)邊線，在Lab2 欄選All DOF。單擊Apply按鈕。2)施加載荷在板右側(cè)邊施加均布載荷，載荷大小為20/201Mpa，施加載荷操作如下：GUI：Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines彈出Apply PRES on Lines 對話框，鍵入載荷值-1（由于載荷方向離開板，為拉力所

8、以為負(fù)值，反之為正），單擊OK按鈕。3)求解GUI：Solution Solve Current LS4查看分析結(jié)果1)顯示模型變形圖其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Deformed Shape2)顯示位移等值線分布圖其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Nodal Solution DoF Solution Displacement Vector sum由圖獲知最大位移值。3)顯示等效應(yīng)力等值線圖其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Contour Plot N

9、odal Solu Stress Von Mises由圖發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力出現(xiàn)在孔的上下頂點(diǎn)，與解析解吻合。4)顯示變形動畫（見文件夾）通過動畫顯示可以查看模型在載荷作用下的內(nèi)力變化過程，以圖形方式顯示分析計算結(jié)果。其操作如下：Utility Menu 中 PlotCtrls Animate Deformed Results5)列表顯示位移結(jié)果數(shù)據(jù)其操作如下：GUI：General Postproc List Results Nodal Solution查看左側(cè)邊上的節(jié)點(diǎn)位移是否為零（由于邊上所有節(jié)點(diǎn)已被固定，所以任意節(jié)點(diǎn)的位移均應(yīng)該為零，這也是驗(yàn)證的一個方面）。6)列表顯示節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)應(yīng)力值

10、是否合理，其操作如下：GUI：General Postproc List Results Stress Principals SPRIN列表顯示分析結(jié)果與參考數(shù)據(jù)相吻合，表明ANSYS分析結(jié)果可靠。7)列表顯示反作用力值在任何方向上，反作用力總是等于此方向上的載荷總和。通過顯示反作用力可以檢驗(yàn)分析結(jié)果是否合理，其操作如下：GUI：General Postproc List Results Reaction Solution8）實(shí)驗(yàn)一生成的文件：9）實(shí)驗(yàn)一命令流：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 21:43:13 11/03/2010/input,menus

11、t,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,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

12、 KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20, 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 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

13、,FAST FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 DLDELE,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 /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,0PLDIS

14、P,1PLDISP,2PLDISP,1PLDISP,2PLDISP,1/EFACET,1 PLNSOL, 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

15、/2010/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,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,

16、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 /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,

17、PLANE82KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20, 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,

18、FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,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 S

19、AVEFINISH ! /EXIT,ALL實(shí)驗(yàn)二 平面結(jié)構(gòu)靜力有限元分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握ANSYS軟件基本的幾何形體構(gòu)造方法、網(wǎng)格劃分方法、邊界條件施加方法及各種載荷施加方法。2、熟悉有限元建模、求解及結(jié)果分析步驟和方法。3、能利用ANSYS軟件對平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力有限元分析。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：微機(jī)，ANSYS12.0 軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：單位厚度的方板中間有一個圓孔（如圖所示），平板所用材料的彈性模量為E=107Mpa，泊松比為0.3。沿圓孔邊緣施加P=1Mpa的壓力。分析方板的應(yīng)力及位移。r=7mma=10mm四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、建立有限元模型。創(chuàng)建工作文件夾并添加標(biāo)題：在ANSYS工作目

20、錄下創(chuàng)建一個文件夾，命名為plate，以便用這個文件夾保存分析過程中所生成的文件。選擇Reference菜單，在彈出的對話框中選擇結(jié)構(gòu)分析（Structural），取消選擇與結(jié)構(gòu)分析無關(guān)的選項。定義幾何參數(shù)；作 GUI: Utility Menu Parameters Scalar Parameters依次輸入下面的參數(shù)：a=10e-3 r=7e-3 p=1e6 E=1e13 nu=0.3選擇單元；首先進(jìn)入單元類型庫，操作如下： GUI: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add在對話框左側(cè)選擇Solid選項，在右側(cè)列表中選

21、擇Quad 4 node 42選項，然后單擊OK按鈕。定義實(shí)常數(shù)；定義材料屬性；選定單元后，根據(jù)單元類型定義實(shí)常數(shù)，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add定義材料屬性（彈性模量和泊松比）的操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear ElasticIsotropic在彈性模量（楊氏模量，Youngs modulus EX）文本框中輸入“E”，在泊松比（Poissons Ratio P

22、RXY）文本框中輸入“nu”。創(chuàng)建實(shí)體模型；由于幾何模型、材料參數(shù)和載荷均關(guān)于水平、豎直中心線對稱，所以只需要建立方板的1/4模型即可。取坐標(biāo)原點(diǎn)為圓孔中心，建立右上角的1/4模型。首先由半寬a生成板，然后減去半徑為r的1/4圓。創(chuàng)建矩形（1/4板）通過長寬定義矩形，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Rectangle By Dimensions創(chuàng)建圓面（1/4部分圓）創(chuàng)建1/4部分圓，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create AreasCircle Partia

23、l Annulus從方板中減去圓通過布爾操作實(shí)現(xiàn)面相減，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Areas設(shè)定網(wǎng)格尺寸并劃分網(wǎng)格；單元及實(shí)體模型定義完畢后，劃分網(wǎng)格。首先進(jìn)入MeshTool對話框，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor MeshTool2、施加載荷并求解。選擇分析類型；選擇分析類型為靜力分析（Static）。定義約束；由于實(shí)體模型及載荷約束均對稱，所以利用對稱性定義約束。ANSYS提供了專門的設(shè)置，以方便設(shè)置對稱條件，即沿對稱軸設(shè)置“symmetry bo

24、undary condition”，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C On Lines選擇底邊和左側(cè)邊（實(shí)體模型的對稱線），單擊Pick對話框中的OK按鈕，則被選中線上沿對稱軸顯示出小s。施加載荷；沿內(nèi)孔邊緣施加均布載荷，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Structural Pressure On Lines為防止出現(xiàn)錯誤，可檢查剛定義的約束是否正確，然后檢

25、查載荷施加是否正確。顯示約束的操作為：GUI: Utility Menu List Loads DOF constraints On All Lines顯示模型載荷的操作為GUI: Utility Menu List Loads Surface LoadsOn All Lines求解；GUI: Main Menu Solution Solve Current LS查看分析結(jié)果。查看變形后圖形；這里需要對比變形前后的實(shí)體模型，找出變形的最大位置。顯示變形后圖形的操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape在彈出的

26、對話框中選擇Def+undeformed選項，然后單擊OK按鈕。顯示變形動畫可更精確地了解變形過程，其操作如下：GUI: Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Shape查看等效應(yīng)力（Nodal Solu）；通過等效應(yīng)力等值線圖，分析應(yīng)力分布。顯示等效應(yīng)力等值線圖的操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu從左側(cè)列表中選擇Stress選項，從右邊列表中選擇von Mises SEQV選項，然后單擊OK按鈕。查看等效應(yīng)力（Element Solu）；通

27、過應(yīng)力在各個單元內(nèi)部的分布是否均勻判別網(wǎng)格密度是否合理，決定是否需要細(xì)化網(wǎng)格。由于Element Solution不經(jīng)過節(jié)點(diǎn)插值平滑處理，因此單元內(nèi)部的應(yīng)力分布顯示得比較清楚。顯示操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu在彈出的對話框的左邊列表中選擇Stress選項，在右邊列表中選擇von Mises SEQV選項，然后單擊OK按鈕。以單獨(dú)單元顯示等效應(yīng)力。置疑分析結(jié)果；通常采用測定第一主應(yīng)力sigma1的方法置疑ANSYS分析結(jié)果是否合理，具體操作如下：GUI: Main Menu

28、General Postproc Query Results Subgrid Solu系統(tǒng)將彈出Query Subgrid Solution Data對話框，從左側(cè)列表中選擇Stress選項，從右側(cè)列表中選擇1st principal S1，單擊OK按鈕，將彈出Pick對話框，圖形窗口顯示了模型任何位置的第一主應(yīng)力。單擊需要置疑的位置，此位置的第一主應(yīng)力的坐標(biāo)及具體應(yīng)力值顯示在Pick對話框中。5）實(shí)驗(yàn)二生成的文件：6）實(shí)驗(yàn)二命令流：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 16:08:13 11/04/2010/input,menust,tmp,1 /GRA,P

29、OWER/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,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,