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现代有限元仿真技术实验指导书电子科技大学机械电子工程学院工程训练中心目 录实验一 结构梁的有限元分析1实验二 薄板圆孔的有限元分析6实验三 受内压作用的球体的有限元建模与分析15实验四 坝体的有限元建模与应力应变分析18实验五 联轴器的有限元分析实验21实验六 轴承座的有限元建模与分析32实验七 流体分析38实验八 瞬态热分析43现代有限元仿真技术实验实验一 结构梁的有限元分析一 实验目的1. 了解ANSYS在有限元分析中的作用；2. 理解ANSYS的工作机理；3. 掌握ANSYS的建模及分析方法；4. 掌握梁结构的有限元分析方法。二 实验原理1. 有限元建模的基本原则建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。（1） 保证精度原则 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。（2） 控制规模原则模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。2. 有限元建模的一般步骤不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。3. 形状处理方法几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对称分布时，可以只取出结构的一半计算。4. 单元类型单元类型的选择应根据分析类型、形状特征、计算数据特点、精度要求和计算条件等因素综合考虑。在结构分析领域，不同的结构类型需要相应的单元进行离散。因此单元通常是按结构类型进行分类的，即根据结构的特点选择相应单元。5. 单元特性单元特性定义了单元内部数据，包括材料数据、截面数据等。（1） 材料特性材料特性用于定义分析对象的材料在力学、热学等方面的性能，如弹性模量E、泊松比、密度、导热系数、热膨胀系数等。（2） 物理特性物理特性用于定义单元物理参数或辅助几何特征，在ANSYS中称为实常数。（3） 截面特性杆、梁这类一维单元需要定义其截面特性。杆件结构只承受拉压，其截面特性只有截面积。梁结构可以承受拉压、弯曲和扭转，其截面特性包括截面积、主惯矩、极惯矩等截面性质。（4） 单元相关几何数据某些单元具有一些相关几何数据，以对单元作进一步说明。6. 网格划分原则（1） 网格数量网格数量的多少主要影响以下两个因素。 结果精度网格数量增加，结果精度一般会随之提高，但当网格数量太大时，数值计算的累积误差反而会降低计算精度。 计算规模网格数量增加，将会增加计算时间。并不是网格分得越多越好，应该考虑网格增加的经济性，在实际计算时应权衡两个因素综合考虑。（2） 网格疏密网格疏密是指结构不同部位采用不同大小的网格，又称相对网格密度。应力集中区域采用较密集的网格，而在其它非应力集中区域，则采用较稀疏的网格。采用疏密不同的网格划分，既可保持相当的精度，又可使网格数量减小。（3） 单元阶次采用高阶单元可以提高计算精度，但高阶单元的节点较多，使用时也应权衡精度和规模综合考虑。（4） 网格质量网格质量是指网格几何形状的合理性。网格各边和各个内角相差不大，网格表面不过分扭曲，边角点位于边界等分点附近，则这类网格的质量较好。网格划分之后，应进行网格质量检查，并对质量差的网格（特别是重要部位的网格）进行修正。（5） 网格分界面和分界点划分网格时，结构中的一些特殊界面和特殊点应划分为网格边界或节点。7. 网格划分方法（1） 半自动分网方法由分析人员确定节点位置和形成单元，分网过程在计算机屏幕上通过人机交互方式进行。在分网时可不必考虑生成顺序，可以任意控制节点位置和单元形状，划分的网格容易满足给定的要求。（2） 自动分网方法对于形状复杂的空间曲面或实体，自动分网降低了网格划分难度，大大提高了建模效率。自动分网时需要选择单元类型、网格形状（如三角形或四边形）和单元阶次，并确定网格尺寸，然后选择进行分网的几何模型，之后整个分网过程由计算机自动完成。8. 边界条件的建立分析结构与其它结构或外界的关系用载荷、位移约束等边界条件来定义。边界条件的类型很多，不同分析问题需要定义相应的边界条件。在结构分析中，边界条件主要包括位移约束和载荷条件，载荷条件包括：集中载荷、分布载荷、体积力及温度载荷。9. ANSYS中有限元模型的建立方法（1） 创建实体模型，通过网格化生成有限元模型（2） 直接生成有限元模型：首先定义好节点，然后按照节点的顺序构造单元。由节点生成单元的前提条件： 必须先定义节点及该单元所需的最少节点数，再由节点构建单元。比如该单元是四边形单元，则须先定义好4个节点才行。 必须指定合适的单元属性，包括单元类型、单元实常数及材料属性等。适合于比较简单的模型，比如本实验中的梁结构三 实验器材装有ANSYS软件的计算机 1台四 实验步骤梁的有限元建模与变形分析要求选择不同形状的截面分别进行计算。 图 1-1 梁的计算分析模型梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）：1.1 进入 ANSYS程序 ANSYS Interactive change the working directory into yours input Initial jobname: beamRun1.2 设置计算类型ANSYS MainMenu: Preferences select Structural OK1.3 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Beam 2 node 188 OK (back to Element Types window) Close (the Element Type window)1.4 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK1.5 定义截面ANSYS Main Menu: Preprocessor Sections Beam Common Sectns 分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=0.1，H=0.15 Apply 圆截面：ID=2,R=0.1 Apply 工字形截面：ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007 OK1.6 生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入三个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(5,1) OK生成梁ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines linesStraight lines 连接两个特征点，1(0,0),2(10,0) OK1.7 网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked lines OK 选择: SECT:1（根据所计算的梁的截面选择编号）；Pick OrientationKeypoint(s):YES拾取：3#特征点(5,1) OKMesh Tool Size Controls) lines:Set Pick All(in Picking Menu) input NDIV:5 OK (back to Mesh Toolwindow) Mesh Pick All (in Picking Menu) Close (the Mesh Toolwindow)1.8 模型施加约束最左端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes pick the node at (0,0) OK select UX,UY,UZ,ROTX OK最右端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes pick the node at (10,0) OK selectUY,UZ,ROTX OK施加 y方向的载荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams Pick All VALI:100000 OK1.9 分析计算ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close thesolve Current Load Step window) OK1.10 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results DeformedShape select Def + Undeformed OK (back to Plot Results window) Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, UY, Def + Undeformed ,Rotation, ROTZ ,Def + UndeformedOK1.11 退出系统ANSYS Utility Menu: File Exit Save EverythingOK五 实验要求 对比分析结果与实际情况，得出相应结论。六 注意事项1. 在进行有限元分析时，要注意工作文件名与工作标题名的易辨认性，这样可以避免在繁多的文件中到不到所需文件的尴尬；2. ANSYS中没有“撤销”步选项，所以在进行有限元建模过程中，要养成分步保存数据的习惯；3. 简单模型在ANSYS中建模，复杂模型用其他专业建模软件建模，可以提高建模效率。七 实验报告按标准实验报告格式，并包括如下内容：1. 几何模型的贴图2. 分析结果的贴图实验二 薄板圆孔的有限元分析一 实验目的1. 进一步掌握有限元的分析方法；2. 加深对有限元在结构静力分析中的应用的理解；3. 熟悉ANSYS的操作界面；4. 掌握对称平面结构的有限元分析方法。二 实验原理1. 实体建模ANSYS具有与大多数CAD/CAE软件的接口，可直接导入各种实体和有限元模型。同时，ANSYS软件还提供了两种实体建模方法：自顶向下法与自底向上法。 自顶向下法：利用圆、矩形、球、棱柱、圆柱、块等（称为基元）高级图元，通过布尔运算直接构造几何模型。 自底向上法：通过低级图元逐级向上构造高级图元，最终形成所需模型，即首先定义关键点，依次连接关键点生成相应的线，通过线生成面和体。2. 有限元建模的基本原则建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。（1） 保证精度原则 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。（2） 控制规模原则模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。3. 有限元建模的一般步骤不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。4. 形状处理方法几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对称分布时，可以只取出结构的一半计算。三 实验器材装有ANSYS软件的计算机 1台四 实验步骤一个承受单向拉伸的无限大板，在其中心位置有一个小圆孔。材料属性：弹性模量 E=21011Pa泊松比=0.3拉伸载荷：P=1000Pa几何参数：平板厚度t=0.1m。单元类型：Structural Solid Quad 8node 821. 定义工作文件名和工作标题（1） 定义工作文件名Utility MenuFileChange Jobname，输入文件名，选择【New log and error files】复选框，单击OK按钮。（2） 定义工作标题Utility MenuFileChange Title，输入工作标题，单击OK。（3） 重新显示Utility MenuPlotReplot（4） 关闭三角坐标符号Utility MenuPlotCtrlsWindow ControlsWindow Options，弹出【Windows Options】对话框，在【Location of triad】下拉列表框中选择“Not Shown”选项，单击OK。2. 定义单元类型和材料属性（1） 选择单元类型Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，弹出【Element Types】对话框。单击Add按钮，弹出如图所示的【Library of Element Types】对话框。选择“Structural Solid”和“Quad 8node 183”选项，单击OK按钮，然后单击Close按钮。（2） 设置材料属性Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出【Define Material Models Behavior】窗口。双击如图示【Material Model Available】列表框的“Structural/Linear/Elastic/Isotropic”选项，弹出【Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1】。在【EX】和【PRXY】文本框中分别输入“2e11”及“0.3”。单击OK按钮，然后执行MaterialExit，完成材料属性的设置。（3） 保存数据单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。3. 创建几何模型（1） 生成一个矩形面Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasRectangleBy Dimensions，弹出【Create Rectangle by Dimensions】对话框。如图所示输入数据，单击OK按钮，在图形窗口中显示一个矩形。（2） 生成一个圆孔Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circle，弹出如图所示的【Solid Circular Area】对话框。分别在【WP X】、【WP Y】和【Radius】文本框中输入“0”、“0”、“5”。单击OK按钮，生成结果如下左图所示。（3） 执行面相减操作Main MenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractAreas，弹出一个拾取框。拾取编号为A1的面，单击OK按钮。然后拾取编号为A2的圆面，单击OK按钮。生成结果如下右图所示。（4）保存几何模型 单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。4.生成有限元网格 （1）设置网格的尺寸大小Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeGlobalSize，弹出GlobalElement Sizes对话框。在Element edge length文本框中输入“0.5，单击Ok按钮。 （2）采用白由网格划分单元MainMenuPreprocessorMeshingMeshAreasFree，弹出一个拾取框。拾取编号为A3的面，单击OK按钮，生成的网格如下图所示。（3）保存结果 单击工具栏中的SAVE_ DB按钮。5.施加载荷并求解（1）施加约束条件Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructrualDisplacementOn Lines，弹出一个拾取框。拾取编号为L10和L9的线，单击OK按钮，弹出【Apply U，ROT on Lines】对话框。选择“UX”，选择，单击OK按钮。 (2)施加载荷Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructrualPressureOn Lines，弹出一个拾取框。拾取编号为L2的线，单击OK按钮，弹出如图【Apply PRES on lines】对话框。在【Load PRES value】文本框中输入“-1000，单击OK按钮，生成结果如下图。（3）求解Main MenuSolutionSolveCurrent LS，弹出一个提示框。浏览后执行FileClose，单击【OK按钮开始求解运算。出现一个【Solution is done】对话框时单击Close按钮完成求解运算。（4）保存分析结果Utility MenuFileSave as，弹出Save as对话框。输入“EXERCISE2，单击OK按钮。6.浏览计算结果（1）显示变形形状Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape，弹出Plot Deformed Shape对话框。选择Def+undeformed，单选按钮，单击OK按钮，生成结果如下图所示。（2）列出节点的列表结果Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution，弹出List Nodal Solution对话框。在Item to be listed列表框中选择“Stress”选项和“von Mises stress”选项，单击OK按钮。每个单元角节点的6个应力分量将以列表方式显示，如下右图所示。执行FileSave as，可将其作为一个文本文件保存。（1）浏览节点上的Von Mises应力值Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu，弹出Contour Nodal Solution Data对话框。在Item to be contoured列表框中分别选择“stress”和“von Mises stress选项，单击OK按钮，生成结果如下图所示。7.以扩展方式显示计算结果 (1)设置扩展模式(镜像)Utility MenuP1otCtrlsStyleSymmetry ExpansionPeriodic/Cyclic Symmetry Expansion，弹出Periodic/Cyclic Symmetry Expansion对话框。选中“Reflect about YZ”单选按钮，单击OK按钮，生成结果如下第二幅图所示。（1）以等值线方式显示Utility MenuP1otCtrlsDevice Options，弹出Device Options对话框。选择Vector mode (wireframe)复选框，单击OK按钮，生成结果如下图所示。五 实验要求 对比分析结果与实际情况，得出相应结论。六 注意事项1.在进行有限元分析时，注意对称性的利用，可以简化分析过程； 2.几何模型的建立与单元属性的设定没有严格意义上的先后顺序之分；3.比较通过分网创建有限元模型与直接创建有限元模型之间的不同。七 实验报告按标准实验报告格式，并包括如下内容：1. 几何模型的贴图2. 分析结果的贴图实验三 受内压作用的球体的有限元建模与分析一 实验目的1.熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法；2.掌握如何利用ANSYS进行有限元建模及分析；3.了解受内压作用的球体的受力。二 实验原理1. 实体建模ANSYS具有与大多数CAD/CAE软件的接口，可直接导入各种实体和有限元模型。同时，ANSYS软件还提供了两种实体建模方法：自顶向下法与自底向上法。 自顶向下法：利用圆、矩形、球、棱柱、圆柱、块等（称为基元）高级图元，通过布尔运算直接构造几何模型。 自底向上法：通过低级图元逐级向上构造高级图元，最终形成所需模型，即首先定义关键点，依次连接关键点生成相应的线，通过线生成面和体。2. 有限元建模的基本原则建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。（1） 保证精度原则 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。（2） 控制规模原则模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。3. 有限元建模的一般步骤不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。4. 形状处理方法几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对称分布时，可以只取出结构的一半计算。图4-1 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）三 实验器材装有装有ANSYS分析软件的计算机 1台四 实验步骤1 进入 ANSYS程序 ANSYS Interactive change the working directory intoyours input Initial jobname: sphereRun2 设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences select Structural OK3 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 4node 182 OK (back to Element Types window) Options select K3: Axisymmetric OKClose (the Element Type window)4 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK5 生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) OK生成球体截面ANSYS 命令菜单栏: Work PlaneChange Active CS toGlobal SphericalANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Lines In ActiveCoord 依次连接1,2,3,4 点OK Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines 依次拾取四条边OK ANSYS 命令菜单栏: Work PlaneChange Active CS toGlobal Cartesian6 网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool(Size Controls)lines: Set 拾取两条直边:OKinput NDIV: 10 Apply拾取两条曲边:OKinput NDIV: 20 OK (back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape:Quad, Mapped Mesh Pick All (in Picking Menu) Close( the Mesh Toolwindow)7 模型施加约束给水平直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines 拾取水平边：Lab2: UY OK，给竖直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C. On Lines 拾取竖直边OK给内弧施加径向的分布载荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines 拾取小圆弧；OK input VALUE:100e6 OK8 分析计算ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close thesolve Current Load Step window) OK9 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results DeformedShape select Def + Undeformed OK (back to Plot Results window) Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, UX,UY, Def +Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ,Def + UndeformedOK10 退出系统ANSYS Utility Menu: File Exit Save EverythingOK五 实验要求 记录实验过程、完成建模并对实验所得数据进行分析，完成实验报告。六 注意事项1.在进行有限元分析时，注意对称性的利用，可以简化分析过程； 2.几何模型的建立与单元属性的设定没有严格意义上的先后顺序之分；3.比较通过分网创建有限元模型与直接创建有限元模型之间的不同。七 实验报告按标准实验报告格式，并包括如下内容：1. 几何模型的贴图2. 分析结果的贴图实验四 坝体的有限元建模与应力应变分析一 实验目的1.熟悉并掌握ANSYS软件的使用方法；2.掌握如何利用ANSYS进行有限元建模；3.掌握如何利用ANSY进行应力应变分析。二 实验原理1. 有限元建模的基本原则建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。（1） 保证精度原则 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。（2） 控制规模原则模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。2. 有限元建模的一般步骤不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。3. 形状处理方法几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形，应力也分布在局部区域内时，可以从整个结构中划分出一部分进行分析。（4） 对称性的利用：当结构形状和边界条件具有某种对称性，应力和变形呈相应的对称分布时，可以只取出结构的一半计算。4.实验问题描述计算分析模型如图所示, 习题文件名: dam。图5-1 坝体的计算分析模型三 实验器材安装有ANSYS 软件的计算机 1台四 实验步骤1 进入 ANSYS程序 ANSYS Interactive change the working directory into yours input Initial jobname: damRun2 设置计算类型ANSYS MainMenu: Preferences select Structural OK3 选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid Quad 4node 182 OK (back to Element Types window) Options select K3: Plane Strain OKClose (the Element Type window)4 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK5 生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(1,5),4(0.45,5) OK生成坝体截面ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPS 依次连接四个特征点，1(0,0),2(10,0),3(1,5),4(0.45,5)OK6 网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool(Size Controls)lines: Set 依次拾取两条横边:OKinput NDIV: 15 Apply依次拾取两条纵边:OK input NDIV: 20 OK (back to the mesh tool window)Mesh: Areas,Shape: Quad, Mapped Mesh Pick All (in Picking Menu) Close( the Mesh Tool window)7 模型施加约束分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On lines pick the lines OK select Lab2:UX, UY OK给斜边施加x方向的分布载荷ANSYS 命令菜单栏: Parameters Functions Define/Edit 1) 在下方的下拉列表框内选择x ,作为设置的变量；2) 在Result窗口中出现X,写入所施加的载荷函数：1000*X；3) FileSave(文件扩展名：func) 返回：ParametersFunctions Read from file：将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷OK ANSYS Main Menu: Solution Define LoadsApply Structural Pressure On Lines 拾取斜边；OK 在下拉列表框中，选择：Existing table OK 选择需要的载荷参数名OK8 分析计算ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load Step window) OK9 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results DeformedShape select Def + Undeformed OK (back to Plot Results window)Contour Plot Nodal Solu select: DOF solution, UX,UY, Def +Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ, Def + UndeformedOK10 退出系统ANSYS Utility Menu: File Exit Save EverythingOK五 实验要求 完成坝体的建模和相关应力应变的分析，并对所得数据进行整理分析，完成实验报告。六 注意事项1.在进行有限元分析时，注意对称性的利用，可以简化分析过程； 2.几何模型的建立与单元属性的设定没有严格意义上的先后顺序之分；3.比较通过分网创建有限元模型与直接创建有限元模型之间的不同。七 实验报告按标准实验报告格式，并包括如下内容：1. 几何模型的贴图2. 分析结果的贴图实验五 联轴器的有限元分析实验一 实验目的1. 掌握有限元的三维模型建模方法；2. 比较不同实体模型分网方法的不同;3. 比较一维、二维以及三维有限元单元的不同；4. 掌握三维模型的有限元分析方法二 实验原理1. 有限元建模的基本原则建模时需要考虑两条基本原则：一是保证计算结果的精度，二是控制模型的规模。在保证精度的前提下，减小模型规模是必要的，它可在有限的条件下使有限元计算更好、更快地完成。（1） 保证精度原则 适当增加单元数量，即划分比较密集的网格。实际计算时，可以比较两种网格的计算结果，如果相差较大，可以继续增加单元数量。如果结果变化不大，则可以停止增加。 在划分网格特别是在应力精度要求很高的区域时尽量划分比较规则的网格形状。一般情况下，使单元形状为正多边形（等边三角形或正方形）和正多面体。（2） 控制规模原则模型规模是指模型的大小，直观上可用节点数和单元数来衡量。 可以通过控制节点和单元数量来控制模型规模。此外，模型规模还受节点和单元编号的影响。 在估计模型规模时，除了考虑节点的多少外，还应考虑节点的自由度数。2. 有限元建模的一般步骤不同问题的有限元建模过程和内容不完全相同，在具体实施分析之前，首先弄清分析对象的几何形状、约束特点和载荷规律，以明确结构型式、分析类型、计算结果的大致规律、精度要求、模型规模大小等情况，以确定合理的建模策略和分析方案。3. 形状处理方法几何模型对分网过程、网格形式和网格数量都有直接影响。几何建模时，对原有结构进行适当处理是必要的。（1） 降维处理：对某些结构作近似处理，按平面问题或轴对称问题来计算，把三维问题简化或近似为二维问题来处理。（2） 细节简化：结构中存在的一些相对尺寸很小、处于结构的非高应力区的细节，如倒圆、倒角、退刀槽、加工凸台等，可以简化处理。（3） 局部结构的利用：当有些结构尺寸很大，但受力或同时受力的却是某些相对很小的局部，结构只是在局部发生变形