材料成型CAE综合实验报告册

1、精品学生学号 实验课成绩学 生 实 验 报 告 书实验课程名称 材料成型CAE综合实验开 课 学 院材料学院指导教师姓名学 生 姓 名学生专业班级2011-2012学年第1学期实验课程名称：材料成型CAE综合实验 实验项目名称 桁架的结构分析实验成绩实 验 者专业班级成型0805班组 别同 组 者实验日期2011年12月9日一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一）实验目的掌握用ANSYS进行有限元结构分析的基本过程。二）基本原理和方法结构分析是有限元分析的基础内容，也是材料成型过程模拟的主要内容。有限元法是一种离散化的数值计算

2、方法。离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。求解方程组，就可以得到方程的近似解。有限元刚度分析法的步骤：1）建立几何模型；2）对几何模型进行离散化处理；3）将单元节点位移作为基本未知量；4）选择位移模式；5）确定单元应变与位移、应力与应变的关系；6）根据虚功原理建立单元中节点力与节点位移的关系；7）根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；8）将各单元的刚度方程叠加，

3、组装成整体刚度方程；9）根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；10）求解整体刚度方程，得到节点位移；11）根据相应方程求解应力和应变；12）利用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析。从应用角度看（如用ANSYS分析软件），整个过程可分为：l 前处理：步骤1）、2）l 加载求解：步骤7）、9）、10）、11）l 后处理：步骤12）其余为软件自动进行。三）实验内容桁架结构如图所示，各节点等距离分布，1、2节点间距1m，集中力P=10KN，确定桁架各杆件内力。本实验要求对分析结果进行讨论。四）实验设备和仪器装有ansys软件的计算机一台第二部分：实验过程

4、记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等） 上机实验步骤建立文件：Utility MenuFileChange Directoryinto yoursOKUtility MenuJ FileobnametrussOK定义单元类型：Main menuPreferenceStrucrturalOKMain MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddLink 2D Spar 1OK CloseMain MenuPreprocessorReal Constants Add/Edit/DeleteAddLINK 1OKAR

5、EA: 0.1OK Close定义材料属性：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStrucruralLinearElastic IsotropicEX: 30E6, PRXY: 0.3OK生成节点：Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesIn Active CSNode 1: 0,0,0Apply Node 2: 1,0,0Apply 同理：Node 3: 2,0,0Node 4: 3,0,0Node 5: 4,0,0Node 6: 3,1,0Node 7: 2,1,0Node 8: 1,1

6、,0OKUtility MenuPlotCtrlsNumberingNODE Node Numbers OnOK生成单元：Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru NodesPick 1,2ApplyPick 2,3Apply同理：3,44,55,64,63,63,72,81,87,86,7OK施加位移约束和载荷：Main MenuSolutionDefined LoadsApplyStructuralDisplacementOn NodesPick 1,3Lab 2: UYApplyPick 5Lab 2: UX

7、, UYOKMain MenuSolutionDefined LoadsApplyStructuralForce/MomentOn NodesPick 2,4,7Lab: FY, VALUE: -10000OK求解：Main MenuSolutionSolveCurrent LSOKClose后处理：绘制变形图：Main MenuGeneral PostprocessorPlot ResultsDeformed ShapeDef Shape onlyOK（对显示结果进行存储：Utility MenuPlot CtrlsCapture ImageFileSave as）显示节点位移：Main M

8、enuGeneral PostprocessorList ResultsNodal SolutionDOF Solution Displacement Vector sunOK显示节点受力：Main MenuGeneral PostprocessorList ResultsNodal LoadsAll stru forc FOK教师签字_第三部分 结果与讨论（可加页）一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）二、小结、建议及体会三、思考题一 实验结果分析图1 由图易知最大位移发生在2节点处，节点5同时受到水平与竖直方向的约束力，没有发生位移，节点1,3只在水

9、平方向发生位移。由于节点5受到双向约束，同时节点3与6相连，增加了结构的稳定性，所以桁架左边部分比右边部分的变形量明显要大，图中的最大变形量DMX=0.035576 。二 小结及体会 通过本次试验，让我初步熟悉了运用ansys软件对简单构件的进行受力变形分析，其基本过程包括有定义单元类型，定义材料属性，生成节点，生成单元，施加载荷和约束及求解与后处理，我发现其难点在于找准节点位置并划分网格和施加约束与载荷，这些阶段最容易出现错误。Ansys软件大大简化了我们对构件受力分析的效率。实验课程名称：材料成型CAE综合实验 实验项目名称 自主设计构件的结构分析实验成绩实 验 者李超专业班级成型0805

10、组 别同 组 者实验日期2011年12月12日一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一）实验目的 通过自主设计的构件，熟悉用ANSYS进行有限元结构分析的过程。二）基本原理和方法有限元法是一种离散化的数值计算方法。离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。求解方程组，就可以得到方程的近似解。有限元刚度分析法的步骤：1）建立几

11、何模型；2）对几何模型进行离散化处理；3）将单元节点位移作为基本未知量；4）选择位移模式；5）确定单元应变与位移、应力与应变的关系；6）根据虚功原理建立单元中节点力与节点位移的关系；7）根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；8）将各单元的刚度方程叠加，组装成整体刚度方程；9）根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；10）求解整体刚度方程，得到节点位移；11）根据相应方程求解应力和应变；12）利用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析。从应用角度看（如用ansys分析软件），整个过程可分为：l 前处理：步骤1）、2）l 加载求解：步

12、骤7）、9）、10）、11）l 后处理：步骤12）其余为软件自动进行。三）实验内容1）参照实验一，自主设计一个构件的结构及其受力和约束状况。2）用ANSYS进行有限元结构分析。3）对分析结果进行讨论。 图2四）实验设备和仪器装有ansys软件的计算机一台第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）上机实验步骤建立文件：Utility MenuFileChange Directoryinto yoursOKUtility MenuJ FileobnametrussOK定义单元类型：Main menuPreferenceStrucrturalOKMa

13、in MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddLink 2D Spar 1OK CloseMain MenuPreprocessorReal Constants Add/Edit/DeleteAddLINK 1OKAREA: 0.1OK Close定义材料属性：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStrucruralLinearElastic IsotropicEX: 30E6, PRXY: 0.3OK生成节点：Main MenuPreprocessorModelingCreat

14、eNodesIn Active CSNode 1: 0,0,0Apply Node 2: 1,0,0Apply 同理：Node 3: 2,0,0Node 4: 3,0,0Node 5: ,1,0Node 6: ,1,0Node 7: ,1,0OKUtility MenuPlotCtrlsNumberingNODE Node Numbers OnOK生成单元：Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru NodesPick 1,2ApplyPick 2,3Apply同理：3,44,55,66,71,72,72,63,63

15、,5OK施加位移约束和载荷：Main MenuSolutionDefined LoadsApplyStructuralDisplacementOn NodesPick 1Lab 2: UX,UYApplyPick 4Lab 2: UYOKMain MenuSolutionDefined LoadsApplyStructuralForce/MomentOn NodesPick 2,3Lab: FY, VALUE: -10000OK求解：Main MenuSolutionSolveCurrent LSOKClose后处理：绘制变形图：Main MenuGeneral PostprocessorPl

16、ot ResultsDeformed ShapeDef Shape onlyOK（对显示结果进行存储：Utility MenuPlot CtrlsCapture ImageFileSave as）显示节点位移：Main MenuGeneral PostprocessorList ResultsNodal SolutionDOF Solution Displacement Vector sunOK显示节点受力：Main MenuGeneral PostprocessorList ResultsNodal LoadsAll stru forc FOK教师签字_第三部分 结果与讨论（可加页）一、实验

17、结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）二、小结、建议及体会三、思考题与分析： 图3二. 小结和体会： 通过本次自主设计试验，让我对有限元分析软件ansys有了更深刻的了解，在前一实验的基础上，对桁架结构及受力进行改变，实验步骤基本一致，因此实验过程中未遇到什么困难，但比较要注意的是结构的受力与约束以及网格的划分。 实验课程名称：材料成型CAE综合实验 实验项目名称圆管的温度场和热应力分析实验成绩实 验 者专业班级成型0805班组 别同 组 者实验日期2011年12月13日一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与

18、技术路线等）一）实验目的掌握用ANSYS进行温度场分析和热应力分析的基本过程。二）基本原理和方法 温度场分析和热应力分析是材料成型过程分析的重要内容，对材料成型CAE起着至关重要的作用。有限元法是一种离散化的数值计算方法。离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。求解方程组，就可以得到方程的近似解。用ANSYS软件进行有限元分析，整个过程可分为：l 前处理：建立几何模型；对几何模型进行离散

19、化处理等。l 加载求解：根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；求解整体刚度方程，得到节点位移；根据相应方程求解应力和应变等。l 后处理：利用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析等。本实验主要进行热分析和热力耦合分析，将温度场作为载荷施加给所分析的构件。三）实验内容 有一截面为圆环形的输暖管道，内外半径分别为200mm、800mm，管道内水的温度为80，管道外表层温度为10，求管道内的应力分布。（假设管道内充满水）该问题为轴对称问题，沿管道横截面取宽为50mm的矩形截面（如图）为计算模型。

20、本实验要求对分析结果进行讨论。四）实验设备和仪器装有ansys软件的计算机一台第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）上机实验步骤建立文件：Utility Menu FileChange Directoryinto yoursOKUtility Menu FileJobnamethermalstressOK建模：Main menuPreferenceStrucrtural and ThermalOKMain MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddThermal SolidQuad 4 no

21、de 55OK Element TypeOptionsK3: AxisymmetricOKMain MenuPreprocessorMaterial PropsTemperature UnitCelsuisOKMain MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsThermalConductivity IsotropicKXX: 1.2OKMain MenuPreprocessorModelingCreate AreasRectangleBy DimensionsX1, X2: 0.2, 0.8. Y1, Y2: 0, 0.05OK划分网格：Mai

22、n MenuPreprocessorMeshingMeshingToolSize Controls: Lines SetsPick 1,3OKNDIV: 10OK Back to “MeshTool Windows” Size Controls: Lines SetsPick 2,4OKNDIV: 2OK Back to “MeshTool Windows”Shape: Quad FreeMeshPick allOKClose “MeshTool Windows”热分析：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisSteady StateOKUtilit

23、y MenuSelectEntitiesLines, By Num/Pick, From FullApplyPick 4OKUtility MenuSelectEntitiesNodes, Attached to, Lines,allOKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn NodesPick allOKLab 2: TEMP, VALUE: 80OKUtility MenuSelectEntitiesLines, By Num/Pick, From FullApplyPick 2OKUtility MenuSelectE

24、ntitiesNodes, Attached to, Lines,allOKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn NodesPick allOKLab 2: TEMP, VALUE: 10OKUtility MenuSelectEverythingMain MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrlsDB/Results FileBasic quantities, Last substep, Value of N: 1OKMain MenuSolutionSolveCurrent LSOKC

25、loseMain MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SoluNodal SolutionDOF SolutionNodal TemperatureDeformed Shape onlyOK （或根据讨论的需要进行显示，对显示结果进行存储：Utility MenuPlot CtrlsCapture ImageFileSave as）热应力耦合分析：Main MenuPreprocessorElement TypeSwitch Elem Typethermal to StrucOKMain MenuPreprocessorEleme

26、nt TypeAdd/Edit/DeletAdd OptionsK3: Axisymmetric OKMain MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElastic IsotropicEX: 1.2E11, PRXY: 0.3 Back to “Define Mareial Model Behavior”Windows: StructuralThermal ExpansionSecant CoefficientIsotropicALPX: 1.3E-6OKUtility MenuSelectEntitiesLi

27、nes, By Num/Pick, From FullApplyPick 3OKUtility MenuSelectEntitiesNodes, Attached to, Lines,allOKMain MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFsPick allOKNSET: 7, LAB: UY OKUtility MenuSelectEverythingMain MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFsPick 1, 14, 24OKNSET: 8, LAB: UXOKMain MenuPreprocessorC

28、oupling/CeqnCouple DOFsPick 2, 12, 13OKNSET: 9, LAB: UXOKMain MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisStaticOKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn NodesPick 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11Lab2: UY, VALUE: 0OKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralTemperaureFrom Thermal Anal

29、ysisFname Name of results file: thermalstress.rthOKMain MenuSolutionSolveCurrent LSOKCloseMain MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SoluNodal Solution StressX-Component of StressDeformed Shape onlyOK （或根据讨论的需要进行显示，对显示结果进行存储：Utility MenuPlot CtrlsCapture ImageFileSave as） 教师签字_第三部分 结果与讨论

30、（可加页）一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）二、小结、建议及体会三、思考题一实验结果与分析：温度场结果图： 图4 在本实验中，利用计算机ansys软件对受热作用的厚壁圆筒的有限元分析，根据有限元模型，进行有限元的网格划分，取其一个矩形界面，选取1和3单元划分成10份 ，选取2和4单元划分成2份，定义该材料是轴对称的图形，在2单元施加10 。C的热载荷，在4单元施加80 。C，在结果显示中，运用热流梯度选项将圆筒受热梯度通过不同的颜色来表达出来。通过结果显示图片我们可以知道，SMN=80，SMX=10，我们可以根据图片清楚的看出从内壁到外壁温度梯度渐渐

31、减小的变化，符合实际情况。热应力场结果图： 图5 由于温度梯度的存在，使得圆管内部有热应力分布。从热应力的彩色图里面可以看出，最大热应力SMX=1105，最小热应力SMN=-0.248E+07。二小结与体会 本次实验是通过使用ansys来对圆形管道的温度场和热应力进行分析，它采用离散化处理，然后将热流密度以不同的颜色表示出来，能很形象的把内部温度表示出来。本次试验让我发现ansys在热处理领域很有用处，在我以后的工作很有帮助。 由于实验过程比较繁琐，在实验中还是常常出现小错误，最后通过询问同学，还是得以解决了。实验课程名称：材料成型CAE综合实验 实验项目名称自主设计构件的温度场和热应力分析实

32、验成绩实 验 者专业班级成型0805组 别同 组 者实验日期2011年12月14日一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一）实验目的掌握用ANSYS进行温度场分析和热应力分析的基本过程。二）基本原理和方法 温度场分析和热应力分析是材料成型过程分析的重要内容，对材料成型CAE起着至关重要的作用。有限元法是一种离散化的数值计算方法。离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。然后把所有

33、单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。求解方程组，就可以得到方程的近似解。用ANSYS软件进行有限元分析，整个过程可分为：l 前处理：建立几何模型；对几何模型进行离散化处理等。l 加载求解：根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；求解整体刚度方程，得到节点位移；根据相应方程求解应力和应变等。l 后处理：利用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析等。本实验主要进行热分析和热力耦合分析，将温度场作为载荷施加给所分析的构件。三）实验内容 有一截面为圆环形的输暖管道，内外半径分别为200mm、

34、800mm，管道内水的温度为100，管道外表层温度为20，求管道内的应力分布。（假设管道内充满水）该问题为轴对称问题，沿管道横截面取宽为50mm的矩形截面（如图）为计算模型。 50 500本实验要求对分析结果进行讨论。四）实验设备和仪器装有ansys软件的计算机一台第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）上机实验步骤建立文件：Utility Menu FileChange Directoryinto yoursOKUtility Menu FileJobnamethermalstressOK建模：Main menuPreferenceStru

35、crtural and ThermalOKMain MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddThermal SolidQuad 4 node 55OK Element TypeOptionsK3: AxisymmetricOKMain MenuPreprocessorMaterial PropsTemperature UnitCelsuisOKMain MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsThermalConductivity IsotropicKXX: 1.2OKMain MenuPre

36、processorModelingCreate AreasRectangleBy DimensionsX1, X2: 0.2, 0.7. Y1, Y2: 0, 0.05OK划分网格：Main MenuPreprocessorMeshingMeshingToolSize Controls: Lines SetsPick 1,3OKNDIV: 10OK Back to “MeshTool Windows” Size Controls: Lines SetsPick 2,4OKNDIV: 2OK Back to “MeshTool Windows”Shape: Quad FreeMeshPick a

37、llOKClose “MeshTool Windows”热分析：Main MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisSteady StateOKUtility MenuSelectEntitiesLines, By Num/Pick, From FullApplyPick 4OKUtility MenuSelectEntitiesNodes, Attached to, Lines,allOKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn NodesPick allOKLab 2: TEMP, VALU

38、E: 100OKUtility MenuSelectEntitiesLines, By Num/Pick, From FullApplyPick 2OKUtility MenuSelectEntitiesNodes, Attached to, Lines,allOKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn NodesPick allOKLab 2: TEMP, VALUE:20OKUtility MenuSelectEverythingMain MenuSolutionLoad Step OptsOutput CtrlsDB/

39、Results FileBasic quantities, Last substep, Value of N: 1OKMain MenuSolutionSolveCurrent LSOKCloseMain MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SoluNodal SolutionDOF SolutionNodal TemperatureDeformed Shape onlyOK （或根据讨论的需要进行显示，对显示结果进行存储：Utility MenuPlot CtrlsCapture ImageFileSave as）热应力耦合分析

40、：Main MenuPreprocessorElement TypeSwitch Elem Typethermal to StrucOKMain MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeletAdd OptionsK3: Axisymmetric OKMain MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElastic IsotropicEX: 1.2E11, PRXY: 0.3 Back to “Define Mareial Model Behavior”Windows: St

41、ructuralThermal ExpansionSecant CoefficientIsotropicALPX: 1.3E-6OKUtility MenuSelectEntitiesLines, By Num/Pick, From FullApplyPick 3OKUtility MenuSelectEntitiesNodes, Attached to, Lines,allOKMain MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFsPick allOKNSET: 7, LAB: UY OKUtility MenuSelectEverythingMain Me

42、nuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFsPick 1, 14, 24OKNSET: 8, LAB: UXOKMain MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFsPick 2, 12, 13OKNSET: 9, LAB: UXOKMain MenuSolutionAnalysis TypeNew AnalysisStaticOKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn NodesPick 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,

43、 11Lab2: UY, VALUE: 0OKMain MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralTemperaureFrom Thermal AnalysisFname Name of results file: thermalstress.rthOKMain MenuSolutionSolveCurrent LSOKCloseMain MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal SoluNodal Solution StressX-Component of StressDeformed Shape

44、onlyOK （或根据讨论的需要进行显示，对显示结果进行存储：Utility MenuPlot CtrlsCapture ImageFileSave as） 教师签字_第三部分 结果与讨论（可加页）一、实验结果分析（包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）二、小结、建议及体会三、思考题一、实验结果分析 温度场结果图：图6取50*500的矩形面为计算模型，内壁温度为100，外壁温度为20。在本实验中，利用计算机ansys软件对受热作用的厚壁圆筒的有限元分析，根据有限元模型，进行有限元的网格划分，取其一个矩形界面，选取1和3单元划分成10份 ，选取2和4单元划分成2份，定义该材

45、料是轴对称的图形，在2单元施加20 。C的热载荷，在4单元施加100 。C，在结果显示中，运用热流梯度选项将圆筒受热梯度通过不同的颜色来表达出来。通过结果显示图片我们可以知道，SMN=100，SMX=20，我们可以根据图片清楚的看出从内壁到外壁温度梯度渐渐减小的变化，符合实际情况。 热应力场结果图： 图7 由于温度梯度的存在，使得圆管内部有热应力分布。从热应力的彩色图里面可以看出，最大热应力SMX=884.302，最小热应力SMN=-0.258E+07。二小结与体会通过本实验，让我对运用有限元分析软件ansys解决热力学问题有了更深刻的了解，在实验过程中值得注意的是热力偶分析过程中研究对象所受

46、的载荷与约束，同时该过程需要调用前文件，一次在result file一栏中，文件名必须为你前面所定义的。实验课程名称：材料成型CAE综合实验 实验项目名称环形焊接接头冷却温度场和应力场分析实验成绩实 验 者专业班级成型0805组 别同 组 者实验日期2011年12月15日一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一）实验目的通过对焊接接头温度场和应力场的有限元模拟，学习用ANSYS对实际工程问题进行数值分析的过程。二）基本原理和方法对焊接接头应力及温度场分析是材料成型CAE中较为复杂的问题。它涉及到热与结构耦合等问题。有限元法是一种

47、离散化的数值计算方法。离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。求解方程组，就可以得到方程的近似解。用ANSYS软件进行有限元分析，整个过程可分为：l 前处理：建立几何模型；对几何模型进行离散化处理等。l 加载求解：根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；求解整体刚度方程，得到节点位移；根据相应方程求解应力和应变等。l 后处理：利

48、用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析等。三）实验内容某一圆环由环形钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，如图为其纵截面的1/2。圆盘初始温度为800，将圆环放置于空气中进行冷却，周围空气为30，对流系数为120W/(m2)。求5min后圆环内部的温度场和应力场分布。（材料参数见表）各种材料的属性见下表：材料温度弹性模量 GPa屈服强度GPa切变模量GPa导热系数W/(m)线胀系数1/比热容J/(kg)密度kg/m3泊松比钢30206010-54657840200192400175600153800125铜3010339910-5386893020099

49、389400903796007936680058352铁30118810-54557870200109400936007580052 四）实验设备和仪器装有ansys软件的计算机一台.精品第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）上机实验步骤建立文件：Utility Menu FileChange Directoryinto yoursOKUtility Menu FileJobnameweldOK定义单元类型：Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddCouple fieldVect

50、or Quad 13OK Element TypeOptionsK1: UX UY TEMP AZ, K3:AxisymmetricOKClose设置钢的弹性模量：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStrucruralLinearElastic Isotropic 单击4次Add TemperatureTemperature: 30,200,400,600,800, EX: 依次钢的弹性模量（单位Pa）：2.06e11, 1.92e11, 1.75e11, 1.53e11, 1.25e11，PRXY: 依次0.3OK设置钢的线膨

51、胀系数：In ”Define Material Model Behavior” WindowsStructuralThermal ExpansionSecand CoefficientIsotropic ALPX: 1.10e-5OK设置钢的密度：In ”Define Material Model Behavior” WindowsStructuralDensity DEN:7840OK设置钢的双线性材料属性：In ”Define Material Model Behavior” WindowsStructuralNonlinearInelasticRate IndependentIsotropic Hardening PlasticityMises PlasticityBilinear单击4次Add TemperatureTemperature: 30,200,400,600,800, Yield Stss: 依次钢的屈服强度（单位Pa）, Tang Mod: 依次钢的切变模量（单位Pa）OK设置钢的热传导率：In ”Define Material Model Behavior” WindowsThermalC