有限元上机第2周

1、第二周实验一：三角形薄板静力分析一、实验课题三角形薄板厚 t = 1 m，其尺寸、载荷及约束如图所示。若取弹性模量 E = 1 MPa，泊松比= 0.3，P = 1 kN。试对该三角形薄板进行静力分析。二、实验要求1 掌握平面应力三角形单元定义方法；2 掌握材料常数的输入方法； 3 掌握边界条件的处理方法； 4 掌握载荷的施加方法； 5 熟悉有限元结果数据的输出； 6 熟悉变形图，应力云图，交互式查询某点应力的方法。三、实验步骤： 进入 ANSYS 点击点击 【程序】【ANSYS 12.1】【Mechanical APDL (ANSYS)】 建立有限元模型 1 输入标题 (1) 点击【File

2、】【Change Title】； (2) 输入标题“Plane Stress Problem”； (3) 点击【OK】按钮。 2 选择分析类型 (1) 点击【Main Menu】【Preferences】； (2) 选择 structural 复选框，然后点击【OK】按钮。 3 确定单元类型 (1) 点击【Main Menu】【Preprocessor】【Element Type】【Add/Edit/Delete】； (2) 点击【Add】，选择 structural solid 族中 Quad 4 node 182单元，再点击【OK 】； (注：点击help选项，查看182单元的属性和详细信

3、息) (3) 点击【Options】钮，在 Element behavior K3 行选择 plane stress + w / thk ； (4) 点击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。 4 定义板厚 (1) 点击【Main Menu】【Preprocessor】【Real Constants】； (2) 点击【Add】，再点击【OK 】； (3) 输入板厚 1 ，再点击【OK 】，然后关闭 real constant 对话框. 5 定义材料性质 (1) 点击【Main Menu】【Preprocessor】【Material Props】【Material Models】【Str

4、uctural】【Linear】【Elastic】【Isotropic】； (2) 点击【OK】； (3) 输入弹性模量 1E+06，泊松比 0.3，然后点击【OK】，关闭退出。 6 输入节点坐标 (1) 点击【Main Menu】【Preprocessor】【Modeling Create】【Nodes】【In Active CS】； (2) 输入节点号 1 ，及其坐标 0 , 2 ，然后点击【Apply】； 输入节点号 2 ，及其坐标 0 , 1 ，然后点击【Apply】；输入节点号 3 ，及其坐标 1 , 1 ，然后点击【Apply】；输入节点号 4 ，及其坐标 0 , 0 ，然后点击【

5、Apply】； 输入节点号 5 ，及其坐标 1 , 0 ，然后点击【Apply】； 输入节点号 6 ，及其坐标 2 , 0 ，然后点击【OK】； 7 定义单元 (1) 点击【Main Menu】【Preprocessor】【Modeling-Create】【Elements】【Auto Numbered】【Thru Nodes】； (2) 点取节点 3 , 1 , 2 生成单元 1 ，然后点击【Apply】； 点取节点 5 , 2 , 4 生成单元 2 ，然后点击【Apply】； 点取节点 2 , 5 , 3 生成单元 3 ，然后点击【Apply】； 点取节点 6 , 3 , 5 生成单元 4

6、 ，然后点击【OK】。 求解 1 定义约束 (1) 点击【Main Menu】【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Displacement】【On Nodes】； (2) 拾取节点 1 ，2 ，4 再在拾取窗中点击【OK】；选择 UX ，点击【Apply】； (3) 拾取节点 4 ，5 ，6 再在拾取窗中点击【OK】；选择 UY ，再点击【OK】。 2 施加载荷 (1) 点击【Main Menu】【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Force/Moment】【On Nodes】； (2) 拾

7、取节点 1 ，再在拾取窗中点击【OK】； (3) 在 Direction of force/mom 框中选 FY ，在Force/mom Value 框中输入载荷值 3 求解 (1) 点击【Main Menu】【Solution】【Solve】【Current LS】； (2) 浏览完显示的信息后，关闭文本窗口； (3) 点击【OK】后开始求解； (4) 点击【Close】。 后处理 ( Postprocessing) 1 绘变形图 (1) 点击【Main Menu】【General Postproc】【Plot Results】【Deformed Shade】；(2) 选取 Del+unde

8、formed 选项，然后点击【OK】。 2 显示节点位移 (1) 点击【Main Menu】【General Postproc】【List Results】【Nodal Solution】； (2) 选择 DOF solution 中 All DOFs 项，然后点击【OK】。(3) 浏览节点位移值，然后关闭文本窗口。 3 显示应力 (1) 点击【Main Menu】【General Postproc】【List Results】【Element Solution】； (2) 选择 Stress 中 Components 项，然后点击【OK】。(3) 浏览单元应力值，然后关闭文本窗口。 4 画

9、Von Mises 等应力云图 (1) 点击【Main Menu】【General Postproc】【Plot Results】【Contour plot】【Nodel Solu】； (2) 选择 Stress 族中 Von Mises 等效应力，然后点击【OK】。 5 询问应力 (1) 点击【Main Menu】【General Postproc】【Query Results】【Nodal Solu】； (2) 选择 Von Mises 应力，然后点击【OK】；（问题：Von Mises 应力是什么应力？） (5) 任意点取节点，观察其应力值； (6) 点击【OK】按钮，关闭菜单。 6 显

10、示约束反力 (1) 点击【Main Menu】【General Postproc】【List Results】【Reaction Solu】； (2) 选择 All struc forc F，然后点击【OK】； (3) 浏览约束反力后关闭文本输出窗。 退出 ANSYS 点击工具栏上【Quit】按钮，选择 quit - no save! 复选框，再点击【OK】。四、ANSYS命令流文件/TITLE, 有限元基础及应用例题4-6/PREP7ET, 1, PLANE182, , , 3, R, 1, 1MP, EX, 1, 1.0E+6 MP, NUXY, 1, 0.3 N, 1, 0, 2N, 2

11、, 0, 1N, 3, 1, 1N, 4, 0, 0N, 5, 1, 0N, 6, 2, 0E, 3, 1, 2E, 5, 2, 4E, 2, 5, 3E, 6, 3, 5EPLOTFINISH/SOLUD, 1, UX, 0D, 2, UX, 0D, 4, ALL, 0D, 5, UY, 0D, 6, UY, 0F, 1, FY, -1000SOLVEFINISH/POST1PLDISPPRDISPPRESOL, ELEMFINISH/EXIT,NOSAV实验二： 带孔矩形薄板静力分析 完成教材第6873页例题。实验三： 利用对称性计算带孔矩形薄板静力分析一、实验课题 矩形薄板厚 2 mm，

12、中间有一半径 R = 25 mm 的圆孔，两侧受有 10 N/mm 均布拉力，已知薄板材料的弹性模量 E = 200 GPa，泊松比为 m = 0.3。由于结构及载荷均对称，可取四分之一来计算，计算模型如图所示。二、实验要求 1 掌握映射网格划分方法； 2 掌握控制网格疏密的方法；3 掌握显示变形图，应力云图，位移矢量图的方法4 掌握交互式查询某点位移，应力的方法。三、实验步骤： 建立有限元模型 1 输入标题 (1) 点击【File】【Change Title】，输入标题“Plane Stress ProblemThin plate with a hole”； (2) 点击【OK】按钮。 2

13、选择分析类型 (1) 点击【Preferences】，选择 structural 复选框，然后点击【OK】按钮。 3 确定单元类型 (1) 点击【Preprocessor】【Element Type】【Add/Edit/Delete】； (2) 点击【Add】，选择 structural solid 族中 8 node 183 单元，再点击【OK 】； (3) 点击【Options】钮，在 Element behavior K3 行选择 plane stress + w / thk ； (4) 点击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。 4 定义板厚 (1) 点击【Preprocesso

14、r】【Real Constants】【Add/Edit/Delete】； (2) 点击【Add】，再点击【OK 】，输入板厚 2，再点击【OK 】，关闭 real constant 对话框。 5 定义材料性质 (1) 点击【Preprocessor】【Material Props】【Material Models】再依次双击【Structural】【Linear】【Elastic】【Isotropic】； (2) 输入弹性模量 200E+9，泊松比 0.3，然后点击【OK】并关闭材料定义窗口。6 建立几何模型 (1) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Are

15、as】【Rectangle】【By Dimenssion】； 输入矩形对角点 x1 = 0 , x2 = 150 , 和 y1 = 0 , y2 = 100 ，然后点击【OK】。 (2) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Areas】【Circle】【solid circle】； 输入圆心和半径 wp x = 0, wp y = 0, radius = 25 ，然后点击【OK】。 (3) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Operate】【Booleans】【Subtract】【Areas】 先选择矩形并点击【OK】，再选择实心圆，然后点

16、击【OK】。 (4) 点击【PlotCtrls】【Numbering】，打开 Line numbers 复选框，点击【OK】退出。 (5) 点击【Plot】【Lines】。 (6) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Lines】【Lines】【Normal to Line】； 在图形窗拾取 L5 ，点击【Apply】；选取矩形右上角顶点，单击【OK】。 (7) 点击【Preprocessor】【Modeling】【Operate】【Booleans】【Divide】【Areas by Line】； 先选矩形面积，点击【Apply】，再选剖分线 L4，单击【O

17、K】，完成剖分。 (8) 点击【PlotCtrls】【Numbering】，选中Area numbers复选框，点击【OK】退出。 (9) 点击【Plot】【Areas】。 (10) 点击【File】【Save as】，输入被保存的文件名，然后点击【OK】。 7 划分单元 (1) 点击【PlotCtrls】【Numbering】，关闭Area numbers复选框，点击【OK】退出；点击【Plot】【Lines】。 (2) 点击【Preprocessor】【Meshing】【Size Cntrls】【Manual Size】【Lines】【Picked Lines】； 拾取 L4，点击【App

18、ly】，输入划分份数 30，划分比例 3，点击【Apply】； 再拾取 L9 ，L10，点击【Apply】，将划分比例改为 0.3333，点击【Apply】； 再拾取两圆弧 L1，L5，点击【Apply】，删除划分份数30和划分比例0.3333，在角度文本框中输入3，然后单击【OK】。 (3) 点击【Preprocessor】【Meshing】【Mesh】【Areas】【Mapped】【3 or 4 side】； 在弹出的对话框中单击【Pick All】。 求解 1 边界处理 (1) 点击【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Displacem

19、ent】【On Lines】； 拾取模型的左边界，并在拾取窗上点击【Apply】；选被约束的自由度为 UX ，输入被约束处的位移值 0 ，点击【Apply】； 再选中模型下边界，并在拾取窗上点击【Apply】； 选择被约束的自由度为 UY (注意不要包含 UX 方向) ，点击【OK】，关闭对话框。 2 定义载荷 (1) 点击【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Pressure】【On Lines】； (2) 选中右边界，并点击【OK】,输入载荷值 -10 然后点击【OK】。（注：为何为负值？） 3 求解 (1) 点击【Solution】【So

20、lve】【Current LS】【OK】,开始求解； (2) 点击【Close】，求解结束，关闭文本窗口。 后处理 ( Postprocessing) 1 显示节点位移 (1) 点击【General Postproc】【List Results】【Nodal Solution】； (2) 选择 DOF solution 中 All DOFs 项，然后点击【OK】。浏览后关闭文本窗口。 2 绘位移矢量图 (1) 点击【General Postproc】【Plot Results】【Vector Plot】【Predefined】； (2) 选取 DOF solution 及 Translatio

21、n U 选项，以及 Vector mode 然后点击【OK】。 3 画 Von Mises 等应力线 (1) 点击【General Postproc】【Plot Results】【Contour plot】【Nodel Solu】； (2) 选择应力族中 Von Mises 等效应力，然后点击【OK】。4 询问应力 (1) 点击【General Postproc】【Query Results】【Subgrid Solu】； (2) 选择 Von Mises 应力，然后点击【OK】； (3) 任意点取节点，观察其应力值； (4) 点击【OK】按钮，关闭菜单。 5 动画显示应力 (1) 点击【PlotCtrls】【Animate】【Deformed Results】； (2) 第一框输入动画帧数10，第二框输入间隔时间0.5，其余两框选择 Stress 和 Von Mises SEQV。然后点击【OK】。 退出 ANSYS 点击工具栏上【Quit】按钮，选择 quit - no save! 复选框，再点击【OK】。四、命令流文件/BATCH/TITLE, Static Analysis of the Plate with a Hole ANSYS-901/PREP7KEYW, PR_STRUC, 1 !设置结构分析类型ET, 1, PLANE4