有限元分析22542

1、目录一. 前言二有限元设计部分 1 问题阐述 2 解析法求解 3 模型简化 4 ANSYS软件应用说明 5 结果分析三机械优化设计部分 1 问题阐述 2 解析算法 3 黄金分割法顺序流程图 4 C语言源程序代码 5 结果分析四设计心得五. 参考文献一前言 现代设计方法是在继承和发展传统设计方法的基础上融合了现代的科学理论和科学技术成果而形成的，是以设计产品为目标的一个知识群体的总称，目前已发展成为一门新兴的综合性交叉性学科。 ANSYS软件是集结构流体电场磁场声场热分析于一体的大型通用有限元分析软件。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微

2、机电系统、运动器械等。 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型； 分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力； 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 同时，近年来，优化设计亦是快速发展。在计算

3、机辅助设计中，运用优化方法后，使得在设计过程中能不断选择设计参数并选出最优设计方案，又能加快设计速度，缩短设计周期。把优化设计同计算机辅助设计结合起来，使设计过程完全自动化，已成为现代机械设计方法的一个重要手段。 二有限元设计部分 1问题描述 图为一个水坝示意图，水面高度为25m，坝体材料弹性模量为50GPa，泊松比为0.3，试对坝体进行应力分析。有限元理论分析（王富耻）坝体简化图 2、解析法求解 已知q=gh根据平衡条件FRA=ql/2, =ql/6;任一截面上的弯矩由三部分组成：支座反作用力FRA 对x 截面的弯矩及分布载荷对x截面的弯矩，即 （）= 1 + 2 + 33、模型的简化1、坝

4、体的参数设定： 宽度 b= 20m； 高度 h=30m；2.材料参数 材料特性应理想条件，即：满足完全弹性假定，连续性假定，均匀性假定，各向同性假定的理想弹性体。所以，选择弹性模量EI=50Gpa,泊松比选择 u=0.3。3.单元选择： 由于坝体只受均布载荷和弯矩，所以我们择2维的单元。SOLID单元，运用于2维问题，具有拉，压，弯特性，在每个节点上有3个自由度x,y方向位移以及绕z轴的旋转。选择SOLID单元家族中的Quad 8node 82类型。即为二维SOLID单元，选择平面应力单元。4、坝体的边界条件 在底边处坝体受X,Y两个方向的约束。5、梁所受的载荷 侧边作用着均布载荷，方向为顺时

5、针方向，所以为负值。4ANSYS软件应用说明4. 1 创建节点 创建节点1，并在X，Y，z后的编辑框内输入0，0，0作为节点1的坐标值。2 参照上一步的操作步骤，依次创建以下关键点及其编号：2（20，0, 0）；3（10 , 30 , 0）；4（0 , 30 , 0）；5（0 , 25 , 0）。4.2 显示各个节点4.3定义单元类型和材料特性1.单元选择在单元类型库中，选择左侧列表中的SOLID单元家族，及右侧列表中Quad 8node 82类型。2定义材料特性1. 选择Preprocessor下的Material PropsMaterial Models。2. 在材料定义窗口内选择：Str

6、ucturalLinearElasticIsotropic。即为线性的，弹性的，均布的。3. 在EX后的文本框内输入数值5E10作为弹性模量。44创建单元1创建单元2 显示单元资料45施加约束和载荷1选择Main Menusolutiondefine loadsapplystructualpressureon line加应力载荷2选择Main Menusolutiondefine loadsapplydisplacementon line加约束4.6 求解1 选择Main Menugeneral postprocplot resultscontour plotnodal solu分别得到合位移

7、等值线图和等效应力场等值线图五 结果分析三 机械优化设计说明 1问题阐述：用黄金分割法求函数f（x）= a²-7a+10的最优解。设初始区间为2,8，取迭代精度p=0.35。（现代机械设计方法/倪洪启 古耀新主编 ）2 .解析法求解在初始区间a,b=2,8中取两个计算点并计算其函数值 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比较函数值，缩短区间。因有f1<f2,则 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判断迭代终止条件： b-a=5.708-2=3.708> 不满足迭代终止条件，比较函数值f1,f2,继续缩短区间。经过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 满足了给定精度，迭代即可终止，近似最优解为 e=0.5(b+a)=3.441689 , f*=f(e）=-2.2466 以上为解析法求解的结果3 算法流程图 用C语言编程，其算法流程图如下 （即为黄金分割法的顺序流程图给定；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 是输出 0.5（a+b） a*停 4黄金分割法C语言程序#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); 程序运行后的结果图：5结果分析 C语言运行后的实际结果与解析法算的理论结果有一定差距，是由于迭代步长与迭代精度所决定的。所以，可以看出，黄金分割法对步长与迭代精度有非常严格的要求，才能接近准确值。且黄金分割法迭代次数较多，计算效率低，适用于低维优化的一维搜索。四设计心得通过本次课程设计，我们不仅加深了对现代机械设计方法这门课程的基本知识的了解，更加了解的了有限元法在实际问题中的应用，应用ANSYS软件进行有限元分析，能够精确的观察出模型各个微元部分所收的应力或者形变等等。使我们意识到了有限元分析在现代机械设计中的强大功能与作用。通过对数学模型的实际优化，了解了优化方法在实际问题中的应用，也了解了各种方法的有点与缺点，对以后的学习工作有很大帮助，使我们了解到理论与实际联系的重要性，增加了我们的学习兴趣，这次