有限元方法及CAE软件应用考试题型

1、西安交通大学测试题有限元方法及CAE软件使用（ANSYS）成绩月 日系别（所有答案均写在答题纸上，需用图形表示的答案参照试题画简图表示）考试日期年期末、单项选择题（每题2分，共18 分）1 在分析一个储油管的强度时，为了减少计算量，应该采用以下那种单元进行分析（_B）A 实体单元B.壳单元C 梁单元D 平面单元2 热生成率作为（_C_）加于单元上，可以模拟单元内的热生成，比如化 学反应生热或电流生热。它的单位是单位体积的热流率。A 点载荷B.面载荷C 体载荷D惯性载荷3. （_A_）用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型） ， 即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中

2、的重要参数。A .模态分析B 静力分析C .屈曲分析D .谱分析4. 一般情况下，将热对流边界施加到表面效应单元， 而将热流密度施加到实 体单元上，对表面效应单元：设有孤立节点，则对流系数施加到表面效应单元，流体温度施加到孤立节点上，如果没有孤立节点，则对流系数和流体温 度都施加在（_A_）A .表面效应单元B.单个节点C .实体单元D. Link单元5. 在给载流体建模时，多股绞线和实心导体的主要区别是（_A_）0A .多股绞线内部不产生涡流，实心导体内部会产生涡流B.多股绞线内部会产生涡流，实心导体内部不产生涡流C .多股绞线可以和电路耦合D.实心导体可以和电路耦合6. 对一个旋转对称的电

3、磁场问题进行 2D分析时，有限兀模型应该建立在全 局坐标系的（_A_）平面内。A. XY，XZ或YZ任意一个B. XYC. XZD. YZ7. 弓I起结构非线性的原因很多，以下属于状态改变非线性问题的是（_D_）A .橡胶圈受压B.扁壳体受压变形C .梁振动D .弹性体接触8. 和线弹性不同，非线性有限元不能使用（_B_）,且其结构响应和加载路 径有关，也就是说加载的顺序可能是重要的。A .平面单元B.叠加原理C .瞬态分析D .惯性力8.和序贯耦合方法相比，直接耦合解法在解决具有（_A_）的耦合场相互作用问题时更具优势。A .高度非线性B.弱非线性C .线性D .热结构耦合西安交通大学测试题

4、二填充题(每空1分，共16分)1. ANSYS有两种模式：一种是 ，另一个是。图形交互模式，命令流模式2有限元模型的建立可分为两种方法： 法为直接根据机械结构的几何外型建立节点和元素，因此只适应于简单的机械结构系统；反之， 法适应于节点及元素数目较多的复杂几何外型机械结构系统，该 方法通过点、线、面、体积，先建立有限元模型，再进行实体网格划分，以 完成有限元模型的建立。直接法，间接法3稳态热分析的能量平衡方程以矩阵形式表示为：式中：K 为矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；'t为节点向量；Q为节点向量，包含热生成；ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条

5、件，生成K 1、计以及。热传导，温度，热流率4. 使用如图所示的单元来近似温度分布时，单元的温度函数的表达式为T(e)=，该单元属于 次单元。TT二Cl+C2Xi+C3X2+C4X4，三次5. 在做包含运动导体的2D静态磁场分析时，可以用来衡量计算精度，一般这个数在数量级 以内，则表明计算精度较高。磁雷诺数，16. 在采用矢量磁位（MVP）方法进行2D电磁场分析时，单元自由度中表征磁场的基本量是，在后处理中磁力线指的是 。AZ （或矢量磁位的Z分量），等AZ线（或等矢量磁位线）7. ANSYS将一般接触问题分为两类：和。刚体对柔体，柔体对柔体8. ANSYS中APDL是 的缩写。ANSYS参数

6、化设计语言共5页 第4页三、请举例说明用 ANSYS求解工程问题的主要步骤。（14分）1)2)3)4)5)四、什么是模态分析？模态分析的都有什么功能？ANSYS的模态分析有哪几种 方法？（ 14分）答：模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振 动领域中的使用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有 频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个 计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取 得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入和输出信号经过参 数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模

7、态分析都是指试验模态分析 振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结 构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频 段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设 计及设备的故障诊断的重要方法。模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数， 为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计 提供依据。模态分析技术的使用可归结为一下几个方面：评价现有结构系统的动态特性； 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 诊断及预报结构系统的故障； 控制结构的辐射噪声； 识别结构系统的载荷。在ANSYS

8、中有以下几种提取模态的方法：Block Lanczos法、子空间法、PowerDynamics法、缩减法、不对称法、阻尼法五、耦合场分析时，单元SOLID5, PLANE13分别满足什么平衡方程？请写出相 应的方程？ （ 12分）六、试回答什么是瞬态热分析，并写出相应的有限兀系统方程。（12分）答：瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温 度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。 根据能量守恒原理, 瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：lC Kt + iK 并 = q i式中：K为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数;C为比热矩阵，考虑系统内能的增加；T为节点温度向量；汀：为温度对时间的导数；Q为节点热流率向量，包含热生成七、 简述采用矢量磁位（MVP）方法进行电磁场分析的优缺点。（12分） 答：优点：a）可包括速度效应b）可耦合电路c）可解决运动问题缺点：a）自由度多，速度慢，b）3D分析时，如果在不同媒质界面处向量势的法向分量很大时，会存在奇异性， 使计算精度