有限元方法及CAE软件应用考试题型

1、西安交通大学考试题课 程 有限元方法及CAE软件应用（ANSYS）系 别 考试日期 年 月 日专业班号姓 名 学号 期中 |期末|题号一二三四五六七得分（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）一、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。.平面单元热生成率作为（_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点载荷面载荷体载荷惯性载荷（_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

2、有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。模态分析B静力分析C屈曲分析D .谱分析一般情况下，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表面效应单元单个节点实体单元14单元在给载流体建模时，多股绞线和实心导体的主要区别是（_A_）。A多股绞线内部不产生涡流，实心导体内部会产生涡流多股绞线内部会产生涡流，实心导体内部不产生涡流多股绞线可以和电路耦合。.实心导体可以和电路耦合6 .对一个旋转对称的电磁场问题进行2。分

3、析时，有限元模型应该建立在全 局坐标系的（_4_）平面内。XY, XZ或YZ任意一个XYXZYZ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橡胶圈受压扁壳体受压变形梁振动弹性体接触与线弹性不同，非线性有限元不能使用（_B_）,且其结构响应与加载路 径有关，也就是说加载的顺序可能是重要的。A-平面单元叠加原理瞬态分析惯性力8 .和序贯耦合方法相比，直接耦合解法在解决具有（_人_）的耦合场相互 作用问题时更具优势。A-高度非线性弱非线性线性热一结构耦合共5页第3页西安交通大学考试题填充题(每空1分，共16分) ANSYS有两种模式：一种是，另一个是。图形交互模式，命令流

4、模式 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，间接法稳态热分析的能量平衡方程以矩阵形式表示为：K 10)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 件，生成k、T 以及Q 。热传导，温度，热流率应用如图所示的单元来近似温度分布时，单元的温度

5、函数的表达式为T(e=，该单元属于 次单元。TiTjkmT（e）=c +c X +c X +c X，三次1 2 i 3. 2 4 4， V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，1在采用矢量磁位（!册方法进行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） ANSYS将一般接触问题分为两类： 和。 刚体对柔体，柔体对柔体 ANSYS中APDL是 的缩写。ANSYS参数化设计语言三、请举例说明用ANSYS求解工程问题的主要步骤。（14分）

6、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 动领域中的应用。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与输出信号经过参 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

7、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。模态分析技术的应用可归结为一下几个方面：1）评价现有结构系统的动态特性；2）在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；3）诊断及预报结构系统的故障；4）控制结构的辐射噪声；5）识别结构系统的载荷。在ANSYS中有以下几种提取模态的方法：Block Lanczos法、子空间法、 PowerDynamic

8、s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，并写出相应的有限元系统方程。（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）：c击+k的=北式中：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;?为节点温度向量；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（的聆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， 使计算精度降低