有限单元法上机实验报告

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业机电工程学院上机实验报告 题 目：机械中的有限单元法上机实验 科 目：机械中的有限单元法 授课教师：郑银环 年级专业：机械工程（工）1002班 学生姓名： 学 号：2011年1月10日实验一 ANSYS软件环境一、实验目的：熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。二、实验设备：微机，ANSYS 12.0 软件。三、实验内容：ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。四、实验步骤： ANSYS 典型实例分析如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，

2、分析在均布载荷作用下板内的应力分布。已知条件：F20N/mm，L200mm，b100mm，圆孔半径r20，圆心坐标为（100，50），E200Gpa。板的左端固定。 图1-2 带孔平板模型1问题描述实例类型：ANSYS结构分析。分析类型：线性静力分析。单元类型：PLANE82ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧。ANSYS帮助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis 分析知识，在ANSYS Elemen

3、ts Reference部分了解Plane82单元的详细资料。2建立有限元模型1)建立工作目录并添加标题进入ANSYS，File菜单中设置工作文件名为Plane、标题为plane。2)创建实体模型（1）创建矩形通过定义原点、板宽和板高定义矩形。GUI：PreProcessor Modeling Create Areas Rectangle By 2 Corners弹出Rectangle by 2 corners对话框，填写。WP X 和WP Y表示左下角点坐标。（2）生成圆面首先在矩形面上生成圆，然后挖去生成圆孔。生成圆面得操作如下：GUI：PreProcessor Modeling Crea

4、te Areas Circle Solid Circle弹出Solid Circular Area对话框，依图输入圆面几何参数。下面通过布尔“减”操作生成圆孔，其操作如下：GUI：Processor Modeling Operate Booleans Subtract Areas先选择矩形面为Base Area，单击OK按钮，然后选择圆，单击OK按钮。布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板3)定义材料属性定义一种材料，而且只需定义弹性模量和泊松比：GUI：PreProcessor Material Props Material models Structural Linear Elastic I

5、sotropic在弹出对话框中键入EX=（单位Mpa），PRXY0.3。4)划分网格（1）选择单元选择Plane82单元。选择单元得操作如下：GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete选择Plane82，弹出单元类型对话框，单击OK按钮。（2）定义单元实常数分析类型设定为Plane strs w/thk类型，操作如下：GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete Options在K3项后面下拉菜单中选“Plane strs w/thk“。定义单元厚度操作如下：GUI：PreProc

6、essor Menu Real Constants Add/Edit/Delete Add在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值20。（3）设定网格尺寸采用用户自定义网格尺寸参数，其操作如下：GUI：PreProcessor Meshing Size Cntrls Manual Size Areas All Areas在弹出Element Size on All Selected Areas对话框，在SIZE栏键入20mm。（4）划分网格划分网格，操作如下：GUI：Processor Meshing Mesh Areas Free Pick All3施加载荷并求解1)定义约束需要约束线

7、上节点所有自由度（All DOFs），其操作如下：GUI：Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines弹出Apply U，ROT on Lines 对话框。选择板左侧边线，在Lab2 栏选All DOF。单击Apply按钮。2)施加载荷在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/201Mpa，施加载荷操作如下：GUI：Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines弹出Apply PRES on Lines 对话框，键入载荷值-1（由于载荷方向离开板，为拉力所

8、以为负值，反之为正），单击OK按钮。3)求解GUI：Solution Solve Current LS4查看分析结果1)显示模型变形图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Deformed Shape2)显示位移等值线分布图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Nodal Solution DoF Solution Displacement Vector sum由图获知最大位移值。3)显示等效应力等值线图其操作如下：GUI：General Postproc Plot Results Contour Plot N

9、odal Solu Stress Von Mises由图发现最大应力出现在孔的上下顶点，与解析解吻合。4)显示变形动画（见文件夹）通过动画显示可以查看模型在载荷作用下的内力变化过程，以图形方式显示分析计算结果。其操作如下：Utility Menu 中 PlotCtrls Animate Deformed Results5)列表显示位移结果数据其操作如下：GUI：General Postproc List Results Nodal Solution查看左侧边上的节点位移是否为零（由于边上所有节点已被固定，所以任意节点的位移均应该为零，这也是验证的一个方面）。6)列表显示节点应力值验证节点应力值

10、是否合理，其操作如下：GUI：General Postproc List Results Stress Principals SPRIN列表显示分析结果与参考数据相吻合，表明ANSYS分析结果可靠。7)列表显示反作用力值在任何方向上，反作用力总是等于此方向上的载荷总和。通过显示反作用力可以检验分析结果是否合理，其操作如下：GUI：General Postproc List Results Reaction Solution8）实验一生成的文件：9）实验一命令流：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 21:43:13 11/03/2010/input,menus

11、t,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/FILNAME,plane,0/PREP7 /TITLE,plane/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST BLC4,0,0,200,100/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /AUTO,1 /REP,FAST CYL4,100,50,20 ASBA, 1, 2 ET,1,PLANE82MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1, MPDATA,PRXY,1,0.3

12、 KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20, AESIZE,ALL,20, MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 3 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 /GO DL,P51X, ,ALL, /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP

13、,FAST FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 DLDELE,P51X,ALL /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO SFL,P51X,PRES,-1, FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,2PLDISP,0PLDIS

14、P,1PLDISP,2PLDISP,1PLDISP,2PLDISP,1/EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0/EFACET,1 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0/REPLOT,RESIZE PLNSOL,U,X ANCNTR,10,0.5 /ANFILE,SAVE,1i, ,C:Documents and SettingsAdministrator堋霢 PRNSOL,S,PRIN PRNSOL,U,COMP PRRSOL, FINISH ! /EXIT,NOSAV /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 15:34:09 11/04

15、/2010/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/FILNAME,plane,0/TITLE,plane/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /PREP7 BLC4,0,0,200,100/REPLOT,RESIZE CYL4,100,50,20 FLST,2,2,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 ASBA,P51X, 2 /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,

16、1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,2,3 /ANG,1 /REP,FAST /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /AUTO,1 /REP,FAST MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1, MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDE,EX,1 MPDE,PRXY,1 MPDATA,EX,1,2E+005 MPDATA,PRXY,1,0.3 ET,1,

17、PLANE82KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20, AESIZE,ALL,20, MSHKEY,0CM,_Y,AREA ASEL, , , , 3 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 /VIEW,1,1 /ANG,1 /REP,FAST FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO SFL,P51X,PRES,-1,

18、FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,1/EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0/EFACET,1 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0PLNSOL,U,X ANCNTR,10,0.5 /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /ANFILE,SAVE,planea,avi, PLNSOL,U,X ANCNTR,10,0.5 /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST PRNSOL,U,COMP PRNSOL,S,PRIN PRRSOL, SAVESAVEFINISH S

19、AVEFINISH ! /EXIT,ALL实验二 平面结构静力有限元分析一、实验目的：1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。3、能利用ANSYS软件对平面结构进行静力有限元分析。二、实验设备：微机，ANSYS12.0 软件。三、实验内容：单位厚度的方板中间有一个圆孔（如图所示），平板所用材料的弹性模量为E=107Mpa，泊松比为0.3。沿圆孔边缘施加P=1Mpa的压力。分析方板的应力及位移。r=7mma=10mm四、实验步骤： 1、建立有限元模型。创建工作文件夹并添加标题：在ANSYS工作目

20、录下创建一个文件夹，命名为plate，以便用这个文件夹保存分析过程中所生成的文件。选择Reference菜单，在弹出的对话框中选择结构分析（Structural），取消选择与结构分析无关的选项。定义几何参数；作 GUI: Utility Menu Parameters Scalar Parameters依次输入下面的参数：a=10e-3 r=7e-3 p=1e6 E=1e13 nu=0.3选择单元；首先进入单元类型库，操作如下： GUI: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add在对话框左侧选择Solid选项，在右侧列表中选

21、择Quad 4 node 42选项，然后单击OK按钮。定义实常数；定义材料属性；选定单元后，根据单元类型定义实常数，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add定义材料属性（弹性模量和泊松比）的操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear ElasticIsotropic在弹性模量（杨氏模量，Youngs modulus EX）文本框中输入“E”，在泊松比（Poissons Ratio P

22、RXY）文本框中输入“nu”。创建实体模型；由于几何模型、材料参数和载荷均关于水平、竖直中心线对称，所以只需要建立方板的1/4模型即可。取坐标原点为圆孔中心，建立右上角的1/4模型。首先由半宽a生成板，然后减去半径为r的1/4圆。创建矩形（1/4板）通过长宽定义矩形，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Rectangle By Dimensions创建圆面（1/4部分圆）创建1/4部分圆，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create AreasCircle Partia

23、l Annulus从方板中减去圆通过布尔操作实现面相减，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Areas设定网格尺寸并划分网格；单元及实体模型定义完毕后，划分网格。首先进入MeshTool对话框，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor MeshTool2、施加载荷并求解。选择分析类型；选择分析类型为静力分析（Static）。定义约束；由于实体模型及载荷约束均对称，所以利用对称性定义约束。ANSYS提供了专门的设置，以方便设置对称条件，即沿对称轴设置“symmetry bo

24、undary condition”，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C On Lines选择底边和左侧边（实体模型的对称线），单击Pick对话框中的OK按钮，则被选中线上沿对称轴显示出小s。施加载荷；沿内孔边缘施加均布载荷，操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Structural Pressure On Lines为防止出现错误，可检查刚定义的约束是否正确，然后检

25、查载荷施加是否正确。显示约束的操作为：GUI: Utility Menu List Loads DOF constraints On All Lines显示模型载荷的操作为GUI: Utility Menu List Loads Surface LoadsOn All Lines求解；GUI: Main Menu Solution Solve Current LS查看分析结果。查看变形后图形；这里需要对比变形前后的实体模型，找出变形的最大位置。显示变形后图形的操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape在弹出的

26、对话框中选择Def+undeformed选项，然后单击OK按钮。显示变形动画可更精确地了解变形过程，其操作如下：GUI: Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Shape查看等效应力（Nodal Solu）；通过等效应力等值线图，分析应力分布。显示等效应力等值线图的操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu从左侧列表中选择Stress选项，从右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK按钮。查看等效应力（Element Solu）；通

27、过应力在各个单元内部的分布是否均匀判别网格密度是否合理，决定是否需要细化网格。由于Element Solution不经过节点插值平滑处理，因此单元内部的应力分布显示得比较清楚。显示操作如下：GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu在弹出的对话框的左边列表中选择Stress选项，在右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK按钮。以单独单元显示等效应力。置疑分析结果；通常采用测定第一主应力sigma1的方法置疑ANSYS分析结果是否合理，具体操作如下：GUI: Main Menu

28、General Postproc Query Results Subgrid Solu系统将弹出Query Subgrid Solution Data对话框，从左侧列表中选择Stress选项，从右侧列表中选择1st principal S1，单击OK按钮，将弹出Pick对话框，图形窗口显示了模型任何位置的第一主应力。单击需要置疑的位置，此位置的第一主应力的坐标及具体应力值显示在Pick对话框中。5）实验二生成的文件：6）实验二命令流：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP 16:08:13 11/04/2010/input,menust,tmp,1 /GRA,P

29、OWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/TITLE,plate/FILNAME,plate,0/VIEW,1,1,1,1 /ANG,1 /REP,FAST /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural *SET,a,10e-3*SET,r,7e-3 *SET,p,1e6 *SET,e,1e13 *SET,nu,0.3 /PREP7 ET,1,PLANE42MPTEMP, MPTEMP,1,