有限元理论与技术-1

绪论：力学-弹性力学-有限元法

Mechanics-Elasticity-FiniteElementMethod(FEM)内蒙古科技大学机械工程学院任元2015-03Elasticity-FEM&ANSYS-1弹性力学基础及有限元法-1

Elasticity&FiniteElementMethod(FEM)Introduction:Outline课程概要1.Introductionofthiscourse2.Themechanicsandtheelasticity3.ThebasicproblemsandthemethodsoftheelasticityIntroduction:thecourse1.Goal（目的）:ThestudyinUniversity1）TobuildatheoreticalbasisforstudentstolearnFEMsoftware;2)ToletstudentsmasterthebasicoperationsofANSYS2.Teachingmethod（教学方法）1)thecombinationoftheoreticalstudywiththeoperationsofANSYS2）Casestudy（案例教学）3)PartialBilingual(部分双语）Introduction:thecourse3.Grading（考核）①Attendanceoflectureandrecitation10%；②Homeworkassignments,Labpracticeandtest20%；③Finalexam70%。4.要求认真做笔记、复习、作业、练习；掌握基本概念、总体思路、基本方法；掌握ANSYS的基本操作。Introduction：简要日程内容方式学时弹性力学概念、方程组、解法授课10有限元法概念、方法、细节授课10ANSYS静态分析：桁架、平面、轴对称；动态分析授课18上机16总复习考试82总学时64Introduction1.《弹性力学基础及有限单元法》，任学平、高耀东主编，华中科技大学出版社，2007年10月第一版。2.《工程中的有限元方法》[英文版]，T.R.Chandrupatla,A.D.Belegundu著，机械工业出版社，2005年4月第一版。3.《有限元法基础及ANSYS应用》，王新荣、陈永波主编，科学出版社，2008年第一版。4.《ANSYS机械工程应用精华30例》，高耀东主编，电子工业出版社，2010年1月第二版。5.TheDocumentationforANSYS,including①BasicAnalysisGuide；②StructuralAnalysisGuide；③ANSYS,Inc.TheoryReference；④OperationsGuide；⑤CommandsReference；⑥ElementReference，andsoon.（这些资料包含在教学版ANSYS软件中，学生可以随时阅读）。Mechanics：structure,interaction力学：结构，作用关系力学

Mechanics力学

Mechanics

直径通常是6μm～8μm

力学MechanicsQuestions1.Whatdidyoustudyinthetheoreticalmechanics(理论力学)?Whatobjectshavebestudied?Theproperties?Themethodology?2.Whatdidyoustudyinthe

mechanicsofmaterials(材料力学)?Whatobjecttobestudied?Theproperties?Themethodology?3.Whatdifferencesarebetweenthem?Mechanicsoverview固体力学(SolidMechanics)运动学（Kinetics)：点的运动；刚体运动刚体静力学（Rigidbodystatics)：力和力矩，力系；平衡条件，桁架，摩擦力刚体动力学（Dynamics）：牛顿定律，动量守恒，能量守恒振动（Mechanicalvibration)：单自由系统，自由振动，强迫振动材料力学(MaterialsMechanics)，弹性力学(Elasticity)：可变形物体（Deformablebody)，应力和应变，胡克定律，典型变形（拉、压、扭、弯）塑性力学（Plasticity):

屈服准则，流动规律流体力学（FluidMechanics)水动力学（液体）气体动力学连续体力学：还有热力学，电磁场力学非连续体力学：原子级，波动方程，量子力学连续体力学非连续体力学：原子级，波动方程，量子力学固体力学：运动学

刚体静力学

动力学振动

弹性力学

粘弹性力学流体力学：液体力学

气体力学热力学电磁动力学质点刚体理论力学材料力学应力-应变胡克定律拉、压、弯、扭屈服准则流动规律研究对象不可变形研究对象可变形宏观尺度微观尺度力学ContinuummechanicsContinuummechanics

ThestudyofthephysicsofcontinuousmaterialsSolidmechanics

Thestudyofthephysicsofcontinuousmaterialswithadefinedrestshape.Elasticity

Describesmaterialsthatreturntotheirrestshapeafteranappliedstress.Plasticity

Describesmaterialsthatpermanentlydeformafterasufficientappliedstress.Rheology

（流变）

Thestudyofmaterialswithbothsolidandfluidcharacteristics.Fluidmechanics

Thestudyofthephysicsofcontinuousmaterialswhichtaketheshapeoftheircontainer.Non-NewtonianfluidsNewtonianfluids(满足牛顿粘性定律的流体，比如水和空气)

Elasticity–弹性力学Theobjectstudied

（被研究物体）:变形体弹性变形体TheGoal（目的）:研究弹性体由于外力作用或温度改变等原因而发生的应力、形变和位移。Thebasichypothesis:1.连续性:

保证可微分2.均匀和各向同性：弹性常数（E、μ）不随坐标方向而变化3.完全弹性、理想线弹性：物体完全服从胡克（Hooke）定律，应力与应变间成线性比例关系4.小变形：使求解的方程线性化5.初始无应力应变状态Themethodology:Differentialmethod,

InfiniteelementmethodElasticity–基本定义载荷（Loads):分布载荷（thedistributedforceactingonsurfaceperunitarea，）体力（thebodyforceperunitvolume，)集中载荷（theloadactingonapoint，P)点的位移（Thedisplacements:u,v,w）应力：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力一点的应力状态：通过该点的各个面上应力状况的集合。应变：物体内任一点因各种作用引起的相对变形，以百分数(%)表示，无量纲。

TheanalysisModelUnderwhatconditions?

ThesteadyloadsThefixeddisplacementsTheconcerteditemsThedisplacements:u,v,wThehigheststressandstressdistributionThelargeststrainandstraindistributionTheobjecttobestudied:elasticbodyElementalvolumeElasticityFEM–theoreticalmethodFEM--ANSYSElasticity:unknownvaluesElementalvolume位移/displacements

u,v,w应变/strains

应力/stress

StaticanalysisElementalvolumexyz平衡方程-Stress&loadsxyz平衡方程：Stress&loads几何方程：Strain-Displacement几何方程：Strain-DisplacementStress&EquilibriumTheequilibriumequationsStrain-DisplacementRelation

几何方程(变形协调）Strain-DisplacementRelation

几何方程Stress-strainrelationship

物理方程（广义胡克定律）Conclusion

1.Thiscourse:objective,contents,method2.Themechanicsandtheelasticity3.ThebasicproblemsandthemethodsoftheelasticityHomework

1、简述弹性力学理论分析的主要任务和主要内容（研究对象、研究问题、基本假设、研究方法、平衡微分方程、几何方程、物理方程等）。2、推导平衡微分方程、几何方程、物理方程。谢谢！Thanksforyourattention!问题和讨论（Thequestionsanddiscussion)内蒙古科技大学机械工程学院任元2015-03知识分子的人格和修养知识分子的责任1、精于专业，推动人类文明发展能力、素质、品德2、社会担当1）实践仁义，传播道德2）批评政治、捍卫道义、为民请命3）批评异端、唤醒民众知识分子的人格理想1、大丈夫精神居天下之广居（仁），立天下之正位（礼），行天下之大道（义）。得志，与民由之；不得志，独行其道。富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈，此之谓大丈夫。顶天立地、一身正气、刚正不阿。2、浩然正气其为气也，至大至刚，以直养而无害，则塞于天