重庆大学有限单元法实验报告

重庆大学学生实验报告实验课程名称有限单元法及应用开课实验室重庆大学中心实验室学院材料学院年级2011级专业班级材控一班学生姓名吴松学号20113779开课时间2013至2014学年第一学期总成绩教师签名材料科学与工程学院制《I-DEAS软件初步--3D实体建模》实验报告开课实验室：DS14082013年4月11日学院材料学院年级、专业、班11级材控一班姓名吴松成绩课程名称有限单元法及应用实验项目名称I-DEAS软件初步--3D实体建模指导教师徐戊娇教师评语教师签名：年月日一、实验目的本实验的目的是通过上机练习，学习3D实体建模的基本知识。了解有限元法作为一种数值计算方法解决工程实际问题的全过程。知道如何进行有限元离散、单元分析和整体分析，并得出相应的分析结果。二、实验原理I-DEAS软件是当今国内、外应用最为广泛的几种大型CAD/CAM/CAE一体化软件之一，具有较强的有限元分析功能。在航空航天、核工业、铁路运输业、石油化工、机械制造、能源、汽车、电子、造船和水利等领域得到广泛的应用，为各领域内的产品设计和科学研究做出了很大贡献。用I-DEAS软件进行结构偶有限元分析的步骤:（1）前处理程序：前处理程序的功能是根据一个实际问题的物理模型，用尽可能接近自然语言的方式，向计算机输入尽可能少的定义有限元模型和控制分析过程的数据，自动生成有限元分析主体程序所需要的全部输入文件。几何造型：几何造型是指在选定的坐标（常用的是直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系）内通过几何元素（点、线、面、体）的生成和对他们的编辑，生成有限元分析对象的几何构造和图形。网格生成：转换生成法：这是直接将几何元素的点、线、面和体直接转化成有限元的结点、线单元、面单元和体单元。自动生成法：这是在商业软件中常被采用的方法。他在任意形状的平面或空间裁剪曲面上可生成三角形或四边形单元;对单元几何实体或由曲面围成的封闭空间，可生成四面体或六面体实体单元。（2）后处理程序：后处理程序的功能是对用户在前处理程序中指明需要输出的计算结果进一步处理和图形显示。主要计算结果中通常需要处理的物理量是位移（矢量或各个分量）、应力（等效应力或各个分量）和温度等。为了清晰地观察变形图和未变形图对比的显示结果，变形图可以由用户给出放大倍数。题目要求：创建一个棱柱形零件的3D实体模型，如图1所示。2．有限元模拟分析入门练习题1。创建有限元模型，如图2所示。创建边界条件集，划分模型网格，求解模型和显示求解结果。三、使用仪器、材料计算机I-DEAS软件四、实验步骤（一）对I-DEAS软件进行初步学习学习软件界面的不同分区，包含图形区、执行命令输出信息区、提示区和功能按钮区。学习软件的不同模块，主要学习设计和模拟分析模块可以实现的基本功能。（二）学习CAD的基本知识和3D建模的基本步骤，为CAE分析做好模型准备（三）有限元分析的一般格式：对结构体进行离散化，选择恰当的单元和适当的单元尺寸划分结构网格；定义形函数N，进而通过单元节点量描述单元域内连续的变量；形成单元矩阵，建立单元与外界环境的平衡关系；集成，将覆盖结构全域的所有单元的刚度矩阵和节点外力对平衡的贡献集成，建立整体结构的平衡方程；求解平衡方程，求解已知位移的节点反作用力和未知的节点位移；回代，根据计算出的节点变量，代入第二步的表达式中，获得单元应变、应力或热流等量。（四）用I-DEAS软件进行结构有限元分析的步骤：运用软件的设计模块构建所分析结构体的3D实体模型，为结构FEM做准备；前处理部分：*划分网格,确定单元类型和单元的结构尺寸；*构建边界条件集，包含载荷集、约束集、接触集和温度分布等内容；*确定求解类型，是线性静态问题、非线性静态或动态问题等。模型求解；后处理部分：显示求解结果，分析结构的位移、应力和应变分布云图。

五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)1．创建一个棱柱形零件的3D实体模型，如图1所示。操作过程截图如下：2．有限元模拟分析入门练习题1。创建有限元模型，如图2所示。创建边界条件集，划分模型网格，求解模型和显示求解结果。1）、模型构建2）、施加载荷和进行单元网格划分3）、计算结果

六、实验结果及分析通过本次上机练习，我学习到了3D实体建模的基本知识，了解了有限元法作为一种数值计算方法解决工程实际问题的大致过程，知道了如何进行有限元离散、单元分析和整体分析。1、创建一个棱柱形零件的3D实体模型的过程，重在了解I-DEAS软件的操作界面、主要功能，以及学会如何运用I-DEAS软件创建一个基本的3D实体模型。对软件的学习过程主要包含：学习软件界面的不同分区，包含图形区、执行命令输出信息区、提示区和功能按钮区；学习软件的不同模块，主要学习设计和模拟分析模块可以实现的基本功能。2、练习2的操作，重在以练习1的实体建模为基础，了解有限元分析的基本方法和基本步骤。主要包括：创建有限元模型，创建边界条件集，划分模型网格，求解模型和显示求解结果：1）、单元分析：由计算结果的截图可以看出，单元由蓝色到红色，所受的力的大小不一样，蓝色单元受的压应力较大，形变较大但是不容易断裂，红色单元受到较大的拉应力，容易断裂；2）、整体分析：由计算结果的截图可知，从橘色部分到深蓝色