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《工程有限元法》实验指导书2010年11月实验一:平面问题的结构分析计算1.实验目的了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；熟悉在计算机上运用ANSYS软件的基本步骤和方法；结合具体平面问题实例,利用ANSYS软件进行计算分析；时间许可,可对上述实例利用有限元方法进行计算，并与ANSYS计算结果进行分析比较.2.实验内容1.结合具体平面问题实例,利用ANSYS软件进行计算分析；2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；3对计算结果进行比较分析与讨论；4.时间许可,可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较.3.实验预习报告内容要求实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等,建立有限元模型应包含的内容；提供具体平面问题的结构简图,画出计算模型；对给定的平面问题实例的结果进行预估,以供计算后进行比较讨论用；4.上机实践举例一）如图1所示的6结点4单元平面应力平板问题.各三角形单元的直角边的长度为α=10mm,假设平板的厚度t=5mm,材料均匀,其弹性模量E=200GPa,泊松比=0.3.今在结点1处,竖直向下作用一个力P=1,若不计平板重量(即设容重=0).利用ANSYS软件进行分析。④③②①P65432图1二）、求解下图所示的平面问题。图2实验二：轴对称实体结构静力有限元分析1.实验目的了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；熟悉在计算机上运用ANSYS软件的基本步骤和方法；结合具体实体问题实例,利用ANSYS软件进行计算分析；时间许可,可对上述实例利用有限元方法进行计算，并与ANSYS计算结果进行分析比较.2.实验内容1.结合具体实体问题实例,利用ANSYS软件进行计算分析；2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；3对计算结果进行比较分析与讨论；4.时间许可,可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较.3.实验预习报告内容要求实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等,建立有限元模型应包含的内容；提供具体实体问题的结构简图,画出计算模型；对给定的实体问题实例的结果进行预估,以供计算后进行比较讨论用；4.上机实践举例实验三:杆系结构有限元分析计算1.实验目的了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；熟悉在计算机上运用ANSYS软件的基本步骤和方法；结合具体杆实例,利用ANSYS软件的交互模式（InteractiveMode/GUI方式）进行计算分析；对所取的具体实例的ANSYS计算结果，进行分析比较与讨论；时间许可,可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较.2.实验内容1.结合具体梁与刚架结构实例,利用ANSYS软件进行计算分析；2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；3对计算结果进行讨论分析；4.对上述实例的计算结果,与用其他方法进行计算得到的结果作分析比较。3.实验预习报告内容要求实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等,建立有限元模型应包含的内容；提供具体梁实例的结构简图,画出计算模型；对给定的实例的结果进行预估,以供计算后进行比较讨论用；4.上机实践举例一、用ANSYS求解如图所示三杆平面桁架的问题xy321321xP1yP1图三杆平面桁架已知：各杆的面积为A1＝32.30e-4m2,A2=38.70e-4m2,A3=25.80e-4m2,各杆的弹性模量为E1=6.9E10N/m2,E2=E3=20.7e10N/m2,横杆与竖杆的长度a=2.54m，桁架结构所受的载荷为P1x=111000N,P2x=22200N二、用ANSYS求解的命令流：/UNITS,SI！国际单位制/TITLE,EXP1-2A:TRUSSSTRUCTURALANASYS/PREP7！进入前处理器ET,1,LINK1R,1,32.3E-4!A1＝32.30e-4m2R,2,38.7E-4!A2=38.70e-4m2R,3,25.8E-4!A3=25.80e-4m2MP,EX,1,6.9E10!E1=6.9E10N/m2MP,EX,2,20.7E10!E2=E3=20.7e10N/m2N,1,2.54,2.54!节点坐标N,2,2.54,0N,3,0,0TYPE,1！单元信息REAL,1MAT,1E,2,3TYPE,1REAL,2MAT,2E,1,2TYPE,1REAL,3MAT,2E,1,3FINISH/SOLU！进入求解处理器ANTYE,STATIC！静力分析OUTPR,BASIC,ALLD,3,ALL,0！进行边界处理D,2,UY,0F,1,FX,111000！加入节点载荷F,1,FY,22200ALLSELSOLVEFINISH/POST1！进入后处理器PLDISP！显示数据列表（列出变形资料）PRDISP！显示图形列表（检查变形图）FINISH注：用命令流运行的具体方法是：1．用记事本编辑完命令流，存盘时以*.log为后缀名。2．启动ANSYS3．点击FILE下的READINPUTFROM…这时弹出寻找文件对话框找到刚才做好的文件，再点击确定按钮。这时ANSYS将运行完程序。三、求解结果PRINTDOFNODALSOLUTIONPERNODE*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****LOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATESNODEUXUY10.17747E-02-0.28156E-0320.00000.000030.00000.0000MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE11VALUE0.17747E-02-0.28156E-03四．结论使用ANSYS求解的结果与手工有限元方法求解的结果相同，验证了ANSYS求解的正确性。实验四：刚架结构有限元分析1.实验目的了解ANSYS软件的基本功能与应用范围；熟悉在计算机上运用ANSYS软件的基本步骤和方法；结合具体杆丶梁与刚架实例,利用ANSYS软件的交互模式（InteractiveMode/GUI方式）进行计算分析；对所取的具体实例的ANSYS计算结果，进行分析比较与讨论；时间许可,可对上述实例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再进行一次计算，并与用ANSYS交互模式的计算结果进行分析比较.2.实验内容1.结合具体梁与刚架结构实例,利用ANSYS软件进行计算分析；2.利用ANSYS软件进行建模，并施加约束和载荷；3对计算结果进行讨论分析；4.对上述实例的计算结果,与用其他方法进行计算得到的结果作分析比较。3.实验预习报告内容要求实验预习报告在实验前写好，其主要内容应包括：复习有限元法基本原理、解题方法与步骤等,建立有限元模型应包含的内容；提供具体梁实例的结构简图,画出计算模型；对给定的实例的结果进行预估,以供计算后进行比较讨论用；4.上机实践如下图所示，有一左段全固定的长为500mm，宽为50mm，厚为10mm的悬臂梁，在梁的中间施加大小为100N的向下的力，在梁的右半部分施加1000N/m的均布载荷，梁的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。利用ANSYS软件对该梁进行分析。图一）利用ANSYS（GUI方式）进行悬臂梁分析的建模过程：1.定义关键点：preprocessormodelingcreatkeypointsinactiveCS2.定义直线：preprocessormodelingcreatlineslinesstraightline3.选择单元，选择BEAM3单元，preprocessorelementtyupeadd/edit/delete4.定义BEAM3单元横截面几何参数，preprocessorrealconatantaadd在弹出的realconstantsforbeam3窗口中输入梁单元实常数：梁横截面面积（cross-sedctionalarea）:100面积转动惯量（areamomentofinertiaIZZ）:833.333梁的高度（totalbeamheight）:105.定义材料属性定义钢的弹性模量和泊松比，Preprocessormaterialpropsmetrialmodelsstructurallinearelasticisotropic1.划分网格preprocessormeshingmeshtool网格边长取100mm2.选择分析类型Solutionanalysistypenewanalyisstatic3.定义约束Solutiondefineloadapplystructuraldisplacementonkeypoints4.施加压力Solutiondefineloadapplystructuralforce/momentonkeypoints9施加载荷Solutiondefineloadapplystructuralpresasureonbeams5.求解Solutionsolve?currentLS10查看分析结果Generalpostprocplotresultsnodalsolu二）用ANSYS求解的命令流：/FILNAM，EX2-5/TITLE,CANTILERVERBEAMDEFLECTION/UNITS,SI/PREP7！进入前处理器ET,1,BEAM3！梁单元MP,EX,1,200E9!弹性模量E=200E9N/m2R,1,3E-4,2.5E-9,0.01!A=3E-4m2,I=2.5E-9m4,H=0.01mN,1,0,0$N,2,1,0！定义节点坐标N,3,2,0$N,4,3,0$N,5,4,0E,1,2$E,2,3$E,3,4$E,4,5！定义单元FINISH/SOLU！进入求解处理器ANTYPE,STATICD,1,ALL,0！全固约束节点（边界处理）F,3,FY,-2！施加集中载荷SFBEAM,3，1，PRES，0.05，0.05！施加均布载荷SFBEAM,4，1，PRES，0.05，0.05SOLVEFINISH/POST1！进入一般后处理器SET，1，1！读取阶段负载答案PLDISP！显示数据列表（列出变形资料）PRDISP！显示图形列表（检查变形图）FINISH