有限元上机第2周

第二周实验一：三角形薄板静力分析一、实验课题三角形薄板厚t=1m，其尺寸、载荷及约束如图所示。若取弹性模量E=1MPa，泊松比μ=0.3，P=1kN。试对该三角形薄板进行静力分析。二、实验要求1掌握平面应力三角形单元定义方法；2掌握材料常数的输入方法；3掌握边界条件的处理方法；4掌握载荷的施加方法；5熟悉有限元结果数据的输出；6熟悉变形图，应力云图，交互式查询某点应力的方法。三、实验步骤：Ⅰ进入ANSYS点击点击【程序】→【ANSYS12.1】→【MechanicalAPDL(ANSYS)】Ⅱ建立有限元模型1输入标题(1)点击【File】→【ChangeTitle】；(2)输入标题“PlaneStressProblem”；(3)点击【OK】按钮。2选择分析类型(1)点击【MainMenu】→【Preferences】；(2)选择structural复选框，然后点击【OK】按钮。3确定单元类型(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【ElementType】→【Add/Edit/Delete】；(2)点击【Add】，选择structuralsolid族中Quad4node182单元，再点击【OK】；(注：点击help选项，查看182单元的属性和详细信息)(3)点击【Options】钮，在ElementbehaviorK3行选择planestress+w/thk；(4)点击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。4定义板厚(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【RealConstants】；(2)点击【Add】，再点击【OK】；(3)输入板厚1，再点击【OK】，然后关闭realconstant对话框.5定义材料性质(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【MaterialProps】→【MaterialModels】→【Structural】→【Linear】→【Elastic】→【Isotropic】；(2)点击【OK】；(3)输入弹性模量1E+06，泊松比0.3，然后点击【OK】，关闭退出。6输入节点坐标(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【ModelingCreate】→【Nodes】→【InActiveCS】；(2)输入节点号1，及其坐标0,2，然后点击【Apply】；输入节点号2，及其坐标0,1，然后点击【Apply】；输入节点号3，及其坐标1,1，然后点击【Apply】；输入节点号4，及其坐标0,0，然后点击【Apply】；输入节点号5，及其坐标1,0，然后点击【Apply】；输入节点号6，及其坐标2,0，然后点击【OK】；7定义单元(1)点击【MainMenu】→【Preprocessor】→【Modeling-Create】→【Elements】→【AutoNumbered】→【ThruNodes】；(2)点取节点3,1,2生成单元1，然后点击【Apply】；点取节点5,2,4生成单元2，然后点击【Apply】；点取节点2,5,3生成单元3，然后点击【Apply】；点取节点6,3,5生成单元4，然后点击【OK】。Ⅲ求解1定义约束(1)点击【MainMenu】→【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Displacement】→【OnNodes】；(2)拾取节点1，2，4再在拾取窗中点击【OK】；选择UX，点击【Apply】；(3)拾取节点4，5，6再在拾取窗中点击【OK】；选择UY，再点击【OK】。2施加载荷(1)点击【MainMenu】→【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Force/Moment】→【OnNodes】；(2)拾取节点1，再在拾取窗中点击【OK】；(3)在Directionofforce/mom框中选FY，在Force/momValue框中输入载荷值3求解(1)点击【MainMenu】→【Solution】→【Solve】→【CurrentLS】；(2)浏览完显示的信息后，关闭文本窗口；(3)点击【OK】后开始求解；(4)点击【Close】。Ⅳ后处理(Postprocessing)1绘变形图(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【DeformedShade】；(2)选取Del+undeformed选项，然后点击【OK】。2显示节点位移(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【ListResults】→【NodalSolution】；(2)选择DOFsolution中AllDOFs项，然后点击【OK】。(3)浏览节点位移值，然后关闭文本窗口。3显示应力(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【ListResults】→【ElementSolution】；(2)选择Stress中Components项，然后点击【OK】。(3)浏览单元应力值，然后关闭文本窗口。4画VonMises等应力云图(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【PlotResults】→【Contourplot】→【NodelSolu】；(2)选择Stress族中VonMises等效应力，然后点击【OK】。5询问应力(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【QueryResults】→【NodalSolu】；(2)选择VonMises应力，然后点击【OK】；（问题：VonMises应力是什么应力？）(5)任意点取节点，观察其应力值；(6)点击【OK】按钮，关闭菜单。6显示约束反力(1)点击【MainMenu】→【GeneralPostproc】→【ListResults】→【ReactionSolu】；(2)选择AllstrucforcF，然后点击【OK】；(3)浏览约束反力后关闭文本输出窗。Ⅴ退出ANSYS点击工具栏上【Quit】按钮，选择quit-nosave!复选框，再点击【OK】。四、ANSYS命令流文件/TITLE,《有限元基础及应用》例题4-6/PREP7ET,1,PLANE182,,,3,R,1,1MP,EX,1,1.0E+6MP,NUXY,1,0.3N,1,0,2N,2,0,1N,3,1,1N,4,0,0N,5,1,0N,6,2,0E,3,1,2E,5,2,4E,2,5,3E,6,3,5EPLOTFINISH/SOLUD,1,UX,0D,2,UX,0D,4,ALL,0D,5,UY,0D,6,UY,0F,1,FY,-1000SOLVEFINISH/POST1PLDISPPRDISPPRESOL,ELEMFINISH/EXIT,NOSAV实验二：带孔矩形薄板静力分析完成教材第68～73页例题。实验三：利用对称性计算带孔矩形薄板静力分析一、实验课题矩形薄板厚2mm，中间有一半径R=25mm的圆孔，两侧受有10N/mm均布拉力，已知薄板材料的弹性模量E=200GPa，泊松比为=0.3。由于结构及载荷均对称，可取四分之一来计算，计算模型如图所示。二、实验要求1掌握映射网格划分方法；2掌握控制网格疏密的方法；3掌握显示变形图，应力云图，位移矢量图的方法4掌握交互式查询某点位移，应力的方法。三、实验步骤：Ⅰ建立有限元模型1输入标题(1)点击【File】→【ChangeTitle】，输入标题“PlaneStressProblem—Thinplatewithahole”；(2)点击【OK】按钮。2选择分析类型(1)点击【Preferences】，选择structural复选框，然后点击【OK】按钮。3确定单元类型(1)点击【Preprocessor】→【ElementType】→【Add/Edit/Delete】；(2)点击【Add】，选择structuralsolid族中8node183单元，再点击【OK】；(3)点击【Options】钮，在ElementbehaviorK3行选择planestress+w/thk；(4)点击【OK】钮，再点击【Close】关闭对话框。4定义板厚(1)点击【Preprocessor】→【RealConstants】→【Add/Edit/Delete】；(2)点击【Add】，再点击【OK】，输入板厚2，再点击【OK】，关闭realconstant对话框。5定义材料性质(1)点击【Preprocessor】→【MaterialProps】→【MaterialModels】再依次双击【Structural】→【Linear】→【Elastic】→【Isotropic】；(2)输入弹性模量200E+9，泊松比0.3，然后点击【OK】并关闭材料定义窗口。6建立几何模型(1)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Areas】→【Rectangle】→【ByDimenssion】；输入矩形对角点x1=0,x2=150,和y1=0,y2=100，然后点击【OK】。(2)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Areas】→【Circle】→【solidcircle】；输入圆心和半径wpx=0,wpy=0,radius=25，然后点击【OK】。(3)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Operate】→【Booleans】→【Subtract】→【Areas】先选择矩形并点击【OK】，再选择实心圆，然后点击【OK】。(4)点击【PlotCtrls】→【Numbering】，打开Linenumbers复选框，点击【OK】退出。(5)点击【Plot】→【Lines】。(6)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Lines】→【NormaltoLine】；在图形窗拾取L5，点击【Apply】；选取矩形右上角顶点，单击【OK】。(7)点击【Preprocessor】→【Modeling】→【Operate】→【Booleans】→【Divide】→【AreasbyLine】；先选矩形面积，点击【Apply】，再选剖分线L4，单击【OK】，完成剖分。(8)点击【PlotCtrls】→【Numbering】，选中Areanumbers复选框，点击【OK】退出。(9)点击【Plot】→【Areas】。(10)点击【File】→【Saveas】，输入被保存的文件名，然后点击【OK】。7划分单元(1)点击【PlotCtrls】→【Numbering】，关闭Areanumbers复选框，点击【OK】退出；点击【Plot】→【Lines】。(2)点击【Preprocessor】→【Meshing】→【SizeCntrls】→【ManualSize】→【Lines】→【PickedLines】；拾取L4，点击【Apply】，输入划分份数30，划分比例3，点击【Apply】；再拾取L9，L10，点击【Apply】，将划分比例改为0.3333，点击【Apply】；再拾取两圆弧L1，L5，点击【Apply】，删除划分份数30和划分比例0.3333，在角度文本框中输入3，然后单击【OK】。(3)点击【Preprocessor】→【Meshing】→【Mesh】→【Areas】→【Mapped】→【3or4side】；在弹出的对话框中单击【PickAll】。Ⅱ求解1边界处理(1)点击【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Displacement】→【OnLines】；拾取模型的左边界，并在拾取窗上点击【Apply】；选被约束的自由度为UX，输入被约束处的位移值0，点击【Apply】；再选中模型下边界，并在拾取窗上点击【Apply】；选择被约束的自由度为UY