《车辆CAE技术》实验指导书-2013

1《车辆CAE技术》实验指导书主编：刘燕霞海南大学机电工程学院汽车工程系2目录实验1杆系结构有限元分析.................................................................1实验2平面应力问题的有限元分析.....................................................4实验3空间问题的有限元分析.............................................................7实验4模态问题的有限元分析.............................................................9实验5谐响应问题的有限元分析.......................................................13实验6瞬态动力学问题的有限元分析...............................................17实验7稳态热分析...............................................................................22实验8瞬态热分析...............................................................................241实验1杆系结构有限元分析1.问题描述一个长10m的方形截面梁，截面边长5mm，两端简支，中点承受集中载荷100N，材料的弹性模量为3.0×1011Pa。试用有限元法进行分析，绘制弯矩图。2.分析步骤[步骤1]设置系统环境1）设置界面UtilityMenu:MenuCtrls，选择相应菜单，即可将其显示或隐藏2）显示工作平面UtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane3）设置工作平面UtilityMenu:WorkPlane-WPSettings，在工作平面设置对话框中选GridOnly，设置SnapIncr为0.5，Minimum为0，Maximum为10，Spacing为1，单击OK按钮4）显示网格UtilityMenu:PlotCtrls-Pan,Zoom,Rotate，单击控制按钮，使网格满窗口显示5）设置分析类型MainMenu:Preferences,选择Structural复选框，单击OK按钮。[步骤2]定义单元属性1）定义单元类型MainMenu:Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮；弹出单元库对话框，在其中的列表框中选择Beam和2Delastic，单击OK按钮2）定义实常数MainMenu:Preprocessor-RealConstants-Add/Edit/Delete，单击实常数对话框中Add按钮，选择实常数单元类型对话框中的Beam3，单击OK。设置实常数设置对话框中的AREA为2.5e-4，IZZ为5.2e-7，HEIGHT为5e-2，单击OK按钮3）定义材料属性MainMenu:Preprocessor-MaterialProps-MaterialModel，在弹出的材料属性窗口中依次双击Structural,Linear,Elastic和2Isotropic，在弹出的对话框中设置EX（弹性模量）为3e+11，PRXY（泊松比）为0.3，单击OK按钮[步骤3]建立几何模型1）绘制端点MainMenu:Preprocessor-Create-Keypoints-OnWorkingPlane，捕捉（0,5）点，单击Apply按钮，捕捉（10,5）点，单击OK按钮2）绘制直线MainMenu:Preprocessor-Create-Lines-StraightLine，捕捉两端点，单击OK按钮3）隐藏辅助网格UtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane4）保存数据Save_DB[步骤4]划分网格1）定义单元尺寸MainMenu:Preprocessor-SizeCtrls-AdvOpts，在单元尺寸对话框中填写Size=5，单击OK按钮2）划分网格MainMenu:Preprocessor-Mesh-Lines，单击选择所绘直线，单击OK按钮3）显示单元编号UtilityMenu:PlotCtrls-Numbering[步骤5]求解1）定义分析类型MainMenu:Solution-NewAnalysis，在分析类型对话框中选择Static复选框，单击OK按钮2）添加约束MainMenu:Solution-Apply-Displacement-OnNodes，选左端点，单击Apply按钮；在施加约束对话框中选择UX和UY，单击Apply按钮；选右端点，单击OK按钮；选择UY，并清除UX，单击OK按钮3）添加集中载荷MainMenu:Solution-Apply-Force/Moment-OnNodes，选中间节点，在施加载荷对话框中设FY=-100，单击OK按钮4）求解MainMenu:Solution-Solve-CurrentLS[步骤6]结果处理1）读结果MainMenu:GeneralPostproc-FirstSet2）节点变形列表MainMenu:GeneralPostproc-ListResults-NodalSolution，在结果列表对话框中选择DOFsolution和AllDOFs，单击OK按钮3）绘制变形图MainMenu:GeneralPostproc-PlotResults-DeformedShape，3在绘制变形图对话框中选择Def+undefedge单选钮4）单元数据表序号查询UtilityMenu:Help-HelpTopics-AnsysElementsReference-ElementLibrary-BEAM35）定义拉伸应力表MainMenu:GeneralPostproc-ElementTable-DefineTable6）绘制拉伸应力MainMenu:GeneralPostproc-PlotResults-LineElemRes7）定义弯矩表MainMenu:GeneralPostproc-ElementTable-DefineTable8）绘制弯矩图MainMenu:GeneralPostproc-PlotResults-LineElemRes3.结果对照4实验2平面应力问题的有限元分析1.问题描述一个厚1m、边长10m的正方形膜，底端固定，顶端右侧点受Fx＝100N和Fy＝100N的集中力，材料的弹性模量为3.0×1011Pa。试用有限元法进行分析，绘制等效应力图。2.分析步骤[步骤1]设置系统环境1）设置界面UtilityMenu:MenuCtrls,选择相应菜单，即可将其显示或隐藏2）显示工作平面UtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane3）设置工作平面UtilityMenu:WorkPlane-WPSettings，在工作平面设置对话框中选GridOnly，设置SnapIncr为0.5，Minimum为0，Maximum为10，Spacing为1，单击OK按钮4）显示网格UtilityMenu:PlotCtrls-Pan,Zoom,Rotate，单击控制按钮，使网格满窗口5）设置分析类型MainMenu:Preferences,选择Structural复选框，单击OK按钮。[步骤2]定义单元属性1）定义单元类型MainMenu:Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮，弹出单元库对话框，在其中的列表框中选择Solid和Quad4node42，单击OK按钮2）更改单元选项MainMenu:Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete，单元类型对话框中选择Plane42，单击Option按钮，将单元选项设置对话框中的K3列表框设为Planestrsw/thk（平面应力/带厚度），单击OK按钮3）定义实常数MainMenu:Preprocessor-RealConstants-Add/Edit/Delete，单击实常数对话框中Add按钮，选择实常数单元类型对话框中的Plane42，单击OK按钮。设置实常数设置对话框中的THK=1（厚度），单击OK4）定义材料属性MainMenu:Preprocessor-MaterialProps-MaterialModel，5在材料属性窗口，依次双击Structural,Linear,Elastic和Isotropic，在弹出的对话框中设置EX（弹性模量）为3e+11，PRXY（泊松比）为0.3，单击OK按钮[步骤3]建立几何模型1）绘制矩形MainMenu:Preprocessor-Create-Rectangle-By2Corners，捕捉（0,0）和（10,10）点，单击OK2）隐藏辅助网格UtilityMenu:WorkPlane-DisplayWorkingPlane3）保存数据单击工具栏上的Save_DB按钮[步骤4]划分网格1）定义单元尺寸MainMenu:Preprocessor-Meshing-ManualSize-Global-Size,在单元尺寸对话框中，设置NDIV=2(单元等分)，单击OK2）划分网格MainMenu:Preprocessor-Meshing—Mesh-Areas-Free，在绘图区选择所绘矩形面，单击OK3）显示单元编号UtilityMenu:PlotCtrls-Numbering，将编号控制对话框中的Elem/Arribnumbering选为ElementNumbers,NODES设为On，单击OK[步骤5]求解1）定义分析类型MainMenu:Solution-AnalysisType-NewAnalysis,在分析类型对话框中选择Static复选框，单击OK2）添加约束MainMenu:Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement-OnLines，选所绘矩形底边线，单击OK，在施加约束对话框中选择AllDOF（所有自由度），单击OK3）添加载荷MainMenu:Solution-Apply-Structural-Force/Moment-OnNodes，选所绘矩形右上角点，在施加载荷对话框中选FX，设VALUE=100，单击Apply；再选右上角点，在施加载荷对话框中选FY，设VALUE=100，单击OK4）求解MainMenu:Solution-Solve-CurrentLS，单击求解对话框中的OK按钮[步骤6]结果处理1）读结果MainMenu:GeneralPostproc-ReadResults-FirstSet2）节点变形列表MainMenu:GeneralPostproc-ListResults-NodalSolution，6在结果列表对话框中选择DOFsolution和AllDOFs，单击OK按钮,显示节点位移列表3）绘制变形图MainMenu:GeneralPostproc-PlotResults-DeformedShape，在绘制变形图对话框中选择Def+undefedge单选钮，单击OK4）单元数据表序号查询UtilityMenu:Help-HelpTopics-AnsysElementsReference-ElementLibrary-Plane42，搜索到ElementOutputDefinition(单元输出定义)得知S:EQV为等效应力，再搜索得知I节点的S:EQV的代码为NMISC和5，关闭帮助窗