吉林大学有限元分析课实验报告

有限元方法B实验报告与作业班级：411210班姓名：林亮基学号：41121010学院：机械学院吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基目录实验1：杆系结构有限元静力学分析.....................................................1实验2：基于APDL命令流方式的杆系结构有限元静力学分析.....4实验3：实体建模.....................................................................................6实验4：平面结构有限元静力学分析.....................................................9实验5：平面结构有限元静力学分析...................................................14实验6：空间结构有限元静力学分析..................................................18作业1杆系结构有限元分析.................................................................20作业2平面问题有限元分析.................................................................22作业3空间问题有限元分析.................................................................24吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第1页实验1：杆系结构有限元静力学分析一、实验目的：通过本实验掌握杆系结构有限元静力学分析GUI操作，并熟悉相应的APDL命令流。二、问题描述：上图所示为订书钉，尺寸见图中标注。材料弹性模量为E=2.1×105MPa，泊松比为0.3，横截面积尺寸为宽B=0.64mm，高H=0.402mm。当订书钉被压入纸张时，约需要120N的载荷，载荷均匀分布在订书钉上部。就以下两种情况进行有限元分析：1）钉入时A、B为铰支；2）钉入时A、B为固支。三、实验思路：1）由于结构和谁都处于平面内，且结构和受力相对于订书钉中心轴对称，所以可采用对称的平面梁模型，即选取1/2模型进行分析，在此考虑了在梁模型中的倒角对结构变形和受力的情况影响；2）单元类型选择BEAM188；（在ANSYS14.0里只能选这个了）3）根据坐标生成关键点，由关键点连成线，生成直线倒角，再对几何模型（线）进行（一维）网格划分。四、实验步骤：1、选择单元类型在ANSYS界面内，执行MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete，添加一个element；选择StructuralBeam2node188，点击OK确定。2、定义截面属性SectionsBeamCommonSections在弹出的对话框中输入截面尺寸（B=0.402，H=0.64）此处一度遇到困难，因为14.0版本中的Beam188无需定义实常数。3、定义材料参数在ANSYS界面中执行MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropic在这里必须指出的是，指导书上全都说明要双击打开，实际上是单击即可。4、生成几何模型Step1生成三个关键点MainMenuPreprocessorModelingCreateKeypointsInActiveCS依次输入三个点的坐标：（6.32,0,0）、（6.32,6.1,0）、（0,6.1,0），每输入一个点的坐标后点Apply，输入最后一个坐标点Apply后点Cancel。Step2生成两条线段MainMenuPreprocessorModelingCreatelineslinesInActiveCoord吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第2页分别用Pick选择点1和2，再选择点2和点3，点击OKStep3建立线1和线2之间的倒角MainMenuPreprocessorModelingCreatelineslineFilletPick分别单击线1和线2OKFilletradius中输入0.5，在Numbertoassign中输入6，点击OK5、划分单元Step1设置所有的线上划分单元的个数MainMenuPreprocessorMeshingSizeCntrlsManualSizelinesAlllines在No.ofelementdivisions中输入4，点击OK。Step2划分单元MainMenuPreprocessorMeshingMeshlines点击Pickall，点击OK6、施加约束和均布力Step1施加均布力UtilityMenuSelectEntitieslinesByLocationYcoordinates输入6.1，点击OKUtilityMenuSelectEntitiesElementsAttachedtolines点击OKMainmenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnBeams点击Pickall，输入-120/(6.32-0.5)/2，点击OKStep2对关键点3施加X方向约束和相对于Z方向的旋转约束UtilityMenuSelectEverythingPreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnKeypoints选择关键点3，选择UX和ROTZ，点击OKStep3对关键点1施加固定边界条件PreprocessorLoadsDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnKeypoints选择关键点1，选择AllDOF，点击OK7、分析计算MainmenuSolutionSolveCurrentLS点击OK8、结果的一般显示1)对线单元按实体效果进行显示UtilityMenuPlotCtrlsStyleSizeandShapeESHAPEON在SCALE输入0.5，点击OK2)显示完整的有限元模型，UtilityMenuPlotCtrlsStyleSymmetryExpansionPeriodic/CycleSymmetryExpansion选择ReflectaboutYZ点击OK效果如图所示：3)吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第3页4)对计算结果进行云图显示，这里用的是X-ComponentofDisplacement，如下图所示：轴力图和剪力图如下：吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第4页实验2：基于APDL命令流方式的杆系结构有限元静力学分析一、问题描述一座小型铁路桥由横截面积均为3250mm2的钢制杆件组成。一辆货车停在桥上，其载荷施加在桥梁两侧的桁架上，单侧桁架如上图所示，等效载荷为F1和F2，材料弹性模量为E=2.1×105MPa，泊松比为0.3，密度为7.8×105kg/m3。使计算位置R处由载荷作用而沿着水平方向移动的距离以及支反力。同时，分析各节点的位移和单元应力二、实验思路由于并不熟悉命令流操作，所以我先按照实验指导上的操作步骤完成了有限元分析，再查看命令流文件，并且把命令流复制移植了一次，试验其是否能达到效果。三、实验步骤由于GUI操作的步骤在其他实验中已经尝试，故在此不再重复赘述，直接展示分析结果图：变形图如下：位移云图如下：吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第5页轴力图如下：吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第6页实验3：实体建模一、实验目的：通过本实验熟悉ANSYS界面、空间、基本建模操作、布尔运算。二、实验模型图三、实验思路按照实验指导书的指导，先建立长方体、圆柱等基本图形，再进行布尔运算减去多余部分，而且考虑到模型是对称结构，所以先建一半的模型，然后通过镜像获得整个模型。四、实验步骤1、创建模型Step1生成长方体MainMenu:PreprocessorCreateBlockByDimensions在对话框中输入X1=0，X2=3，Y1=1，Y2=1，Z1=0，Z2=3Step2平移并旋转工作平面UtilityMenuWorkPlaneOffsetWPbyIncrements把工作平面的坐标原点移动到（2.25，1.25,0.75），并旋转90°Step3创建圆柱体MainMenu:PreprocessorCreateCylinderSolidCylinder创建一个半径为0.375,、高度为-1.5的圆柱体再通过Copy菜单复制一个圆柱体Step4利用布尔操作减去圆柱体MainMenu:PreprocessorModelingOperateBooleanSubtractVolume操作完成后将工作坐标移动到原始坐标Step5创建支撑部分（长方体）MainMenu:PreprocessorCreateBlockBy2corners&Z吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第7页长方体的尺寸为1.5*1.75*0.75完成操作后将工作坐标原点偏移到刚创建的长方体的左上角。在平面视图拾取点可能会拾取不正确，转换为立体视图拾取就一目了然了。Step6创建轴瓦支架的上部MainMenu:PreprocessorModelingCreateCylinderPartialCylinderStep7在轴承孔的位置创建圆柱体为布尔操作做准备MainMenu:PreprocessorModelingCreateCylinderSolidCylinderStep8用布尔操作减去两个圆柱体，生成轴承孔执行MainMenu:PreprocessorModelingOperateBooleanSubtractVolumeStep9合并重合的关键点Step10创建一个关键点，并利用该点与另外两点生成一个三角形平面这一步需要用到CreateKeypoints、CreateArea等操作Step11将三角形平面拉伸成实体MainMenu:PreprocessorModelingOperateExtrudeStep12通过镜像操作生成完整模型MainMenu:PreprocessorModelingReflect效果如图所示（通过Numbering开启了体的标号，颜色效果比较好看）2、定义单元类型和材料属性Step1定义单元类型执行MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete在14.0版本中，选择的是SolidTet10node187单元。熟悉了14.0的单元种类之后，要找到合适的类型替代指导书给出的单元也没以前那么难了。Step2定义材料属性为了定义材料的属性，在ANSYS界面中执行MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropic弹性模量输入30e6，泊松比输入0.3。指导书没有给出泊松比，在老师的指导下选用了0.3吉林大学机械科学与工程学院41121010林亮基第8页3、划分网格打开meshingtool，将智能网格划分器设置为on，将滑动条滑到“6”，指导书给出的是“8”，但为了获得更好的效果，以及出于对电脑运算速度的信心，我设置为6，后来发现网格其实还是比较大的。确认各项为Vol