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有限元实例练习分析 学号：111014318 姓名：张凯 班级：机械11-3 指导老师：赵东2014年4月13日摘要：对于给出的实际结构，使用ANSYS建模，通过软件分析求出该结构在外载荷作用下的位移及其应力情况，并指出位移、变形、应力最大的位置处与理论做出对比。关键词：有限元分析 ANSYS 建模 载荷一.常用有限元分析软件ANSYS简介有限单元法的基本思想是将连续体离散成有限个且按一定得方式相互联结在一起的单元的集合体来模拟或逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为有限自由度问题求解。它是随着电子计算机的发展而发展起来的新的结构分析技术。在有限元未兴起以前，建筑工程往往使用经典的结构分析方法。虽然经典的结构分析方法可以得到准确的理论解，但它只适用典型的结构。超出这个范围，比如对于大量的静不定结构，它就无能为力了。有限元则不然，它对任何结构都是适用的。它的解虽然是近似解，但是很多工程并不一定要求理论结果，而是要求满足一定公差范围的工程设计结果。有限元正好适用这个情况。有限元方法发展到今天已经成为一门相当复杂的实用工程技术。有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征。即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理系统的特征。ANSYS(analysissystem)是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型CANE通用有限元分析软件，可广泛应用于航空航天、机械、汽车交通、电子等一般工业及科学研究领域。该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。ANSYS的学习、应用是一个系统、复杂的工程。由于它涉及到多方面的知识，所以在学习ANSYS的过程中一定要对ANSYS所涉及到的一些理论知识有一个大概的了解，以加深对ANSYS的理解。二实例计算如图所示，已知平面板的厚度t=0.1m，圆孔半径r=0.6m，E=2e11Pa，=0.3,q=30MPa,长L=3m，宽B=2m。利用ansys求：（1） 应力分布；（2）节点位移；（3）最大应力；（4）最大位移。实验步骤1、建立有限元模型：(1) 建立工作文件夹：在运行ANSYS之前，在默认工作目录下建立一个文件夹，名称为自己学号（111014318），在随后的分析过程中所生成的所有文件都将保存在这个文件夹中。启动ANSYS后，使用菜单“File”“Change Directory”将工作目录指向111014318文件夹；使用“Change Jobname”输入111014318为初始文件名，使分析过程中生成的文件均以111014318为前缀。选择结构分析，操作如下：GUI: Main Menu Preferences Structural(2) 选择单元：操作如下： GUI: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add Structural solidQuad 8node 82然后关闭Element Types 对话框。在Element Behavior中选中Plane stress with thickness。在Real Constants中选中plane82,并在厚度THK中输入0.1。(3) 定义材料属性：定义弹性模量和泊松比，操作如下： GUI: Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural linear Elastic Isotropic 在弹出的对话框中输入材料参数： 弹性模量(EX)： 2e11泊松比(PRXY)： 0.3(4)创建模型：首先定义2个关键点，然后通过关键点生成模型。定义关键点操作如下： GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS关键点坐标参数如下：1关键点 X=0，Y=32关键点 X=-1，Y=1然后然后在菜单栏中的WorkPlane选项中选择Keypoints选择左上角与右上角两端点，并在Radius中输入0.6，这样上面的一个圆就绘制好了，然后通过上一步改变绘制点，将下面的一个圆画上然后通过用布尔“减”形成半圆的图形。（5）网格的划分在Meshtool选项中险种Global set并在SIZE中输入0.05选择Area Mesh点Mesh通过选取图形（点击Pick All）将图形划分为网格状。（6）施加拉力载荷在主菜单中选择Solution中选择Structural-Pressure中的on lines选取两短边点击APPLY，在VALUI中输入-3e7点击确定。（7）求解在菜单的Solution钟选择Current LS伴随出现的对话框点击OK后弹出求解结束信息框。（8）后处理 8.1进入通用后处理（/POST1）并读入结果点击主菜单中的General Postproc中的Read Results的First set选项。 8.2绘制变形图 在General Postproc中的Plot Results选项中选择Deformed Shape中的Def+Undeformed点击OK，出现如下变形图。8.3绘制Von Mises应力图 在General Postproc的Plot Results中选择Contour-nodal Solu，在弹出的对话框中的左边选择Stress，在右边列表框选择Von Mises SEQV点击OK得到如下应力图8.4绘制应变图 在.8.2绘制变形图中，在Deformed Shape中选择Def+undef edge出现如下应变图8.5数据结果由应变图得出如下结果：STEP=1 SUE=1 TIME=1 DMX=.00641 SMN=.210E+07 SMX=.107E+098.6数据分析可以看出结构的最大位移是0.641mm，从变形图看出，最大位移在四边形的两端，同时从虚线看出，整个结构的变形主要集中在两个半圆上。最大应力为0. 107E+0.9，发生在两个半圆的最中间，最小应力为0.310E+0.7，在两个半圆的两头，所以可知，在实际当中如果用到这种结构，就需要对两半圆的中间采取优化处理的方式。3 感想ANSYS的学习、应用是一个系统、复杂的工程，由于它涉及到多方面的知识，所以在学习ANSYS的过程中一定要对ANSYS所涉及到的一些理论知识有一个大概的了解,以加深对ANSYS的理解。通过实例练习，熟悉了有限元的建模、求解及结果分析的步骤和方法；同时加深了有限元理论关