沈阳理工有限元课设

1、20沈阳理工大学课程设计专用纸平面梁结构的内力计算一:问题描述及数学建模一个外伸梁的结构如下图所示，其中m=10KN.m，q=2KN/m，F=2KN。其中梁宽B=0.1m，梁高H=0.2m，梁长L=8m。对该梁进行分析，画出弯矩图和剪力图。材料力学解析解：最大弯曲应力=3X105 (Pa) ，最大剪应力=2.5X105 (Pa) 。（高等教育出版社出版材料力学上册124页例4.6）第一幅图为外伸梁所受载荷图，下面两幅图为用材料力学计算所得剪力和弯矩图依次为剪力弯矩。有限元计算说明本例题是将梁划分为16个单元，17个节点，采用两种方法来进行分析：（1） 采用基于欧拉梁理论（材料力学）的2维平面梁

2、单元BEAM3模拟实际结构，进行静力学分析。（2） 采用基于Timoshenko梁理论的3维梁单元BEAM188模拟实际结构，进行静力学分析。交互式的求解过程二: 有限元模型的建立1创建节点1.1创建梁的各个节点1给梁的各参数赋值: Utility Menu：ParametersScalar Parameters界面，在Selection下输入梁高H=0.2按下Accept；输入梁宽B=0.1Accept；梁长L=5Accept；计算梁的横截面积AREA=B*HAccept；计算梁的截面惯性矩IZZ=B*H*H*H/12Accept；然后定义载荷：弯矩M=-10000Accept；集中力F=-

3、2000Accept；均布载荷Q=2000Accept；Close.2Main Menu：PreprocessorModelingCreateNodeIn Active CS。3在创建节点窗口内，在NODE后的编辑框内输入节点号1，并在X，Y，Z后的编辑框内输入0，0，0作为节点1的坐标值。4按下该窗口内的Apply按钮。5输入节点号17，并在X，Y，Z后的编辑框内输入L，0，0作为节点17的坐标值。6 按下OK按钮。7.Main Menu：Preprocessor-Modeling-CreateNodeFill between Nds。8.在图形窗口内，用鼠标选择节点1和17。9.按下Fil

4、l between Nds窗口内的Apply按钮。10.按下OK按钮，完成在节点1到节点17之间节点的填充。1.2显示各个节点1 Utility Menu：PlotctrlsNumberings2 将Node numbers项设置为On。3 Utility Menu：PlotNodes4 Utility Menu：ListNodes5 对出现的窗口不做任何操作，按下OK按钮。浏览节点信息后，关闭该信息窗口。2定义单元类型、材料特性和梁的横截面几何参数2.1定义单元类型1 Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete2 按下Element T

5、ype窗口内的Add按钮。3 在单元类型库中，选择左侧列表中的BEAM单元家族，及右侧列表中2D elastic 3类型。4 按下OK按钮完成选择。5 按下Close按钮关闭Element Type窗口。2.2定义材料特性1 Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。2 在材料定义窗口内选择：StructuralLinearElasticIsotropic。3 在EX后的文本框内输入数值2.06e11作为弹性模量。4 按下OK按钮完成定义。2.3定义梁的横截面几何参数1 Main Menu：PreprocessorReal Cons

6、tantsAdd/Edit/Delete。2 按下Real Constants窗口内的Add按钮。3 按下Real Constants for Element Type窗口内的OK按钮。4 依次输入1,AREA,IZZ,H。5 按下OK按钮完成定义。按下Real Constants窗口内的Close按钮。3创建单元3.1创建单元1 Main Menu：PreprocessorCreateElementsAuto-NumberedThru Nodes。2 在图形窗口内，用鼠标点选节点1和2。3 按下按下OK按钮完成单元1的定义。4 Main Menu：PreprocessorModelingCo

7、pyElementsAuto-Numbered。用光标选择单元1，然后点Apply。5 在ITIME后的编辑框内输入16（包括被复制的单元1）作为要复制的单元总数。按下OK按钮完成单元2到单元16的定义。3.2显示单元信息1 Utility Menu：PlotCtrlsNumberings2 在第一个下拉列表中，选择Elements numbers选项。3 Utility Menu：PlotElements4 Utility Menu：ListElementsNodes+Attributes5 浏览单元信息后，关闭该窗口。三:施加载荷和边界条件1施加约束和载荷1:节点自由度约束1 Main M

8、enu：SolutionDefine Loads ApplyStructural Displacement On nodes。2 用鼠标在图形窗口内选择节点1。3 按下选择窗口内的Apply按钮。4 选择自由度UX和UY，并在VALUE后为其输入数值0。5 按下Apply按钮。6 用鼠标在图形窗口内选择节点13。7 按下选择窗口内的Apply按钮。8 选择自由度UY，并在VALUE后为其输入数值0。9 按下OK按钮。2施加载荷.2.1施加节点17处的集中载荷F。1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nod

9、es。2 用鼠标在图形窗口内选择节点17。3 按下选择窗口内的Apply按钮。4 在第一个下拉列表中选择FY，并在下面的文本框内输入其值F（向上为Y轴正方向）。5 按下Apply按钮。2.2施加节点9处的弯矩M。1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nodes。2 用鼠标在图形窗口内选择节点9。3 按下选择窗口内的Apply按钮。4 在第一个下拉列表中选择MZ，并在下面的文本框内输入其值M（逆时针为正方向）（对照上面第4步）。5 按下OK按钮。2.3施加单元3到单元10上的的分布载荷q。1 Main Me

10、nu：SolutionDefine LoadsApplyStructural Pressure On Beams。2 用鼠标在图形窗口内选择单元1到单元8。3 按下选择窗口内的Apply按钮。4 在LKEY后的文本框内输入数值1。5 在VALI和VALJ后的编辑框内分别输入Q，6 按下OK按钮。给梁加完约束，力，分布载荷后的图应该为四:求解和结果分析1求解1.1定义分析类型1 Main Menu：Solution Anslysis Type New Analysis。2 选中Static选项。3 按下OK按钮。1.2求解1 Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。

11、2 按下OK按钮关闭Solve Current Load Step窗口。3 按下Close按钮关闭求解结束后出现的Information窗口。4 浏览/STATUS Command窗口内的信息后，将其关闭。2后处理2.1绘制梁的Y方向变形图1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal Solu. 2 选择DOF Solution下的Y-Component of displacement在Undisplaced shape ke 后选择Deformed shape with undeformed edgOK 2.2建立单元结

12、果表2.2.1创建单元表，计算节点弯矩。1 Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table。2 按下Element Table Data窗口内的Add按钮。3 在Lab后的文本框内输入IMO。4 在左侧列表中选择By sequence num项。5 右侧列表中选择SMICS，项。6 在右侧列表下的文本框内SMICS后面，输入6。7 按下Apply按钮。8 在Lab后的文本框内输入JMO。9 重复上面的步骤4和5。10 右侧列表下的文本框内SMICS后面，输入12。11 按下OK按钮Close。2.2.2创建单元表，计算节点剪力1 Main

13、 Menu：General PostprocElement TableDefine Table。2 按下Element Table Data窗口内的Add按钮。3 在Lab后的文本框内输入ISH。4 在左侧列表中选择By sequence num项。5 右侧列表中选择SMICS，项。6 右侧列表下的文本框内SMICS后面，输入2。7 按下Apply按钮。8 在Lab后的文本框内输入JSH。9 重复上面的步骤4和5。10右侧列表下的文本框内SMICS后面，输入8。11按下OK按钮Close。2.3结果显示2.3.1列出各节点弯矩和剪力1 Main Menu：General PostprocLis

14、t ResultsEleme Table Data。2 在List Element Table Data窗口内选择IMO，JMO，ISH和JSH。3 按下OK按钮并在浏览资料窗口内的信息后，将其关闭。2.3.2画剪力图1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Line Elem Res2 在第一个下拉列表中选择ISH，在第二个下拉列表中选择JSH。3 按下OK按钮。剪力图:2.3.3画弯矩图1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res2 在第一个下拉列表中选择IMO，在

15、第二个下拉列表中选择JMO。3 按下OK按钮。弯矩图：3退出程序Toolbar：Quit。选择Quit-No Save！按下OK按钮。五：多方案计算比较此方案是将梁划分为20个单元21个节点，再将其进行有限元分析，得出的结果与上一个方案的结果进行比较。1:问题描述及数学建模方法与上一个方案一样不在重复2:有限元模型的建立先将梁的节点分完后，在对其的单元类型，材料特性，梁的横截面几何参数等进行定义，具体操作步骤与上一个方案相同,定义完后在进行单元的创建。3:施加载荷和边界条件对梁进行约束，载荷的加载，力的施加和弯矩的加载，在节点1处施加X;Y两个方向的约束，在节点16处施加一个Y方向的约束。在节

16、点11处施加一个弯矩M，在节点21处施加一个力F，在1到10单元上施加分布载荷q。 具体操作步骤与上一个方案相同。操作完成后的梁如下所示4：求解,结果分析。具体的操作和上一个方案差不多, 就不再重复了.在经过和上一个方案相同的操作，就能够得到本方案的剪力图和弯矩图如下：1:绘制梁的Y方向变形图2:剪力图 3:弯矩图5:退出程序六:结果分析通过对两次的结果分析，能够得出对于同一个梁结构的分析，节点数越多，单元划分的越多，所得到的结果和材料力学的解析解越接近。心得体会刚开始学习ANSYS时，感觉非常的难，总是遇到难点，难免会感到郁闷，使人产生挫折感，而且容易产生心理疲劳，这时候就需要很大的耐心了，

17、并且要学会调整自己的心态，针对问题时要积极思考，不会的要多问老师，学会和同学们探讨，这样学习知识更快。虽然ANSYS比较难，但是通过一段时间的上机学习和课后的探讨，使我学会了ANSYS这款软件，不能说精通吧，但是也能运用它进行一些简单的运算了，并且通过运用ANSYS解决了一些简单的结构的问题，通过ANSYS合理运用，不仅简化了设计时间，也使结果更加精确，虽然结果与解析解有些许误差，但是误差很小且偏向保守，并且这个误差还可以通过节点的多少来使它尽可能的缩小，通过做这门课设使我的自主思考能力有了一定的提高，还有学会了一些其他的知识，因为有限元分析是需要用到很多知识的，这就需要在课下查找资料了，这其实就是一个学习的过程。还有通过做课设也发现了自