工程力学及有限元分析-有限元练习

有限元上机练习ANSYS10.0-Ed上机指南陈章华编北京科技大学数理学院2012年9月图1－1悬臂梁的的计算分析模型qA=1kN/mL=1mAqB=0B序言：有限元是一种数值方法，广泛应用于分析工程中出现的各种复杂的受力分析。本次测验内容要求学生对有限元方法的实施步骤有一个初步了解，用ANSYS软件解决一些简单的杆件弯曲、扭转失稳问题，并将计算结果与材料公式的结果比较。为进一步采用有限元方法解决复杂的工程问题打下基础。基本部分(共8题)问题1分布载荷作用下的悬臂梁应力计算分析模型为悬臂梁,梁的横截面为矩形，长度1m，宽×高=1m×0.2m。材料的弹性模量200GPa,泊松比0.3。习题文件名:Cantilever-beam。注意：用平面4节点实体单元离散，长度单位：m,力单位：N，应力单位：Pa，按照平面应变处理。单位厚度上的线性分布载荷取值如图1-1所示。1.1进入ANSYS程序→ANSYSED10.0→inputInitialjobname:Cantilever-beam→OK1.2设置计算类型MainMenu:Preferences→selectStructural→OK1.3选择单元类型MainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node182→OK(backtoElementTypeswindow)→Options→selectK1:Reducedintegration→K3:PlaneStrain→OK→Close(theElementTypewindow)1.4定义材料参数MainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:200e9，PRXY:0.3→OK1.5生成几何模型生成特征点MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标(每次输入后按Apply,最后按OK)：input:1(0,0,0),2(1,0,0),3(1,0.2,0),4(0,0.2,0)→OK生成面MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1→2→3→4→OK注意：上面两步也可简化为：MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→Bytwocorners→WPX,WPY均输入0，Width输入10,Height输入2→OK1.6网格划分MainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshTool→(SizeControls)lines:Set→拾取长边:OK→inputNDIV:50→Apply→拾取短边:→inputNDIV:10→OK→(backtothemeshtoolwindow)Mesh:Areas,Shape:Quad,Mapped→Mesh→PickAll(inPickingMenu)→Close(theMeshToolwindow)1.7模型施加约束给左边施加固定约束MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→选左边线→OK→select第一行:ALLDOF→第四行VALUE选0:→OK给梁上边施加线性分布载荷:ANSYS命令菜单栏:Parameters→Functions→Define/Edit→1)在下方的下拉列表框（第三框）内选择X作为设置的变量；2)在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数（力的单位：N）：1000-1000*{X}；3)File→Save输入my_q(文件扩展名：func)→Close返回：Parameters→Functions→Readfromfile：将需要的my_q.func文件打开，任给一个参数名qq→OKUtilitymenu→plotctrls→Symbols→Showpresandconvectas表框内的Faceoutline下拉改为arrows(用箭头表示表面分布载荷)MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取梁的上边线→OK→在下拉列表框中选择：Existingtable→Apply→选择需要的载荷参数名qq→OKSolution→loadstepopts→writeLSFile输入文件名：1（此时或者滚动中间滚轮，可以显示出线性分布载荷，其箭头沿着长度有长短不同）1.8分析计算MainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)→OK1.9结果显示MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape→选择Def+Undeformed→OK(backtoPlotResultswindow)→ContourPlot→NodalSolu→选择:Stress→XComponentofstress→OK1.10退出系统ANSYSUtilityMenu:File→Exit→SaveEverything→OK问题2悬臂式连接环的应力与变形分析计算采用三维实体模型如图2-1所示,钢质悬臂式连接环左端焊接在墙壁，另一端包含一个圆孔。工作时连接栓将施加向下的30kN的载荷于圆孔内下壁。为简化分析，设一个分布压力形式作用，q=50MPa。文件名:Linkbar。注意：长度单位mm,力的单位N，对应的应力单位MPa，图2-1悬臂式连接环受分布载荷作用计算分析模型2.1进入ANSYSANSYSED10.0→inputInitialjobname:Linkbar→OK2.2设置计算类型MainMenu:Preferences…→selectStructural→OK2.3选择单元类型MainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidBrick8Node45→OK(backtoElementTypeswindow)→OK→Close(theElementTypewindow)2.4定义材料参数MainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:200e3,PRXY:0.3→OK2.5生成几何模型--(利用布尔运算，形成几何造型。利用Sweep方法形成高质量网格)在最左边生成一个长、高、厚为：75mm,50mm,20mm立方体MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→ByDimensions→X1,X2:0,75→Y1,Y2:0,50→Z1,Z2:0,20→Apply紧靠在最左边的立方体生成另一个长、高、厚为：25mm,50mm,20mm立方体MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Volumes→Block→ByDimensions→X1,X2:75,100→Y1,Y2:0,50→Z1,Z2:0,20→Apply平移工作平面UtilityMenu→WorkPlane→OffsetWPbyIncrements：X,Y,ZOffsets输入：100，25，0点击OK生成大的半圆柱面MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→→Volumes→Cylinder→ByDimensions→→Outerradius:25,Optionalinnerradius:0,Z1:0,Z2:20,Startingangle：-90,Endingangle：90,→Apply通过布尔Glue运算，使两个立方体与半圆柱生成矩圆形体MainMenu:Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→Volumes→PickAll→OK生成一个小的圆柱面ByDimensions→→Outerradius:15,Optionalinnerradius:0,Z1:0,Z2:20,Startingangle：0,Endingangle：360→OK通过布尔减运算，使矩圆形面布尔减小的圆柱面生成矩圆孔形面MainMenu:Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Volumes→先拾取立方体与半圆柱→Apply→再拾取小的圆柱面→OK2.6网格划分MainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshTool→(SizeControls)lines:Set→拾取顶面的三条短直边:OK→inputNDIV:2→OKMainMenu:Preprocessor→Meshing→Mesh→VolumeSweep→Sweep→先拾取半圆柱→Apply→再拾取中间的立方体→Apply→最后拾取最左边立方体→OK2.7模型施加约束给左边施加固定约束MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnAreas→选左边面→OK→select第一行:ALLDOF→第四行VALUE选0:→OK给孔内下弧面施加径向的分布载荷MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnAreas→(一般要分两次)拾取孔内下弧面→OK→inputVALUE:50→OK2.8分析计算MainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK2.9结果显示MainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK→ContourPlot→NodalSolu…→select:Stress→1stprincipalstress→OK2.10退出系统问题3具有中心孔的薄壁圆筒受均匀拉伸习题文件名:Cylinder-hole分析模型如图3-1所示,薄壁圆筒受均匀拉伸：100Mpa，圆筒内半径：100mm,圆筒外半径：110mm,圆筒长度:500mm，中心孔半径：20mm3.1进入ANSYS程序：ANSYSED10.0→inputInitialjobname:Cylinder-hole→OK3.2设置计算类型：MainMenu:Preferences→Structural→OK3.3选择单元类型：MainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidBrick8node185→OK→Close3.4定义材料参数：MainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:200e3,PRXY:0.3→OK3.5生成几何模型生成薄壁圆筒MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→Annulus→依次输入圆环面的圆心、内径R1、外径R2→OK拉伸成三维薄壁圆筒MainMenu:Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→ByXYZOffset→选择圆环面→