(华南理工大学)有限元设计复习大礼包(五套套题+答案)

第1页共26页华南理工大学机械与汽车工程学院2010-2011年第2学期期末考试《汽车有限元法》全日制本科试卷（B卷）答案（.本试卷共有三大题，满分100分，考试时间120分钟）一．简答题(共24分)1．弹性力学与材料力学在研究对象上的区别（2分）弹性力学也是研究弹性体在外力作用下的平衡和运动，以及由此产生的应力和变形。材料力学基本上只研究杆、梁、柱、轴等杆状构件，即长度远大于宽度和厚度的构件。弹性力学虽然也研究杆状构件，但还研究材料力学无法研究的板与壳及其它实体结构，即两个尺寸远大于第三个尺寸，或三个尺寸相当的构件。2．弹性力学中的五点假设（5分）(1)物体是连续的，亦即物体整个体积内部被组成这种物体的介质填满，不留任何空隙。这样，物体内的一些物理量，如应力、应变、位移等等才可以用座标的连续函数来表示。(2)物体是完全弹性的，亦即当使物体产生变形的外力被除去以后，物体能够完全恢复原形，而不留任何残余变形。这样，当温度不变时，物体在任一瞬时的形状完全决定于它在这一瞬时所受的外力，与它过去的受力情况无关。(3)物体是均匀的，也就是说整个物体是由同一种材料组成的。这样，整个物体的所有各部分才具有相同的物理性质，因而物体的弹性常数(弹性模量和波桑系数)才不随位置座标而变。(4)物体是各向同性的，也就是说物体内每一点各个不同方向的物理性质和机械性质都是相同的。(5)物体的变形是微小的，亦即当物体受力以后，整个物体所有各点的位移都远小于物体的原有尺寸，因而应变和转角都远小于1，这样，在考虑物体变形以后的平衡状态时，可以用变形前的尺寸来代替变形后的尺寸，而不致有显著的误差；并且，在考虑物体的变形时，应变和转角的平方项或乘积项都可以略去不计，这就使得弹性力学中的微分方程都成为线性方程.答题时仅需要答案的第一句的内容表达清楚就可以给分。3．列出应力-应变之间的物理方程（6分）题号一二三总分得分评卷人姓名学号学院专业座位号(密封线内不答题)……………………………………………………密………………………………………………封………………………………………线……………………………………线………………………………………7)-(1)(1)(1)(1yxzzzxyyzyxxEEE第2页共26页4．列出应力－外力之间的运动平衡方程（3分）5．弹性力学的求解方法有哪几种？（2分）1在解析法的基础上进行近似数值分析。第一步，对连续体力学问题建立基本微分方程；第二步，对基本微分方程采用近似的数值解法。代表：有限差分法。2在力学模型上进行近似的数值计算。第一步，将连续体简化为有限个单元组成的离散化模型；第二步，对离散化模型求出数值解答。代表：有限元法，边界元法，无网格法，…6.有限元法分析工程问题的基本步骤（6分）问题类型判别：静强度问题，动强度问题，对问题的适当的合理的简化，在前处理器上建立计算实体模型选择单元类型：一个问题可以是一种单元，也可以几种单元，单元种类有：实体单元，板单元，梁单元划分网格：划分，检验密度，细化，定义材料属性定义施加载荷，定义边界条件，例如：摩擦、约束、接触用求解器求解在后处理器上，显示、查看分析结果分析求解结果误差.二．计算题（20分）1.求解等截面直杆在自重作用下的拉伸，已知：单位杆长重量为q＝80KN/m，杆长为L=5m，截面面积为A=100mm2，弹性模数为E=200GPa,分别用材料力学和有限元法（3个单元）1：材料力学解题过程8)-(1111zxzxyzyzxyxyGGG，，1)5(1222222twfzyxtvfzyxtufzyxzzzyzxyyzyyxxyzxyx)2x(LxEAqEAx)dxq(LEAN(x)dxu2x0x0第3页共26页有限元解法：U1＝25/9mmU2=40/9mmU3=5mm.三．推导题1.推导三节点三角形平面单元的位移函数（16分）假设线单元数为3个的情况，平衡方程有3个：i=1时，i=2时,i=3时，联立解得LxL-xL3L3L30udxXNNNx(a)(b)(c)图2-1EAqa252EAqa282EAqa2923LaX)(LEAqdXduεxX)(LEAqEεσxx)XX(Luuu)x(uu1ii1ii1i221aEAquu22321aEAquu2u232aEA2quuEAqa25u21EAqa28u22EAqa29u23yaxaavyaxaau654321654321aaaaaayx1000000yx1vuf第4页共26页2.推导三节点三角形平面单元的单元刚度矩阵（15分）3.在上题基础上分析整体刚度矩阵并计算该平面应力问题。Py1＝20KN/m，Py3＝0KN，a＝1.414M，Px2＝0，Px3＝0，E＝210GPa，t=0.1,u=0.3，求出各单元的位移与应力。（25分）(本题利用ANSYS在计算机上完成)过程省略。1单元.X=-0.88MPa（正应力）Y=-20MPa（正应力）XY=4.4MPa（剪应力）2单元X=1.76MPaY=-12.52MPaXY=02③④①②3yP3xP314562xP1yPaaaaeδBDσmmjjiimmmmmjjmmiimmmmmjmjmimimjmmjjjjjjiijmjmjjjjjijijimmiijjiiiiimimijijiiiiimmjjiivuvuvuKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKVUVUVU第5页共26页3单元X=-0.88Y=-3.72，XY=3.084单元X=0Y=-3.72，XY=-1.32MPa第6页共26页诚实答卷，舞弊后果严重华南理工大学机械与汽车工程学院2011-2012年第1学期期末考试《汽车有限元法》全日制本科试卷（A卷）（.本试卷共有三大题，满分100分，考试时间120分钟）一．简答题(共24分)1．弹性力学与材料力学在研究对象上的区别（2分）2．弹性力学中的五点假设（5分）题号一二三四总分得分评卷人姓名学号学院专业座位号(密封线内不答题)……………………………………………………密………………………………………………封………………………………………线……………………………………线………………………………………第7页共26页3．列出应力-应变之间的物理方程（6分）4．列出应力－外力之间的运动平衡方程（3分）5．弹性力学的求解方法有哪几种？（2分）6.有限元法分析工程问题的基本步骤（6分）二．计算题（20分）第8页共26页1.求解等截面直杆在自重作用下的拉伸，已知：单位杆长重量为q＝80KN/m，杆长为L=3m，截面面积为A=100mm2，弹性模数为E=200GPa,分别用材料力学和有限元法（3个单元）第9页共26页三．推导题1.推导三节点三角形平面单元的位移函数（16分）2.推导三节点三角形平面单元的单元刚度矩阵（15分）第10页共26页四跟据题意完成下列计算，填写空白处的命令：（25分）（除指定空外每空1分）.10m梁承受均布载荷：1.0e5Pa1.1Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→input→Run1.2设置计算类型ANSYSMainMenu:Preferences→select→OK1.3选择单元类型ANSYSMainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→select→OK(backtoElementTypeswindow)→Close(theElementTypewindow)1.4定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input→OK。1.6生成几何模型第11页共26页生成特征点ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入三个点的坐标：input:→OK生成梁ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→→lines→Straightlines→连接两个特征点，1(0,0),2(10,0)→OK1.7网格划分（此问每空2分）ANSYSMainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→Pickedlines→OK→选择:SECT:1（根据所计算的梁的截面选择编号）；PickOrientationKeypoint(s):YES→拾取：3#特征点(5,1)→OK→MeshTool→SizeControls)lines:Set→(inPickingMenu)→input→OK(backtoMeshToolwindow)→(inPickingMenu)→Close(theMeshToolwindow)1.8模型施加约束最左端节点加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat(0,0)→OK→select→OK最右端节点加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat(10,0)→OK→select→OK施加y方向的载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→PickAll→→OK1.9分析计算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→→OK(toclosethesolveCurrentLoadStepwindow)→OK1.10结果显示（此问每空4分）ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→→selectDef+Undeformed→OK(backtoPlotResultswindow)→ContourPlot→NodalSolu→select:→OK1.11退出系统ANSYSUtilityMenu:File→Exit→→OK。第12页共26页诚实答卷，舞弊后果严重华南理工大学机械与汽车工程学院2010-2011年第2学期期末考试《汽车有限元法》全日制本科试卷（B卷）（.本试卷共有三大题，满分100分，考试时间120分钟）一．简答题(共24分)1．弹性力学与材料力学在研究对象上的区别（2分）2．弹性力学中的五点假设（5分）题号一二三总分得分评卷人姓名学号学院专业座位号(密封线内不答题)……………………………………………………密………………………………………………封………………………………………线……………………………………线………………………………………第13页共26页3．列出应力-应变之间的物理方程（6分）4．列出应力－外力之间的运动平衡方程（3分）5．弹性力学的求解方法有哪几种？（2分）6.有限元法分析工程问题的基本步骤（6分）二．计算题（20分）第14页共26页1.求解等截面直杆在自重作用下的拉伸，已知：单位杆长重量为q＝80KN/m，杆长为L=5m，截面面积为A=100mm2，弹性模数为E=200GPa,分别用材料力学