有限单元法上机实验报告

－－1机电工程学院上机实验报告题目：机械中的有限单元法上机实验科目：机械中的有限单元法授课教师：郑银环年级专业：机械工程（工）1002班学生姓名：学号：2011年1月10日－－2实验一ANSYS软件环境一、实验目的：熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。二、实验设备：微机，ANSYS12.0软件。三、实验内容：ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。四、实验步骤：ANSYS典型实例分析如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。已知条件：F＝20N/mm，L＝200mm，b＝100mm，圆孔半径r＝20，圆心坐标为（100，50），E＝200Gpa。板的左端固定。图1-2带孔平板模型1．问题描述实例类型：ANSYS结构分析。分析类型：线性静力分析。单元类型：PLANE82ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧。ANSYS帮助文件：在ANSYSStructuralAnalysisGuide了解StructuralStaticAnalysis分析知识，在ANSYSElementsReference部分了解Plane82单元的详细资料。2．建立有限元模型1)．建立工作目录并添加标题－－3进入ANSYS，File菜单中设置工作文件名为Plane、标题为plane。2)．创建实体模型（1）创建矩形通过定义原点、板宽和板高定义矩形。GUI：PreProcessorModelingCreateAreasRectangleBy2Corners弹出Rectangleby2corners对话框，填写。WPX和WPY表示左下角点坐标。（2）生成圆面首先在矩形面上生成圆，然后挖去生成圆孔。生成圆面得操作如下：GUI：PreProcessorModelingCreateAreasCircleSolidCircle弹出SolidCircularArea对话框，依图输入圆面几何参数。下面通过布尔“减”操作生成圆孔，其操作如下：GUI：ProcessorModelingOperateBooleansSubtractAreas先选择矩形面为BaseArea，单击OK按钮，然后选择圆，单击OK按钮。布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板－－43)．定义材料属性定义一种材料，而且只需定义弹性模量和泊松比：GUI：PreProcessorMaterialPropsMaterialmodelsStructuralLinearElasticIsotropic在弹出对话框中键入EX=200000（单位Mpa），PRXY＝0.3。－－54)．划分网格（1）选择单元选择Plane82单元。选择单元得操作如下：GUI：PreProcessorMenuElementTypeAdd/Edit/Delete选择Plane82，弹出单元类型对话框，单击OK按钮。（2）定义单元实常数分析类型设定为Planestrsw/thk类型，操作如下：GUI：PreProcessorMenuElementTypeAdd/Edit/DeleteOptions在K3项后面下拉菜单中选“Planestrsw/thk“。定义单元厚度操作如下：GUI：PreProcessorMenuRealConstantsAdd/Edit/DeleteAdd在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值20。－－6（3）设定网格尺寸采用用户自定义网格尺寸参数，其操作如下：GUI：PreProcessorMeshingSizeCntrlsManualSizeAreasAllAreas在弹出ElementSizeonAllSelectedAreas对话框，在SIZE栏键入20mm。－－7（4）划分网格划分网格，操作如下：GUI：ProcessorMeshingMeshAreasFreePickAll－－83．施加载荷并求解1)．定义约束需要约束线上节点所有自由度（AllDOFs），其操作如下：GUI：SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnLines弹出ApplyU，ROTonLines对话框。选择板左侧边线，在Lab2栏选AllDOF。单击Apply按钮。2)．施加载荷在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/20＝1Mpa，施加载荷操作如下：GUI：SolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLines弹出ApplyPRESonLines对话框，键入载荷值-1（由于载荷方向离开板，为拉力所以为负值，反之为正），单击OK按钮。－－93)．求解GUI：SolutionSolveCurrentLS4．查看分析结果1)．显示模型变形图－－10其操作如下：GUI：GeneralPostprocPlotResultsDeformedShape2)．显示位移等值线分布图其操作如下：GUI：GeneralPostprocPlotResultsNodalSolutionDoFSolutionDisplacementVectorsum由图获知最大位移值。－－113)．显示等效应力等值线图其操作如下：GUI：GeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSoluStressVonMises由图发现最大应力出现在孔的上下顶点，与解析解吻合。－－124)．显示变形动画（见文件夹）通过动画显示可以查看模型在载荷作用下的内力变化过程，以图形方式显示分析计算结果。其操作如下：UtilityMenu中PlotCtrlsAnimateDeformedResults－－135)．列表显示位移结果数据其操作如下：GUI：GeneralPostprocListResultsNodalSolution查看左侧边上的节点位移是否为零（由于边上所有节点已被固定，所以任意节点的位移均应该为零，这也是验证的一个方面）。6)．列表显示节点应力值验证节点应力值是否合理，其操作如下：GUI：GeneralPostprocListResultsStressPrincipalsSPRIN列表显示分析结果与参考数据相吻合，表明ANSYS分析结果可靠。－－147)．列表显示反作用力值在任何方向上，反作用力总是等于此方向上的载荷总和。通过显示反作用力可以检验分析结果是否合理，其操作如下：GUI：GeneralPostprocListResultsReactionSolution8）实验一生成的文件：－－159）实验一命令流：/BATCH/COM,ANSYSRELEASE12.0.1UP2009041521:43:1311/03/2010/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0/FILNAME,plane,0/PREP7/TITLE,plane/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FASTBLC4,0,0,200,100/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/AUTO,1/REP,FASTCYL4,100,50,20ASBA,1,2ET,1,PLANE82MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0－－16MPDATA,EX,1,,200000MPDATA,PRXY,1,,0.3KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20,AESIZE,ALL,20,MSHKEY,0CM,_Y,AREAASEL,,,,3CM,_Y1,AREACHKMSH,'AREA'CMSEL,S,_YAMESH,_Y1CMDELE,_YCMDELE,_Y1CMDELE,_Y2FLST,2,1,4,ORDE,1FITEM,2,4/GODL,P51X,,ALL,/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,2,3/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,,,1/ANG,1/REP,FASTFLST,2,1,4,ORDE,1FITEM,2,4DLDELE,P51X,ALL/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,2,3/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,,,1/ANG,1/REP,FAST－－17FLST,2,1,4,ORDE,1FITEM,2,4/GODL,P51X,,ALL,FLST,2,1,4,ORDE,1FITEM,2,2/GOSFL,P51X,PRES,-1,FINISH/SOL/STATUS,SOLUSOLVEFINISH/POST1PLDISP,2PLDISP,0PLDISP,1PLDISP,2PLDISP,1PLDISP,2PLDISP,1/EFACET,1PLNSOL,U,SUM,0,1.0/EFACET,1PLNSOL,S,EQV,0,1.0/REPLOT,RESIZEPLNSOL,U,XANCNTR,10,0.5/ANFILE,SAVE,'1i','','C:\DocumentsandSettings\Administrator\堋霢\'PRNSOL,S,PRINPRNSOL,U,COMPPRRSOL,FINISH!/EXIT,NOSAV/BATCH/COM,ANSYSRELEASE12.0.1UP2009041515:34:0911/04/2010/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1－－18/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0/FILNAME,plane,0/TITLE,plane/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/PREP7BLC4,0,0,200,100/REPLOT,RESIZECYL4,100,50,20FLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-2ASBA,P51X,2/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,2,3/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,2,3/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/AUTO,1/REP,FASTMPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,200000MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDE,EX,1－－19MPDE,PRXY,1MPDATA,EX,1,,2E+005MPDATA,PRXY,1,,0.3ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,3KEYOPT,1,5,0KEYOPT,1,6,0R,1,20,AESIZE,ALL,20,MSHKEY,0CM,_Y,AREAASEL,,,,3CM,_Y1,AREACHKMSH,'AREA'CMSEL,S,_YAMESH,_Y1CMDELE,_YCMDELE,_Y1CMDELE,_Y2/VIEW,1,,,1/ANG,1/REP,FASTFLST,2,1,4,ORDE,1FITEM,2,4/GODL,P51X,,ALL,FLST,2,1,4,ORDE,1FITEM,2,2/GOSFL,P51X,PRES,-1,FINISH/SOL/STATU