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1、材料力学期中测验-杆件受力的有限元计算序言：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。 本次材料力学期中测验内容要求学生对有限元方法的实施步骤有初步了解，用 ANSYS 软件解决简单的杆件弯曲、扭转和失稳问题。为进一步采用有限元方法解决复杂的工 程问题打下基础。有限元计算报告用：姓名用：姓名用：姓名+ + +班级班级班级+ + +学号学号学号.doc 作为文件名作为文件名作为文件名 请于第 12 周末之前交给各班课代表 内容要求：内容要求： 1 1、题号、划分的网格、题号、划分的网格、 （至少两种）应力、应变的云图。（至少两种）应力、应变的云图。 2 2、简单归纳有限
2、元的特点以及与材料力学的异同点。、简单归纳有限元的特点以及与材料力学的异同点。以下问题以以下问题以 ansys10.0 ED 为标准为标准 问题问题 1 1 分布载荷作用下的悬臂梁应力计算分布载荷作用下的悬臂梁应力计算 分析模型如图1-1 所示, 梁的横截面为矩形 宽高 = 0.4 m0.8m. 受到分布载荷作用。材料的 弹性模量200GPa, 泊松比0.3。 注意：用三维实体单元离散，长度单位 m, 力的单位 N，对应应力单位 Pa。1.1 进入 ANSYS 程序1.2 设置计算类型Main Menu: Preferences select Structural OK1.3 选择单元类型Ma
3、in Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Solid 185 OK1.4 定义材料参数Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:200e9，PRXY:0.3 OK2001.5 生成几何模型生成体Main Menu: Preprocessor Modeling Create Volumes Blocks By two corners WP X, WP Y 均输入
4、 0， Width 输入 2, Height 输入 0.8, Depth 输入 0.4 OK1.6 网格划分图 11 悬臂梁的的计算分析模型qA=10KN/mL=2mAqB=0BMain Menu: Preprocessor Meshing Mesh Tool(Size Controls) lines: Set Pick All在左边的 Element Size on lines 的对话框中点击 Apply。会弹出 Element Sizes on Picked Lines 对话框。在 Element Size 栏里填入 0.1 OK (back to the mesh tool window
5、)Mesh: Volume, Shape: Free, Mapped, Sweep Sweep Pick All (in Picking Menu) Close( the Mesh Tool window)1.7 模型施加约束给左侧面施加固定约束Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Areas 选左侧面 OK select 第一行: ALL DOF 第四行 VALUE 选 0: OK给梁的上顶面施加线性分布载荷在上方（实用工具菜单栏）Utility Menu: Parameters Functions
6、 Define/Edit 1) 在下方的下拉列表框（第三行）内选择 X 作为设置的变量；2) 在 Result 窗口中出现XX,写入所施加的载荷函数（力的单 位：N）：10000*(2-X)/210000*(2-X)/2； 3) File Save 输入 myqq(文件扩展名：func) 返回： Parameters Functions Read from file：将需要的 myqq.func 文件打开，任给一个参数名 fq OK Utility menu plotctrls Symbols Show pres and convect as 表框内的 Face outline 下拉改为 ar
7、rows Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Lines 拾 取梁的上层线 OK 在下拉列表框中选择：Existing table Apply 选择需要的载荷参数 名 qqOK solutionload step optswrite LSFile 输入文件名（注意：显示的载荷箭头应当沿着长度有 长短不同） 1.8 分析计算Main Menu: Solution Solve Current LS OK (to close the solve Current Load Step window) OK 1.9 结
8、果云图显示Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK (back to Plot Results window)Contour Plot Nodal Solu select: Stress X Component of stress OK 1.10 结果动画显示utility menu Plotctrls Aanimate Deformed Results Stress X-stress1.11 退出系统 ANSYS Utility Menu: File Exit Save
9、 Everything OK问题问题 2 2 表面效应单元模拟一螺栓扭转问题表面效应单元模拟一螺栓扭转问题问题描述：表面效应单元：类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。它利用实体表面的节点形成单元。因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。用 ANSYS 对螺栓模型施加扭转荷载，求解并在后处理器中观察整体柱坐标系下的 UY。载荷和边界条件:沿螺栓上端的扭矩 Mt 等效为切向等效切应力：q=10MPa，底部固定 (UX=UY=UZ=0)。设:螺栓直径d=100mm，螺栓长度 L=200mm，螺帽直径 D=160mm,螺帽高度 H=30mm。材料应力应变关系为线弹性模型，弹性
10、模量，泊松比。200EGPa3 . 02.1 进入 ANSYSANSYSED 10.0 input Initial jobname: bolt_torque OK2.2 设置计算类型 Main Menu: Preferences select Structural OK2.3 选择单元类型Main Menu: Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add select Solid Brick 8node 45 Apply select Surface Effect 3D structural 154 OK (back to Element Type
11、s window) Close2.4 定义材料参数Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX:200E3, PRXY:0.3 OK 注意前后单位的一致性，本例后面的单位应用 mm，所以此处弹性模量 用 200E3.2.5 生成几何模型生成带帽螺栓,用 Sweep 方法，分别生成中空圆环状的螺帽(R=80mm, r=50mm, H=30mm)和圆柱状的螺栓(r=50mm，L=200mm)，然后用布尔命令Glue，将两体结合.Main Menu
12、: Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder By Dimensions 在弹出的对话框中输入 Outer radius 50, Z-coordinates0 200 Apply 在对话框中输入螺帽的尺寸。Outer radius 50,Optional inner radius 80, Z-coordinates 0 30. OK 生成图形之后点击 ansys 截面右上角的蓝色立方体按 键（Isometric view）Utility Menu workplane offset WP by Increments,在弹出的对话框中 XY，YZ，
13、ZX 一栏中填入 0，-90,0 OK Main Menu: Preprocessor Modeling Operate Booleans Divide Volu by WrkPlane Pick All 点击蓝色立方体（Isometric view）Main Menu: Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Volumes Pick All2.6 网格划分Main Menu: Preprocessor Meshing MeshTool 在弹出的 MeshTool 对话框中，并在 SizeControls 一栏 中的 Lines 组里点击 se
14、t 按键。 用鼠标选中所有圆的轮廓线，如图。 （如果选错可以点 击鼠标左键取消）选好之后在左边的 Element Size on lines 的对话框中点击 Apply。会弹出 Element Sizes on Picked Lines 对话框。在 NDIV 栏里填入 5 Apply. 同样做法，选 AB 段NDIV：5.选 BC，CD 段NDIV：2. OK Main Menu: Preprocessor Meshing MeshTool 在对话框第 4 栏 Shape 组中选中 Hex 和 Sweep 选项。 选中后点击 Sweep 按钮。弹出的对话框选择 Pick All。2.7 选择螺
15、栓帽的侧表面, 然后选择与面相关的节点:Utility Menu Select Entities Areas From Full:用鼠标选取螺栓帽的侧表 OKUtility Menu Plot AreasUtility Menu Select Entities Nodes Attached Areas All Select All OKUtility Menu Plot Nodes2.8 设置单元类型指针指向 2 (SURF154)，并建立表面效应单元:Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Element type Num 指向 2: SURF154 OKMain Menu Preprocessor Modeling Create Elements Surf /ContactSurf EffectGenerl SurfaceNo extra Node - Pick All2.9 选择所有第 2 类单
