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1、实验一实验一 坝体的有限元建模及应力应变分析坝体的有限元建模及应力应变分析 一、实验目的：一、实验目的： 1、掌握 ANSYS 软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各 种载荷施加方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、能利用 ANSYS 软件对结构进行有限元分析。 二、实验设备：二、实验设备： 微机，ANSYS 软件。 三、实验内容：三、实验内容： 计算分析模型如图所示，分析坝体的应力、应变。 1m 5m 0.55m 四、实验步骤：四、实验步骤： 1 1 进入进入 ANSYSANSYS 程序程序 AANSYSNSYS change the worki
2、ngworking directorydirectory into yours input InitialInitial jobname:jobname: damdam 2 2 设置计算类型设置计算类型 ANSYS Main Menu: : PreferencesPreferences select StructuralStructural OKOK 3 3 选择单元类型选择单元类型 ANSYS Main Menu: : PreprocessorPreprocessor ElementElement TypeAdd/Edit/DeleteTypeAdd/Edit/Delete AddAdd s
3、elect SolidSolid QuadQuad 4node4node 4242 OKOK (back to ElementElement TypesTypes window) OptionsOptions select K3:K3: PlanePlane StrainStrain OKCloseOKClose (the ElementElement TypeType window) 4 4 定义材料参数定义材料参数 ANSYS Main Menu: : PreprocessorPreprocessor MaterialMaterial PropsProps Material Models
4、Structural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11,EX:2.1e11, PRXY:0.3PRXY:0.3 OKOK 5 5 生成几何模型生成几何模型 生成特征点 ANSYS Main Menu: PreprocessorPreprocessor ModelingModeling CreateCreate KeypointsKeypoints In Active CS 依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) OKOK 生成坝体截面 ANSYS Main Menu: Preprocesso
5、rPreprocessor ModelingModeling CreateCreate AreasAreas ArbitraryArbitrary Through KPS 依次连接四个特征点，1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) OKOK 生成坝 体截面如图一 图一图一 6 6 网格划分网格划分 ANSYS Main Menu: : PreprocessorPreprocessor MeshingMeshing MeshMesh Tool(Tool(Size Controls) lines: SetSet 依次拾取两条横边:OK:OKinput NDIV:NDIV: 1
6、515 ApplyApply依次拾取两条纵边:OKOK input NDIV:NDIV: 4040 OKOK (back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped MeshMesh PickPick AllAll (in Picking Menu) CloseClose( the MeshMesh ToolTool window) 图二图二 7 7 模型施加约束模型施加约束 分别给下底边和竖直的纵边施加 x 和 y 方向的约束 ANSYS Main Menu: SolutionSolution DefineDefine L
7、oadsLoads ApplyApply StructuralStructural DisplacementDisplacement OnOn lineslines pick the lines OKOK select Lab2:UX,Lab2:UX, UYUY OKOK 给斜边施加 x 方向的分布载荷 ANSYS 命令菜单栏: ParametersParameters FunctionsFunctions Define/EditDefine/Edit 1) ) 在下方的下拉列 表框内选择 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： 1000*X； 3)
8、 FileSave(FileSave(文件扩展名：func)func) 返回：返回：ParametersParameters FunctionsFunctions ReadRead fromfrom filefile：将需要的.func 文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷OKOK ANSYS Main Menu: : SolutionSolution DefineDefine LoadsLoads ApplyApply StructuralStructural PressurePressure OnOn LinesLines 拾取斜边；OKOK 在下拉列表框中，选择：Existi
9、ngExisting tabletable OKOK 选择需要的载 荷参数名OKOK 图三图三 8 8 分析计算分析计算 ANSYS Main Menu: SolutionSolution SolveSolve CurrentCurrent LSLS OKOK(to close the solvesolve CurrentCurrent LoadLoad StepStep window) OKOK 9 9 结果显示结果显示 （1 1）变形情况）变形情况 ANSYS Main Menu: GeneralGeneral PostprocPostproc PlotPlot ResultsResult
10、s DeformedDeformed ShapeShape select DefDef + + UndeformedUndeformed OKOK (back to PlotPlot ResultsResults window)如图四; 图四图四 （2 2）位移情况）位移情况 GeneralGeneral PostprocPostproc PlotPlot ResultsContourResultsContour PlotPlot NodalNodal SoluSolu select: DOFDOF solution,solution, UX,UY,UX,UY, DefDef + + Unde
11、formedUndeformed , 如图五、六、七所示 图五 X 方向位移图 图六 Y 方向位移图 图七 总的位移图 （3 3）压力结果图）压力结果图 GeneralGeneral PostprocPostproc PlotPlot ResultsContourResultsContour PlotPlot NodalNodal SoluStressSoluStress ,SX,SY,SZ,SX,SY,SZ, DefDef + + UndeformedOKUndeformedOK 如图八、九、十所示：如图八、九、十所示： 图八 X 方向应力图 图九 Y 方向应力图 图十 Z 方向的应力图 1
12、010 结果分析结果分析 由以上实验的变形和位移的云图可知，坝体最上边的变形量最明显，最大，主要是因 为最上边所受载荷最大，故最大位移量发生在坝体的顶部。由应力云图可知，X 轴最大应 力发生在坝体最上边的最右边，而 Y 轴最大应力发生在坝底的两个拐角处：Z 轴方向所 受应力与 X 轴方向相同，故应加固坝底拐角和坝顶最外拐角的强度，从而能提高坝体的强 度。 实验二实验二 平板孔的有限元建模及应力应变分析平板孔的有限元建模及应力应变分析 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：F20N/mm，L200mm，b100mm，圆孔半径r20，圆心坐标为（
13、100， 50），E200Gpa。板的左端固定。 图1-2 带孔平板模型 1 1问题描述问题描述 实例类型：ANSYS结构分析。 分析类型：线性静力分析。 单元类型：PLANE82 ANSYS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ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis 分析知识，在ANSYS Elements Reference部分了解Plane82单元的详细资料。 2 2建立有限元模型建立有
14、限元模型 1)建立工作目录并添加标题 以 Interactive 方式进入 ANSYS，File 菜单中设置工作文件名为 Plane、标题为 plane。 2)2)定义材料属性定义材料属性 其操作如下： GUI：PreProcessor Material Props Material models Structural Linear Elastic Isotropic 在弹出对话框中键入EX=200000（单位Mpa），PRXY0.3。 3 3）定义单元实常数）定义单元实常数 操作如下：选择单元选择单元 对于任何分析，必须在单元类型库中选择一种或者多种合适的单元类型。单元类型决 定了附加的自由
15、度（位移，转角、温度等）。许多单元还需要设置一些单元选项，比如单 元特性和假设。单元结果的打印输出选项等，对于本问题选择Plane82单元。选择单元得操 作如下： GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete 选择Plane82，单击OK按钮。 GUI：PreProcessor Menu Element Type Add/Edit/Delete Options 在K3项后面下拉菜单中选“Plane strs w/thk“。 单元厚度为20mm，定义单元厚度操作如下： GUI：PreProcessor Menu Real Constants Add/Edit/Delete Add 在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值20。 4)4)创建实体模型创建实体模型 （1）创建关键点 其操作如下： GUI：PreProcessor Modeling Create keypiont in active CS 1(0,0,0), 2(0.1,0,0), 3(0.2,0,0), 4(0.2,0.05,0), 5(0.2,0.1,0), 6(0.1,0.1,0),7(0,0.1,0),8(0,0.05,0),9(0.08,0.05,0),10(0.1,0.03
