梁结构静力有限元分析

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1、机械工程有限元法学号姓名专业年月日引言有限元方法发展到今天。已经成为一门相当复杂的实用工程技 术。有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特 征。即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。模型包括所有节 点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理 系统的特征。ANSYS(analysis system)是一种融结构、热、流体、电磁 和声学于一体的大型 CANE 通用有限元分析软件，可广泛应用于航 空航天、机械、汽车交通、电子等一般工业及科学研究领域。该软件 提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁 分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自

2、适应网格划分及 利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。ANSYS的学习、应用是 一个系统、复杂的工程。由于它涉及到多方面的知识，所以在学习 ANSYS的过程中一定要对ANSYS所涉及到的一些理论知识有一个大 概的了解，以加深对 ANSYS 的理解。引言一、 实验目的1二、ANSYS软件应用介绍1三、实验内容3 四、实验步1. 建立有限元模型32. 施加载荷并求解93、查看实验结果11五、实验结果分析1314参考文献梁结构静力有限元分析一、 实验目的1、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。2、能利用 ANSYS 软件对梁结构进行静力有限元分析。3、加深有限元理论关于网格划分概念、划分原

3、则等的理解。二、ANSYS软件应用介绍ANSYS 是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。（一）ANSYS软件主要特点1. 唯一能实现多场及多场耦合分析的软件2. 唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型 FEA 软件3唯一具有多物理场优化功能的FEA软件4. 唯一具有中文界面的大型通用有限元软件5强大

4、的非线性分析功能 ，多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配 置6支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文 件全部兼容 ;强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行 ;多种自动 网格划分技术7.良好的用户开发环境（二）、ANSYS的分析研究过程1、前处理（1）建模有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征， 即分析 必须针对一个物理原型准确的数学模型， 模型包括所有节点、单元、材料属性、 实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理系统的特征。ANSYS分析的前处理 主要就是用来进行建模与网格划分,ANSYS的图形用户界面对命令菜单的编排是 非常

5、有逻辑性的，我们在学习过程中要充分利用这一点，就前处理来说， 前处 理的命令菜单是按照单元类型实常数、材料、属性、建模、划分网格，这样的顺 序编排的，所以，我们在前处理中建模的顺序也就应该是与命令菜单编排相同的 顺序，即： 确定分析目标及模型的基本形式,选择合适的单元类型并考虑如何建立适当的网格密度 确定实常数 定义材料属性 建立实体模型 划分网格(2) 单元选择有限元模型可分为2D和3D两种，可以由点单元,线单元，面单元或实体单元 组成,也可将不同类型的单元混合使用。ANSYS的单元库包括两种基本类型的面 单元和体单元，即线性单元和二次单元。(3) 网格划分网格划分是其中一个重要的步骤，网格

6、划分的好坏，直接影响到计算的精度 和速度，ANSYS中的网格划分方法主要有自由网格划分映射网格划分和体扫掠 网格划分三种。2、加载求解有限元模型建好后，就可以进入ANSYS求解器进行加载求解。当施加载荷和 边界条件的面、节点或单元比较多时，应该用实体选择命令把这些对象选出来， 然后在其上施加载荷或边界条件， 以保证所施加的载荷或边界条件的正确性。 3.后处理ANSYS有两个后处理器，即通用后处理器和时间历程后处理器。通用后处理 器可以用来查看整个模型在某一时间段的计算结果，而时间历程后处理器可以用 来查看模型的某一部分在整个时间段上的计算结果，利用ANSYS提供的报告生 成器，还可以生成一个h

7、tml格式的报告文件，以便于查看。在通用后处理器中， 还可以生成动画，ANSYS提供的现成的动画制作功能已经非常丰富，各种计算结 果的变形动画、时间历程动画、切片动画、粒子轨迹动画等等，均可通过一个简 单的菜单完成。三、实验内容利用ANSYS软件对图示矩形截面悬臂梁结构进行静力学分析，梁的长度L=1000mm,矩形截面高h=100mm,宽b=50mm,作用力F=4000N，梁的弹性模量E=210GPa，泊松比卩二0- 3求此梁在截面B的挠度。四、实验步骤1、建立有限元模型:(1)建立工作文件夹:在运行ANSYS之前，在默认工作目录下建立一个文件夹，名称为beam，在 随后的分析过程中所生成的所

8、有文件都将保存在这个文件夹中。启动ANSYS后，使用菜单“File” “Change Directory”将工作目录指向beam文件夹；使用“Change Jobname”输入beam为初始文件名，使分析过程 中生成的文件均以bea m为前缀。选择结构分析，操作如下：GUI: Main Menu Preferences Structural选择单元：操作如下： GUI: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add Structural Beam 2D-Elastic 3然后关闭Element Types对话框。HLibrary

9、 of Element TypeLibrary of 也 1 已iiant rypesStructural Mass LinkBeamPipeSolidShellSolid-Shell ConstraintJD f init c2 IlOllC3 node3 4 n 3 92&ij8 8a -1rt2D elastic3Elenent type reference nmLberOECaricelHelp选择 Main ManuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete 命令，出现Real Constants 对话框，单击 Add 按钮，出现 Elemen

10、t Type for Real Constants 对话框，单击OK按钮，出现Real Constants for BEAM3对话框，如图2所示按题目 要求输入数据，单击OK按钮关闭该对话框。（其中I=bh3/12, A=bh）(3)定义材料属性:定义弹性模量和泊松比，操作如下:GUI: Main Menu Preprocessor Material Props Material Models Structural linear Elastic Isotropic在弹出的对话框中输入材料参数：弹性模量(EX)：2.1e11泊松比(PRXY)： 0.3(4)定义梁的截面类型和尺寸:操作如下：GU

11、I: Main Menu Preprocessor Sections Beam CommonSections,选择梁结构，输入参数，单击OK关闭该对话框。Be am ToolBHNbNh(5)创建实体模型：首先定义2个关键点，然后通过关键点生成梁实体模型。定义关键点操作如下：GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In ActiveCS关键点坐标参数如下：1# 关键点 X=0, Y=0, Z=02# 关键点 X=1, Y=0, Z=0选择Utility MenuPlotCtrlsNumbering命令，出现Plot Numbe

12、ring Controls对话框，选中KP Kerpoint numbers和LINE Line numbers选项，使其状态从Off变为On,其余选项采用默认设置，单击OK按钮退出对话框。Plot Numbering Controls/PNUM Plot NiBnlziering： ControlsKPK已j.qjoint rLiTrnbers硬OnLINELine rnjunbers硬pnAEEAAi:已且 rnjjnb e r s厂OffVOLUVolujue rLUJTLbers厂OffNODEMode nuinbers厂OffEle / At t r ib rnjunb e ring

13、|llu XLURLbering-TJiENTab le N：ajnes厂OffSVLMujtleric corrt our values厂Off/NUMNijinti e r ing shcn.irri w it Fl(Culors & rLUJutiersJ/REPLOT Replot upon OK/Apply?|ReplotOKApplyC：inceL IHelp1连线操作如下:GUI: Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line将1和2连成直线。LINESLINE HUMANSYSJUN 25 2D

14、1Q10:2-24LlGEOMETRIC MODEL(6)划分网格划分网格为10份，操作如下:选择 Main ManuPreprocessorfMeshingSize CntrlsManualSizeLinesfPicked Lines命令，出现Element Size on Picked Lines拾取菜单，选中线后单击OK按钮，出现 Element Size on Picked Lines 对话框，在 NDIV No.of element divisions输入栏中输入10,其余选项采用默认设置，单击OK按钮退出对话框。选择 Main ManuPreprocessorfMeshingMeshfLines