1、 目 錄一 前言目前，在工程領域中應用最廣泛的數值模擬方法是有限單元法, 它不但可以解決固體力學及結構分析方面的問題, 而且應用于傳熱學、流體力學、電磁學等領域, 其計算結果已成為各類工業產品設計和性能分析的可靠依據, 廣泛應用于航空航天、機械制造、建筑設計、石油化工等領域。有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)是利用數學近似的方法對真實物理系統(幾何和載荷工況)進行模擬。利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。有限元方法是一種應用十分廣泛的數值分析方法，也是工程科學的重要工具，其重要性僅次于數學。 復雜的工程問題需

2、要借助計算機得到滿足一定精度要求的數值結果。本次課設所采用的是CAE軟件的ANSYS命令，它是目前國際上應用最廣泛的有限元軟件。 通過本次現代設計方法課程設計，學習有限元分析方法及ANSYS命令，了解并掌握利用CAE軟件的ANSYS命令進行連桿，珩架，梁等的力學分析，將理論與實際工作結合，并最終達到能夠獨立對梁，桿等進行有限元內力分析。本設計的研究對象是一簡支梁。二 物理模型教程3：平面梁結構的內力計算問題闡述有一簡支梁結構如圖所示，其中，M=10KN.M，q=2KN/m，F=2KN。對該梁進行分析，畫出彎矩圖和剪力圖。 用材料力學計算所得剪力和彎矩圖如下： 剪力圖： 彎矩圖：有限元計算說明將

3、梁劃分為16個單元，17個節點，用BEAM3來建立單元，進行靜力學分析交互式的求解過程1 創建節點1.1創建梁的各個節點1 Main Menu：PreprocessorModelingCreateNodeIn Active CS。2 在創建節點窗口內，在NODE后的編輯框內輸入節點號1，并在X，Y，Z后的編輯框內輸入0，0，0作為節點1的坐標值。3 按下該窗口內的Apply按鈕。4 輸入節點號17，并在X，Y，Z后的編輯框內輸入8，0，0作為節點17的坐標值。5 按下OK按鈕。6 Main Menu：Preprocessor-Modeling-CreateNodeFill between Nd

4、s。7 在圖形窗口內，用鼠標選擇節點1和17。8 按下Fill between Nds窗口內的Apply按鈕。9 按下OK按鈕，完成在節點1到節點17之間節點的填充。1.2顯示各個節點1 Utility Menu：PlotctrlsNumberings2 將Node numbers項設置為On。3 Utility Menu：PlotNodes4 Utility Menu：ListNodes5 對出現的窗口不做任何操作，按下OK按鈕。6 瀏覽節點信息后，關閉該信息窗口。2定義單元類型和材料特性2.1定義單元類型1 Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edi

5、t/Delete2 按下Element Type窗口內的Add按鈕。3 在單元類型庫中，選擇左側列表中的BEAM單元家族，及右側列表中2D elastic 3類型。4 按下OK按鈕完成選擇。5 按下Close按鈕關閉Element Type窗口。2.2定義材料特性1 Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。2 在材料定義窗口內選擇：StructuralLinearElasticIsotropic。3 在EX后的文本框內輸入數值207e5作為彈性模量。4 按下OK按鈕完成定義。2.3定義幾何參數1 Main Menu：Preproc

6、essorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。2 按下Real Constants窗口內的Add按鈕。453 按下Real Constants for Element Type窗口內的OK按鈕。4 依次輸入1，1，0.02088，0.5。5 按下OK按鈕完成定義。6 按下Real Constants窗口內的Close按鈕。3創建單元3.1創建單元1 Main Menu：PreprocessorCreateElementsAuto-NumberedThru Nodes。2 在圖形窗口內，用鼠標點選節點1和2。3 按下按下OK按鈕完成單元1的定義。4 Main Menu：P

7、reprocessorModelCopyElementsAuto-Numbered。用光標選擇單元1，然后點Apply。5 在ITIME后的編輯框內輸入16（包括被復制的單元1）作為要復制的單元總數。6 按下按下OK按鈕完成單元2到單元16的定義。3.2顯示單元資料1 Utility Menu：PlotCtrlsNumberings2 在第一個下拉列表中，選擇Elements numbers選項。3 Utility Menu：PlotElements4 Utility Menu：ListElementsNodes+Attributes5 瀏覽單元信息后，關閉該窗口。4施加約束和載荷4.1節點自

8、由度約束1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructural Displacement On nodes。2 用鼠標在圖形窗口內選擇節點1。3 按下選擇窗口內的Apply按鈕。4 選擇自由度UX和UY，并在VALUE后為其輸入數值0。5 按下Apply按鈕。6 用鼠標在圖形窗口內選擇節點13。7 按下選擇窗口內的Apply按鈕。8 選擇自由度UY，并在VALUE后為其輸入數值0。9 按下OK按鈕。4454.2 施加載荷4.2.1施加節點17處的集中載荷F。1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructural

9、Force/Moment On nodes。2 用鼠標在圖形窗口內選擇節點17。3 按下選擇窗口內的Apply按鈕。4 在第一個下拉列表中選擇FY，并在下面的文本框內輸入其值-2（向上為Y軸正方向）。5 按下Apply按鈕。445施加節點9處的彎矩m。1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nodes。2 用鼠標在圖形窗口內選擇節點9。3 按下選擇窗口內的Apply按鈕。4 在第一個下拉列表中選擇MZ，并在下面的文本框內輸入其值-10（逆時針為正方向）（對照上面第4步）。5 按下OK按鈕。施加單元1到單元8

10、上的的分布載荷q。1 Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructural Pressure On Beams。2 用鼠標在圖形窗口內選擇單元1到單元8。3 按下選擇窗口內的Apply按鈕。4 在LKEY后的文本框內輸入數值1。5 在VALI和VALJ后的編輯框內分別輸入2，6 按下OK按鈕。4565求解5.1定義分析類型1 Main Menu：Solution Anslysis Type New Analysis。2 選中Static選項。3 按下OK按鈕。5.2求解1 Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。2 按下OK按

11、鈕關閉Solve Current Load Step窗口。3 按下Close按鈕關閉求解結束后出現的Information窗口。4 瀏覽/STATUS Command窗口內的信息后，將其關閉。6后處理6.1顯示梁變形結果1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal Solu. 選擇DOF Solution下的Displacement vector sum2 不改變對話框內的任何項，按下OK按鈕。6.2建立單元結果表創建單元表，計算節點彎矩。1 Main Menu：General PostprocElement TableD

12、efine Table。2 按下Element Table Data窗口內的Add按鈕。3 在Lab后的文本框內輸入IMOMENT。4 在左側列表中選擇By sequence num項。5 右側列表中選擇SMICS，項。6 在右側列表下的文本框內輸入SMICS，6。7 按下Apply按鈕。345678 在Lab后的文本框內輸入JMOMENT。9 重復上面的步驟4和5。10右側列表下的文本框內輸入SMICS，12。11按下OK按鈕。創建單元表，計算節點剪力。1 Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table。2 按下Element Tabl

13、e Data窗口內的Add按鈕。3 在Lab后的文本框內輸入ISHEAR。4 在左側列表中選擇By sequence num項。5 右側列表中選擇SMICS，項。6 右側列表下的文本框內輸入SMICS，2。7 按下Apply按鈕。8 在Lab后的文本框內輸入JSHEAR。9 重復上面的步驟4和5。10右側列表下的文本框內輸入SMICS，8。11按下OK按鈕。6.3列出所有表格資料6.3.1列出資料1 Main Menu：General PostprocList ResultsElement Table Data。2 在List Element Table Data窗口內選擇IMOMENT，JMOMENT，ISHEAR和JSHEAR。3 按下OK按鈕并在瀏覽資料窗口內的信息后，將其關閉。6.3.2畫剪力圖1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res2 在第一個下拉列表中選擇ISHEAR，在第二個下拉列表中選擇JSHEAR。3 按下OK按鈕。236.3.3畫彎矩圖1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res2 在第一個下拉列表中選