《有限元分析及優化設計》實驗指導書桂林電子科技大學機電工程學院莊未編2012年05月

實驗一:平面問題的結構分析計算實驗目的了解ANSYS軟件的基本功能與應用范圍；熟悉在計算機上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結合具體平面問題實例,利用ANSYS軟件進行計算分析；時間許可,可對上述實例利用有限元方法進行計算，并與ANSYS計算結果進行分析比較.實驗內容1.結合具體平面問題實例,利用ANSYS軟件進行計算分析；2.利用ANSYS軟件進行建模，并施加約束和載荷；3對計算結果進行比較分析與討論；4.時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結果進行分析比較.實驗預習報告內容要求實驗預習報告在實驗前寫好，其主要內容應包括：復習有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應包含的內容；提供具體平面問題的結構簡圖,畫出計算模型；對給定的平面問題實例的結果進行預估,以供計算后進行比較討論用；上機實踐舉例一）如圖1所示的6結點4單元平面應力平板問題.各三角形單元的直角邊的長度為α=10mm,假設平板的厚度t=5mm,材料均勻,其彈性模量E=200GPa,泊松比=0.3.今在結點1處,豎直向下作用一個力P=1,若不計平板重量(即設容重=0).利用ANSYS軟件進行分析。圖1二）、求解下圖所示的平面問題。圖2實驗二：軸對稱實體結構靜力有限元分析實驗目的了解ANSYS軟件的基本功能與應用范圍；熟悉在計算機上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結合具體實體問題實例,利用ANSYS軟件進行計算分析；時間許可,可對上述實例利用有限元方法進行計算，并與ANSYS計算結果進行分析比較.實驗內容1.結合具體實體問題實例,利用ANSYS軟件進行計算分析；2.利用ANSYS軟件進行建模，并施加約束和載荷；3對計算結果進行比較分析與討論；4.時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結果進行分析比較.實驗預習報告內容要求實驗預習報告在實驗前寫好，其主要內容應包括：復習有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應包含的內容；提供具體實體問題的結構簡圖,畫出計算模型；對給定的實體問題實例的結果進行預估,以供計算后進行比較討論用；上機實踐舉例實驗三:桿系結構有限元分析計算實驗目的了解ANSYS軟件的基本功能與應用范圍；熟悉在計算機上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結合具體桿實例,利用ANSYS軟件的交互模式（InteractiveMode/GUI方式）進行計算分析；對所取的具體實例的ANSYS計算結果，進行分析比較與討論；時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結果進行分析比較.實驗內容1.結合具體梁與剛架結構實例,利用ANSYS軟件進行計算分析；2.利用ANSYS軟件進行建模，并施加約束和載荷；3對計算結果進行討論分析；4.對上述實例的計算結果,與用其他方法進行計算得到的結果作分析比較。實驗預習報告內容要求實驗預習報告在實驗前寫好，其主要內容應包括：復習有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應包含的內容；提供具體梁實例的結構簡圖,畫出計算模型；對給定的實例的結果進行預估,以供計算后進行比較討論用；上機實踐舉例用ANSYS求解如圖所示三桿平面桁架的問題圖三桿平面桁架已知：各桿的面積為A1＝32.30e-4m2,A2=38.70e-4m2,A3=25.80e-4m2,各桿的彈性模量為E1=6.9E10N/m2,E2=E3=20.7e10N/m2,橫桿與豎桿的長度a=2.54m，桁架結構所受的載荷為用ANSYS求解的命令流：/UNITS,SI！國際單位制/TITLE,EXP1-2A:TRUSSSTRUCTURALANASYS/PREP7！進入前處理器ET,1,LINK1R,1,32.3E-4!A1＝32.30e-4mR,2,38.7E-4!A2=38.70e-4mR,3,25.8E-4!A3=25.80e-4mMP,EX,1,6.9E10!E1=6.9E10N/m2MP,EX,2,20.7E10!E2=E3=20.7e10N/m2N,1,2.54,2.54!節點坐標N,2,2.54,0N,3,0,0TYPE,1！單元信息REAL,1MAT,1E,2,3TYPE,1REAL,2MAT,2E,1,2TYPE,1REAL,3MAT,2E,1,3FINISH/SOLU！進入求解處理器ANTYE,STATIC！靜力分析OUTPR,BASIC,ALLD,3,ALL,0！進行邊界處理D,2,UY,0F,1,FX,111000！加入節點載荷F,1,FY,22200ALLSELSOLVEFINISH/POST1！進入后處理器PLDISP！顯示數據列表（列出變形資料）PRDISP！顯示圖形列表（檢查變形圖）FINISH注：用命令流運行的具體方法是：用記事本編輯完命令流，存盤時以*.log為后綴名。啟動ANSYS點擊FILE下的READINPUTFROM…這時彈出尋找文件對話框找到剛才做好的文件，再點擊確定按鈕。這時ANSYS將運行完程序。求解結果PRINTDOFNODALSOLUTIONPERNODE*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****LOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATESNODEUXUY10.17747E-02-0.28156E-0320.00000.000030.00000.0000MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE11VALUE0.17747E-02-0.28156E-03四．結論使用ANSYS求解的結果與手工有限元方法求解的結果相同，驗證了ANSYS求解的正確性。實驗四：剛架結構有限元分析實驗目的了解ANSYS軟件的基本功能與應用范圍；熟悉在計算機上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結合具體桿丶梁與剛架實例,利用ANSYS軟件的交互模式（InteractiveMode/GUI方式）進行計算分析；對所取的具體實例的ANSYS計算結果，進行分析比較與討論；時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結果進行分析比較.實驗內容1.結合具體梁與剛架結構實例,利用ANSYS軟件進行計算分析；2.利用ANSYS軟件進行建模，并施加約束和載荷；3對計算結果進行討論分析；4.對上述實例的計算結果,與用其他方法進行計算得到的結果作分析比較。實驗預習報告內容要求實驗預習報告在實驗前寫好，其主要內容應包括：復習有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應包含的內容；提供具體梁實例的結構簡圖,畫出計算模型；對給定的實例的結果進行預估,以供計算后進行比較討論用；上機實踐如下圖所示，有一左段全固定的長為500mm，寬為50mm，厚為10mm的懸臂梁，在梁的中間施加大小為100N的向下的力，圖一）利用ANSYS（GUI方式）進行懸臂梁分析的建模過程：定義關鍵點：preprocessor>modeling>creat>keypoints>inactiveCS定義直線：preprocessor>modeling>creat>lines>lines>straightline選擇單元，選擇BEAM3單元，preprocessor>elementtyupe>add/edit/delete定義BEAM3單元橫截面幾何參數，preprocessor>realconatanta>add在彈出的realconstantsforbeam3窗口中輸入梁單元實常數：梁橫截面面積（cross-sedctionalarea）:100面積轉動慣量（areamomentofinertiaIZZ）:833.333梁的高度（totalbeamheight）:105.定義材料屬性定義鋼的彈性模量和泊松比，Preprocessor>materialprops>metrialmodels>structural>linear>elastic>isotropic劃分網格preprocessor>meshing>meshtool網格邊長取100mm選擇分析類型Solution>analysistype>newanalyis>static定義約束Solution>defineload>apply>structural>displacement>onkeypoints施加壓力Solution>defineload>apply>structural>force/moment>onkeypoints施加載荷Solution>defineload>apply>structural>presasure>onbeams求解Solution>solve?currentLS10查看分析結果Generalpostproc>plotresults>nodalsolu二）用ANSYS求解的命令流：/FILNAM，EX2-5/TITLE,CANTILERVERBEAMDEFLECTION/UNITS,SI/PREP7！進入前處理器ET,1,BEAM3！梁單元MP,EX,1,200E9!彈性模量E=200E9N/m2R,1,3E-4,2.5E-9,0.01!A=3E-4m2,I=2.5E-9m4,H=0N,1,0,0$N,2,1,0！定義節點坐標N,3,2,0$N,4,3,0$N,5,4,0E,1,2$E,2,3$E,3,4$E,4,5！定義單元FINISH/SOL