二前处理程序使用说明Word文档下载推荐.docx
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选好单元后,程序画出网格(参看例7.1)。
如果结构由几块四边形构成,可按上面相同的步骤画好结构和网格。
在此需注意的是新的结构连接边的网格点应与原结构的网格点一一对应,而且新结构的2、3点最好是与原结构的1、4点的坐标分别相同,因为此时的半带宽最小。
具体实现在使用实例中看到。
(4)给定边界条件
给定边界条件的方法有两种:
一种是对结点施加约束和载荷,一种是对单元边界施加约束或载荷。
下面分别对两种方法的实现进行说明。
1).对结点加边界条件。
首先点击工具栏上的“”使其处于选中状态,然后移动鼠标到相应的结点上单击,程序弹出约束对话框如图5。
图5加约束
选好约束后点击“OK”。
对于集中载荷可以用类似的方法加上。
2).对单元边界施加边界条件。
首先使“”处于选中状态,然后选择你需要加边界条件的区域,然后点击“”或“”即可施加上位移或载荷的边界条件。
下拉“查看”菜单,可以查看相应的网格、载荷和约束,得到最后的网格、载荷和约束图(参见例7.1)。
(5)给定问题类型和求解类型
本程序默认情况下问题类型为静力问题,求解类型为平面应力.如果需改变这些参数,下拉“环境设定”菜单,修改相应的项即可,选择问题类型和求解类型如图6。
图6问题类型
选择动力响应问题时,除选择数值积分方法外,还需要填写图7所示的参数。
选择特征值问题时,除选择求解方法外,还应填写图8所示的需计算的特征值的个数。
图8特征值问题的参数
图7动力响应问题的参数
上述前处理工作完成后,可下拉“文件”菜单,选择“输出数据文件”,即可得到有限元主体程序所需的数据输入文件“in_dat”。
三后处理程序
本程序将主体程序计算得到的数据输出文件转换成选定通用的后处理程序所需的文件格式,就可利用通用的后处理程序显示变形图、等值线图和应力云图等,例如转换成Tecplot所需的文件格式,可以画出等值线图、应力云图等,具体的见例7.1和例7.2。
例7.1具有中心圆孔方板的应力分析
板边长L=8.0cm,中心孔半径r=1.0cm。
板上下对边受y方向均匀拉伸载荷q=100N/cm2,材料常数E=2.1×
105MPa,ν=0.3。
由于对称,取板右上的四分之一建立有限元模型。
边界条件:
x=0边界上,v=0;
y=0边界上,u=0;
y=4.0边界上受均布载荷q作用。
1.前处理
1)几何造型。
将板的四分之一划分为两个四边形。
先画一个四边形,填写如下图后点击“OK”。
2)材料常数,如下图填写材料常数。
3)网格划分,例如如图填写5×
5网格划分,采用8结点单元。
X方向均匀划
分,y方向等比划分,比值为0.9.
,
完成后网格如下图所示:
4)重复1)、2)和3)步骤,划分另一部分四边形,其中四边形结构填写如下图。
仍采用5×
5网格划分。
x方向等比划分,比值为0.9,y方向均匀划分。
5)约束条件。
点击“”,使其处于复选状态,用鼠标左键画一个方框左边界。
然后点击“”,弹出对话框,填写如下图以固定左边界后单击“OK”。
用相同方法将下边界的y方向固定。
6)载荷条件。
使“”处于复选状态,用方框选中梁上边界,后点击“”,弹出对话框填写如下图。
(图中参数a、b、c表示载荷可在整体坐标下按a+bx+cy沿边界线性分布)
7)最后得到结构划分网格,加上边界条件后的图。
8)下拉“文件”菜单,点击“输出数据文件”。
程序输出数据文件到“in_dat"
。
2.主体程序的输入数据文件
Maximal-node,elements,nodes,bandwidth
85018140
Fixed-points,equivalent-load,Material-type,Gravity
221110
Problem-type,solve-type,gravity-key,output-key
1100
c*******Nodalcoordinates*******************************
No.X-Y-
10.0000001.000000
20.0000001.300000
1814.0000004.000000
c*********ElementCode****************************************
No.NodeMat.int1int2H-H-H-H-
181331182031219132
281333202251321144
508133162179181164169180170163
c***********Displacementconstrains*****************************
No.NpointX-Y-X-ValueY-Value
11100.0000000.000000
22100.0000000.000000
22181010.0000000.000000
c****************Equivalentloadatnodes****************************
No.NpointX-Y-X-ValueY-Value
111110.00000013.333333
217110.00000053.333333
1196110.0000013.333333
c***************Matieralparameters*******************************
No.Evth(thick)
12.100e+0113.000e-0010.000e+000
c*************dynamicityproblem**************************
Nva(mu)cc1cc2ttdtalfadelta
00.000.000.000e+0000.000e+0000.00.0
3.执行主体程序。
4.后处理
根据主体程序的输出文件out_str对应力处理。
以Tecplot为例,从in_dat中取出节点坐标、单元节点编号以及out_str中的节点应力值按Tecplot格式存为*.dat文件。
经处理后输出应力等值线图和应力云图,并用Origin程序画出x=0和y=0边界上的应力分布曲线。
(1)应力等值线图
应力集中区放大
y等值线
(2)应力云图
x应力分布
y应力分布
xy应力分布
(3)x=0边界上σx~y曲线;
y=0边界上σy~x曲线
(4)用不同密度网格计算得到的孔边应力集中系数列表如下:
5×
5
10×
10
x
1.243
1.429
y
3.299
3.542
例7.2悬臂梁的动力特性和动态响应分析
梁长L=10.0cm,高h=2.0cm,厚t=1.0cm。
材料常数:
E=2.1×
105MPa,ν=0.3;
支承条件:
左端固支;
载荷条件:
;
顶部分布载荷q=100N/cm2。
采用5×
1网格的8结点单元进行分析。
1.动力响应分析
(1)前处理
可按下图填写。
2)材料常数。
填写如下图。
3)划分网格。
1平均网格划分,填写如下图。
4)点击“单元选择”,选择8结点单元如下图。
点击“”,使其处于复选状态,用鼠标左键画一个方框选中左边的结点。
然后点击“”,弹出对话框,填写如下图后单击“OK”。
6)加载载荷。
使“”处于复选状态,用方框选中梁上面的所有结点,后点击“”,弹出对话框填写如下图。
8)下拉“环境设定”菜单,选择“问题类型”。
弹出如下对话框。
选中“动力响应问题”及“中心差分法”或“Newmark法”,并填写相关计算参数。
9)下拉“文件”菜单,点击“输出数据文件”。
(2)执行主体程序。
(3)后处理
根据主体程序的输出文件out_nmk(按时间排列的各个节点的位移信息)处理,从中取出相应点的位移即可得到梁端中点竖直方向的位移动力响应如下图:
2.动力特性分析
网格划分同前,选用反迭代法和子空间迭代法进行动力特性分析,前8阶固有频率列表如下,表中还给出了通用程序Ansys以及梁振动解析解的结果。
根据主体程序的out_vers和out_subs处理,此梁的特征值如下表(*10e6):
阶数
1
2
3
4
6
7
8
反迭代
0.9031
4.9203
7.1957
11.929
20.465
21.540
30.680
35.851
子空间
ANSYS解
4.9202
7.1953
11.928
20.464
30.679
35.850
解析解
0.9301
5.8296
7.1983
16.325
31.990
21.595
52.877
35.992
梁中面的振型如下图:
从图中可以看出,前8阶频率中1、2、4、5、7的振型主要是y方向的,对应于悬臂梁弯曲振动的1-5阶振型;
3、6、8的振型主要是x方向的,对应于一端固定等直杆轴向振动的1-3阶振型。
表中的解析解就是梁弯曲振动和杆轴向振动的结果。
从结果的对比可见,用平面应力有限元分析和杆轴向振动的结果一致,而和梁弯曲振动的结果比较,两者相差随振动阶次的增加而愈来愈大。
这是由于随阶次增大,梁的直法线假设导致的误差愈来愈大。
从表中结果还可看出本程序的计算结果和通用程序ANSYS的结果是一致的。
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