现代设计方法课设Word格式文档下载.docx
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一.有限元解题
1)问题阐述
有一简支梁结构如图所示,其中,M=20KN·
m,q=20KN/m,F=10KN。
对该梁进行分析,画出弯矩图和剪力图。
2)有限元分析
将梁划分为10个单元,11个节点,用BEAM3来建立单元,进行静力学分析。
3)交互式的求解过程
1.创建节点
1.1创建梁的各个节点
1.MainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Node→InActiveCS。
2.在创建节点窗口内,在NODE后的编辑框内输入节点号1,并在X,Y,Z后的编辑框内输入0,0,0作为节点1的坐标值。
3.按下该窗口内的Apply按钮。
4.输入节点号11,并在X,Y,Z后的编辑框内输入10,0,0作为节点11的坐标值。
5.按下OK按钮。
6.MainMenu:
Preprocessor→-Modeling-Create→Node→FillbetweenNds。
7.在图形窗口内,用鼠标选择节点1和11。
8.按下FillbetweenNds窗口内的Apply按钮。
9.按下OK按钮,完成在节点1到节点11之间节点的填充。
1.2显示各个节点
1.UtilityMenu:
Plotctrls→Numberings
2.将Nodenumbers项设置为On。
3.UtilityMenu:
Plot→Nodes
4.UtilityMenu:
List→Nodes
5.对出现的窗口不做任何操作,按下OK按钮。
6.浏览节点信息后,关闭该信息窗口。
2.定义单元类型和材料特性
2.1定义单元类型
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete
2.按下ElementType窗口内的Add按钮。
3.在单元类型库中,选择左侧列表中的BEAM单元家族,及右侧列表中2Delastic3类型。
4.按下OK按钮完成选择。
5.按下Close按钮关闭ElementType窗口。
2.2定义材料特性
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels。
2.在材料定义窗口内选择:
Structural→Linear→Elastic→Isotropic。
3.在EX后的文本框内输入数值207e5作为弹性模量。
4.按下OK按钮完成定义。
2.3定义几何参数
Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete。
2.按下RealConstants窗口内的Add按钮。
3.按下RealConstantsforElementType窗口内的OK按钮。
4.依次输入1,1,0.02088,0.5。
5.按下OK按钮完成定义。
6.按下RealConstants窗口内的Close按钮。
3.创建单元
3.1创建单元
Preprocessor→Create→Elements→Auto-Numbered→ThruNodes。
2.在图形窗口内,用鼠标点选节点1和2。
3.按下按下OK按钮完成单元1的定义。
4.MainMenu:
Preprocessor→Model→Copy→Elements→Auto-Numbered。
用光标选择单元1,然后点Apply。
5.在ITIME后的编辑框内输入10(包括被复制的单元1)作为要复制的单元总数。
6.按下按下OK按钮完成单元2到单元10的定义。
3.2显示单元资料
PlotCtrls→Numberings
2.在第一个下拉列表中,选择Elementsnumbers选项。
Plot→Elements
List→Elements→Nodes+Attributes
5.浏览单元信息后,关闭该窗口。
4.施加约束和载荷
4.1节点自由度约束
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onnodes。
2.用鼠标在图形窗口内选择节点5。
3.按下选择窗口内的Apply按钮。
4.选择自由度UX和UY,并在VALUE后为其输入数值0。
5.按下Apply按钮。
6.用鼠标在图形窗口内选择节点11。
7.按下选择窗口内的Apply按钮。
8.选择自由度UY,并在VALUE后为其输入数值0。
9.按下OK按钮。
4.2施加载荷
4.2.1施加节点1处的集中载荷F。
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→Onnodes。
2.用鼠标在图形窗口内选择节点1。
4.在第一个下拉列表中选择FY,并在下面的文本框内输入其值-10(向上为Y轴正方向)。
4.2.2施加节点3处的弯矩m。
4.在第一个下拉列表中选择MZ,并在下面的文本框内输入其值-20(逆时针为正方向)(对照上面第4步)。
4.2.3施加单元3到单元10上的的分布载荷q。
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams。
2.用鼠标在图形窗口内选择单元9到单元10。
4.在LKEY后的文本框内输入数值1。
5.在VALI和VALJ后的编辑框内分别输入20,
6.按下OK按钮。
5.求解
5.1定义分析类型
Solution→AnslysisType→NewAnalysis。
2.选中Static选项。
3.按下OK按钮。
5.2求解
Solution→Solve→CurrentLs。
2.按下OK按钮关闭SolveCurrentLoadStep窗口。
3.按下Close按钮关闭求解结束后出现的Information窗口。
4.浏览/STATUSCommand窗口内的信息后,将其关闭。
6.后处理
6.1显示梁变形结果
GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlotNodalSolu...→选择DOFSolution下的Displacementvectorsum
2.不改变对话框内的任何项,按下OK按钮。
6.2建立单元结果表
6.2.1创建单元表,计算节点弯矩。
GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable。
2.按下ElementTableData窗口内的Add按钮。
3.在Lab后的文本框内输入IMOMENT。
4.在左侧列表中选择Bysequencenum项。
5.右侧列表中选择SMICS,项。
6.在右侧列表下的文本框内输入SMICS,6。
7.按下Apply按钮。
8.在Lab后的文本框内输入JMOMENT。
9.重复上面的步骤4和5。
10.右侧列表下的文本框内输入SMICS,12。
11.按下OK按钮。
6.2.2创建单元表,计算节点剪力。
3.在Lab后的文本框内输入ISHEAR。
6.右侧列表下的文本框内输入SMICS,2。
8.在Lab后的文本框内输入JSHEAR。
10.右侧列表下的文本框内输入SMICS,8。
6.3列出所有表格资料
6.3.1列出资料
GeneralPostproc→ListResults→ElementTableData。
2.在ListElementTableData窗口内选择IMOMENT,JMOMENT,ISHEAR和JSHEAR。
3.按下OK按钮并在浏览资料窗口内的信息后,将其关闭。
6.3.2画剪力图
GeneralPostproc→PlotResults→LineElemRes
2.在第一个下拉列表中选择ISHEAR,在第二个下拉列表中选择JSHEAR。
6.3.3画弯矩图
2.在第一个下拉列表中选择IMOMENT,在第二个下拉列表中选择JMOMENT。
7.退出程序
1.Toolbar:
Quit。
2.选择Quit-NoSave!
4)解析解
注:
由于有限元与材料力学的正负方向规定不同,所以用解析法作出的剪力图于有限元法作出的剪力图相反。
优化设计课程设计
1.问题阐述:
已知一维目标函数
,试用黄金分割法求最优解。
初始区间为【2,8】,迭代精度
。
2.解析解:
对目标函数求一阶导数,并令导函数等于零求出最优解,结果如下:
3.用计算机编程计算:
用C语言编写程序求解,求解思路,在主程序里进行主要迭代,完成主要求解过程,并返回输出最优解
图15
从运算结果可看出,用黄金分割法的计算结果与真实最优解已相当接近,由此可知,如果精度选择恰当,则运算结果将能满足实际需求。
但是计算精度也不应选得太高,否则会增加程序运行时间,而且没有多大实际价值,因此,应当根据工程需求,细心选取一恰当的迭代精度,从而达到优化求解要求。
4.程序流程图:
黄金分割法迭代部分流程图:
图16
5.程序源代码
#include"
math.h"
stdio.h"
#definef(x)x*x-7*x+10//x*2-7*x+10
//函数功能是用黄金分割法实现求一元函数的最优解
doublehj(double*a,double*b,doublee,int*n)
{doublex1,x2,s;
if(fabs(*b-*a)<
=e)
s=f((*b+*a)/2);
else
{x1=*a+0.382*(*b-*a);
x2=*a+0.618*(*b-*a);
if(f(x1)>
f(x2))
*a=x1;
*b=x2;
*n=*n+1;
s=hj(a,b,e,n);
}
returns;
main()
{doubles,a,b,e;
intn=0;
scanf("
%lf%lf%lf"
&
a,&
b,&
e);
//输入区间[a,b]和精度e的值
s=hj(&
b,e,&
n);
//调用hj函数,其中n代表迭代次数
printf("
a=%lf,b=%lf,s=%lf,n=%d\n"
a,b,s,n);
}
三.总结
通过此次现代设计方法的课程设计训练,我更好的掌握了有限元法和优化技术,明白了有限元离散化单元越多则所得结果越精确。
此次课设主要运用ansys软件进行分析,ansys软件为全英文软件,不是很好上手,但经过不懈努力和老师同学们的帮助还是成功的完成了任务。
此次课设更是证明了实践比理论更直观,更能有效的解决问题
四.参考文献
《现代机械设计方法》倪洪启谷耀新主编化学工业出版社
《材料力学》刘鸿文主编高等教育出版社
《C程序设计》谭浩强主编清华大学出版社
前言
现代设计方法是在继承和发展传统设计的基础上融合了现代的科学理论和科学技术成果而形成的,随着科学技术的飞速发展人们正在不断建造更为快捷的交通工具,更大规模的建筑物,更大跨度的桥梁,更大功率的发电机组和精密的机械设备这一切都要求工程师在设计阶段就能精确的预测出产品和工程的技术性能。
需要对静力动力强度温度等技术参数进行分析计算。
在这些计算处理中,计算机及一些分析软件和某些编写的程序起到了不可或缺的作用。
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域:
航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
软件主要包括三个部分:
前处理模块,分析计算模块和后处理模块。
随着科技的发展,现代设计方法已经成为一门不可或缺的科学知识,相信在将来,这仍然是一门重要学科。
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- 现代 设计 方法