清华大学机械工程系经典七例共16页word资料.docx

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清华大学机械工程系经典七例共16页word资料

“有限元分析及应用”本科生课程

课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也很难做到恰如其分。

为什么?

还是没有彻底“记死”的缘故。

要解决这个问题,方法很简单,每天花3-5分钟左右的时间记一条成语、一则名言警句即可。

可以写在后黑板的“积累专栏”上每日一换,可以在每天课前的3分钟让学生轮流讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,教师定期检查等等。

这样,一年就可记300多条成语、300多则名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财富。

这些成语典故“贮藏”在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会随心所欲地“提取”出来,使文章增色添辉。

有限元分析软件

单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。

让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。

这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。

ANSYS6.1ed

宋以后，京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。

至元明清之县学一律循之不变。

明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。

到清末，学堂兴起，各科教师仍沿用“教习”一称。

其实“教谕”在明清时还有学官一意，即主管县一级的教育生员。

而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。

“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。

于民间，特别是汉代以后，对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。

在一些特定的讲学场合，比如书院、皇室，也称教师为“院长、西席、讲席”等。

上机指南

清华大学机械工程系

2019年9月

说明

本《有限元分析软件ANSYS6.1ed:

上机指南》由清华大学机械工程系石伟老师组织编写，由助教博士生孔劲执笔,于2019年9月完成，基本操作指南中的所有算例都在相应的软件系统中进行了实际调试和通过。

本上机指南的版权归清华大学机械工程系所有，未经同意，任何单位和个人不得翻印。

联系人：

石伟

北京市清华大学机械工程系（邮编100084）

Tel:

（010）62788117Fax:

（010）62770190

Project1简支梁的变形分析……………………………………………………….1

Project2坝体的有限元建模与受力分析………………………………………….3

Project3受内压作用的球体的应力与变形分析…………………………………..5

Project4受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解………………..7

Project5超静定桁架的有限元求解………………………………………………..9

Project6超静定梁的有限元求解………………………………………………….11

Project7平板的有限元建模与变形分析…………………………………………13

Project1梁的有限元建模与变形分析

计算分析模型如图1-1所示,习题文件名:

beam。

NOTE:

要求选择不同形状的截面分别进行计算。

图1-1梁的计算分析模型

梁截面分别采用以下三种截面（单位：

m）：

矩形截面：

圆截面：

工字形截面：

B=0.1,H=0.15R=0.1w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2,

t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007

1.1进入ANSYS

程序→AnsysED6.1→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

beam→Run

1.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

1.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→selectBeam2node188→OK（backtoElementTypeswindow）→Close（theElementTypewindow）

1.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK

1.5定义截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Sections→Beam→CommonSectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：

矩形截面:

ID=1,B=0.1，H=0.15→Apply→圆截面：

ID=2,R=0.1→Apply→工字形截面：

ID=3,w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2，t1=0.0114，t2=0.0114，t3=0.007→OK

1.6生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入三个点的坐标：

input:

1（0,0）,2（10,0）,3（5,1）→OK

✓生成梁

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Lines→lines→Straightlines→连接两个特征点，1（0,0）,2（10,0）→OK

1.7网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→Pickedlines→OK→选择:

SECT:

1（根据所计算的梁的截面选择编号）；PickOrientationKeypoint（s）:

YES→拾取：

3#特征点（5,1）→OK→MeshTool→SizeControls）lines:

Set→PickAll（inPickingMenu）→inputNDIV:

5→OK（backtoMeshToolwindow）→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

1.8模型施加约束

✓最左端节点加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat（0,0）→OK→selectUX,UY,UZ,ROTX→OK

✓最右端节点加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→pickthenodeat（10,0）→OK→selectUY,UZ,ROTX→OK

✓施加y方向的载荷

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→PickAll→VALI:

100000→OK

1.9分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

1.10结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu→select:

DOFsolution,UY,Def+Undeformed,Rotation,ROTZ,Def+Undeformed→OK

1.11退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit→SaveEverything→OK

Project2坝体的有限元建模与应力应变分析

计算分析模型如图2-1所示,习题文件名:

dam。

图2－1坝体的计算分析模型

2.1进入ANSYS

程序→AnsysED6.1→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

dam→Run

2.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences→selectStructural→OK

2.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

PlaneStrain→OK→Close（theElementTypewindow）

2.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK

2.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0,0）,2（10,0）,3（1,5）,4（0.45,5）→OK

✓生成坝体截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1（0,0）,2（10,0）,3（1,5）,4（0.45,5）→OK

2.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:

Set→依次拾取两条横边:

OK→inputNDIV:

15→Apply→依次拾取两条纵边:

OK→inputNDIV:

20→OK→（backtothemeshtoolwindow）Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

2.7模型施加约束

✓分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→Onlines→pickthelines→OK→selectLab2:

UX,UY→OK

✓给斜边施加x方向的分布载荷

ANSYS命令菜单栏:

Parameters→Functions→Define/Edit→1）在下方的下拉列表框内选择x,作为设置的变量；2）在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：

1000*{X}；3）File>Save（文件扩展名：

func）→返回：

Parameters→Functions→Readfromfile：

将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK→ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取斜边；OK→在下拉列表框中，选择：

Existingtable→OK→选择需要的载荷参数名→OK

2.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

2.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution,UX,UY,Def+Undeformed,Stress,SX,SY,SZ,Def+Undeformed→OK

2.10退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit…→SaveEverything→OK

Project3受内压作用的球体的有限元建模与分析

计算分析模型如图3-1所示,习题文件名:

sphere。

图3-1受均匀内压的球体计算分析模型（截面图）

3.1进入ANSYS

程序→AnsysED6.1→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

sphere→Run

3.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences…→selectStructural→OK

3.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectSolidQuad4node42→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

Axisymmetric→OK→Close（theElementTypewindow）

3.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:

2.1e11,PRXY:

0.3→OK

3.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0,0.5）,4（0,0.3）→OK

✓生成球体截面

ANSYS命令菜单栏:

WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalSpherical→ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Lines→InActiveCoord→依次连接1,2,3,4点→OK→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ByLines→依次拾取四条边→OK→ANSYS命令菜单栏:

WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCartesian

3.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:

Set→拾取两条直边:

OK→inputNDIV:

10→Apply→拾取两条曲边:

OK→inputNDIV:

20→OK→（backtothemeshtoolwindow）Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

3.7模型施加约束

✓给水平直边施加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines→拾取水平边：

Lab2:

UY→OK，

✓给竖直边施加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→DisplacementSymmetryB.C.→OnLines→拾取竖直边→OK

✓给内弧施加径向的分布载荷

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines→拾取小圆弧；OK→inputVALUE:

100e6→OK

3.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

3.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution,UX,UY,Def+Undeformed,Stress,SX,SY,SZ,Def+Undeformed→OK

3.10退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit…→SaveEverything→OK

Project4受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解

计算分析模型如图4-1所示,习题文件名:

cylinder。

图4-1受热载荷作用的厚壁圆筒的计算分析模型（截面图）

4.1进入ANSYS

程序→AnsysED6.1→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

cylinder→Run

4.2设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences…→selectThermal→OK

4.3选择单元类型

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→selectThermalSolidQuad4node55→OK（backtoElementTypeswindow）→Options…→selectK3:

Axisymmetric→OK→Close（theElementTypewindow）

4.4定义材料参数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Thermal→Conductivity→Isotropic→inputKXX:

7.5→OK

4.5生成几何模型

✓生成特征点

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→依次输入四个点的坐标：

input:

1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0.5,1）,4（0.3,1）→OK

✓生成圆柱体截面

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→ThroughKPS→依次连接四个特征点，1（0.3,0）,2（0.5,0）,3（0.5,1）,4（0.3,1）→OK

4.6网格划分

ANSYSMainMenu:

Preprocessor→Meshing→MeshTool→（SizeControls）lines:

Set→拾取两条水平边:

OK→inputNDIV:

5→Apply→拾取两条竖直边:

OK→inputNDIV:

15→OK→（backtothemeshtoolwindow）Mesh:

Areas,Shape:

Quad,Mapped→Mesh→PickAll（inPickingMenu）→Close（theMeshToolwindow）

4.7模型施加约束

✓分别给两条直边施加约束

ANSYSMainMenu:

Solution→DefineLoads→Apply→Thermal→Temperature→OnLines→拾取左边,Value:

500→Apply（backtothewindowofapplytemponlines）→拾取右边，Value：

100→OK

4.8分析计算

ANSYSMainMenu:

Solution→Solve→CurrentLS→OK（toclosethesolveCurrentLoadStepwindow）→OK

4.9结果显示

ANSYSMainMenu:

GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→selectDef+Undeformed→OK（backtoPlotResultswindow）→ContourPlot→NodalSolu…→select:

DOFsolution,TemperatureTEMP→OK

4.10退出系统

ANSYSUtilityMenu:

File→Exit…→SaveEverything→OK

Project5超静定桁架的有限元建模与分析

计算分析模型如图5-1所示,习题文件名:

truss。

图5－1超静定桁架的计算分析模型

5.1进入ANSYS

程序→AnsysED6.1→Interactive→changetheworkingdirectoryintoyours→inputInitialjobname:

truss→Run

5.2设置计算类型