城市轨道有限元分析大作业模板.docx

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城市轨道有限元分析大作业模板

有限元分析大作业

要求：

1）以个人或小组（3人）为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交；

2）以个人或小组为单位撰写计算分析报告；

3）按下列模板格式完成分析报告；

4）计算分析报告应包括以下部分：

A、问题描述及数学建模；

B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界条件处理、求解控制）

C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判）

D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等）

E、总结

5）11月7日前必须完成，计算结果要求提交电子版，报告要求提交电子版和纸质版。

注：

黄色标注的字请删去

《有限元分析》大作业报告

作业名称:

学院轨道学院

专　　业车辆工程

学号

姓名

年月日

一、问题描述

（要求：

应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况和约束情况。

图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。

）

二、数学模型

（要求：

针对问题描述给出相应的数学模型，应包含示意图，示意图中应有必要的尺寸数据；如进行了简化等处理，此处还应给出文字说明。

）

三、有限元建模

3.1单元选择

（要求：

给出单元类型，并结合图对单元类型进行必要阐述，包括节点、自由度等。

）

3.2材料模型

（要求：

指出选择的材料模型，包括必要的参数数据。

）

考虑惯性力的静力学分析中必须定义材料的弹性模量和密度。

选择它的单位为mm-kg-s,最后再选择凸缘联轴器的材料,在ANSYS10.0中定义一号材料,它的弹性模量为206GPa,它的泊松比为0.3。

在分析过程中,假定材料是线弹性的,即认为材料不出现屈服。

如图1-2。

3.3网格划分方案

（要求：

指出网格划分方法，网格控制参数，最终生成的单元总数和节点总数，此外还应附上最终划分好的网格截图。

）

窗口左上角的Module列表中选择Mesh（网格）功能模块，在窗口顶部的环境栏中把Object选项设为Part:

plate01，即为部件划分网格，而不是为整个装配件划分网格。

（1）设置边上的种子

在左侧工具区中选择（SeedEdge:

byNumber），点击平板左侧的边，在视图区中点击鼠标中键，在窗口底部的提示区中设置Numberofelementsalongtheedges：

30.再次在视图区中点击鼠标中键，这样在左侧边布上了30个网格种子。

用同样的方法在右侧边布上30个种子，在上下侧边上布上60个种子，在左右孔上布上30个种子，在中间孔上布上60个种子。

视图中的模型如图2.6所示。

图2.6边上布上种子以后的模型

（2）设置单元类型

点击左侧工具区中的（AssignElementType），弹出对话框，将GeometricOrder设为Quadratic，取消对Reducedintegration的选择，区域参数保持默认值，看到对话框中提示当前单元类型为CPS8（8节点双二次平面应力四边形单元），点击OK.

（3）划分网格

点击左侧工具区中的（MeshPartInstance），在视图区中点击鼠标中键，得到如图2.7所示的网格。

图2.7网格

3.4载荷及边界条件处理

（要求：

指出约束条件和载荷条件。

）

1）施加位移约束

由凸缘联轴器的工作原理可知，它的基座底面和两个孔存在着约束。

拾取基座底面所有的外边界线，选择UZ作为约束自由度。

拾取基座底面的两个圆周线，选择AllDOF作为约束自由度。

完成后如图1-5所示。

图1-5

2）施加压力载荷

凸缘联轴器工作时，连接轴作用的力施加在两个孔内以及键槽的一个侧面。

选择小轴孔的内圆周面和小轴孔的台面施加1e6大小的压力载荷。

选择大轴孔轴台上和键槽一侧分别施加1e7和1e5的压力载荷。

加载完后如图1-6所示。

图1-6

四、计算结果及结果分析

（要求：

此处包括位移分析、应力分析、支反力分析等，应附上相应截图及数据，此外还应对正确性进行分析评判。

）

看到窗口左上角的Module列表已自动变为Visualization功能模块，视图区中显示出模型未变形时的轮廓图。

（1）显示未变形图

点击左侧工具区中的（PlotUndeformedShape），显示出未变形时的网格模型。

如图2.8所示。

图2.8未变形时的网格模型

（2）显示变形图

图2.9变形后的网格模型

点击左侧工具区中的（PlotDeformedShape），显示出变形后的网格模型。

如图2.9所示。

查询得到最大位移是5.50656e-6m（5.50656e-3mm）。

（3）显示云图

点击左侧工具区中的（PlotContours）,显示出Mises应力的云图。

如图2.10所示。

看到最大应力发生的区域在3个孔的两侧，这些都是容易发生应力集中的地方。

经过查询得到最大应力值为5.35Mpa。

最大应力小于屈服极限245Mpa，因此不会发生屈服。

图2.10Mises应力云图

五、多方案计算比较

（要求：

节点规模增减对计算精度的影响分析、单元改变对计算精度的影响分析、不同网格划分方案对计算结果的影响分析等，至少应选择其一进行分析，此外还应附上相应截图及数据。

）

1）改变单元数目

当把四条边上和三个圆孔上的种子数增加一倍时，网格数目也随之增加。

得到的变形图，位移云图和应力云图分别如图2.11，图2.12和图2.13所示。

看到最大的位移发生在板的长边中线附近。

最大的应力发生在三个孔的两侧区域，这些都是容易发生应力集中的区域。

计算得到最大位移是5.50733e-6m（5.50733e-3mm），最大应力5.36Mpa。

图2.11变形图

图2.12位移云图

图2.13应力云图

2）改变单元的种类

当四条边和三个孔周围的种子数不变，但是单元类型改为三角形单元的时候。

得到的变形图、位移云图和应力云图分别如图2.14，图2.15和图2.16所示。

看到最大的位移发生在板的长边中线附近。

最大的应力发生在三个孔的两侧区域，这些都是容易发生应力集中的区域。

计算得到最大位移是5.50033e-6m（5.50033e-3mm），最大应力5.40654Mpa。

图2.14变形图

图2.15变形云图

图2.16应力云图

六、总结

附件1：

小组成员工作说明

（要求：

明确说明小组各个成员在本次大作业中所做的工作，工作内容将作为口试提问的依据之一，同时也作为成绩评定的依据之一。

需注意，附件1的撰写应由小组成员共同完成。

）