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课程设计任务书
有限元法课程实训
报告
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
一班
姓名:
张德宝
学号:
20141030133
指导教师:
安晓卫
评定成绩:
《有限元分析》课程实训任务书
学院
机械工程学院
专业
机械设计制造及自动化
学生姓名
张德宝
班级、学号
一班
20141030133
课程实训报告题目
技术参数、内容及要求:
一、学习CAE软件ANSYS,主要上机练习有:
1.平面连杆的静力学分析;2.超静定桁架的有限元计算、温度应力的有限元计算和环的温度应力的有限元计算;3.平面梁结构的内力计算;4.空间梁的静力学分析; 5.压力容器的静力学分析;6.机翼模型的模态分析;7.压杆稳定临界载荷计算;8.过盈配合与拔销接触分析;9.轮子的静力学分析;10.轴承座的有限元分析;11.板弯曲的有限元分析。
二、通过调研,在工厂、企业或科研单位进行工程实践的基础上,或结合老师的科研课题,针对具体工程实例,应用ANSYS软件进行有限元分析计算;也可参考材料力学、弹性力学或机械设计中的问题或习题,或《有限元法课程实训结课上机参考练习题》中的题目进行分析计算,并提交课程实训报告一份。
进度安排:
一、ANSYS软件学习阶段
第十四周周1-周5、第十五周周1-周3学习ANSYS软件,按照《有限元软件ANSYS上机练习指南》中教程1-11,上机学习。
建议按照教程的顺序学习,学习进度由个人自由掌握,但在ANSYS软件学习阶段必须做完全部练习。
2、独立练习阶段
第十五周周4-周5在教师指导下,自拟课题,上机独立完成一问题的有限元分析分析计算,并撰写课程实训报告。
注:
如果课程实训报告撰写时间不够,由学生自行安排时间完成。
三、第十六周周1(2017年6月5日)上午十时之前交课程实训报告。
指导教师:
安晓卫
2017年5月12日
《有限元分析》课程实训原创性声明
本人郑重声明:
本课程设计的所有工作,都是在老师的指导下,由作者本人独立完成的。
有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。
除文中已注明引用的内容外,本报告不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者(签字):
日期:
2017年6月1日
目录
一、问题阐述
二、右半部分的交互式求解过程
1、进入ANSYS
2、建立几何模型
3、定义材料特性
4、生成网格
5、施加位移约束条件和载荷
6、求解
7、观察结果
三、整体的交互式求解分析
四、结果比较分析
五、心得总结
六、参考文献
一、问题阐述
一平面薄板,其结构的形状、材料和载荷都对称,如图所示。
但板左下角为固定约束,右下角为滑动约束,属于非对称位移边界条件。
通过上机计算证明该结构不具有反射对称性。
设板厚t=2mm,板的弹性模量E=
Pa,泊松比u=0.3,力P=100N。
上机练习具体方案:
(1)利用对称性,取
板(阴影部分)做分析,计算板的位移和应力。
(2)取整板进行分析。
分析时,可利用
板模型通过映射得到整板的有限元模型,以使得整板模型的单元数目是
板模型的2倍。
在对两次计算结果进行比较分析。
二、右半部分的交互式求解过程
1、进入ANSYS
在D盘建立一名为xiti的文件夹,工作文件名为baoban(zhengti),然后运行
开始→程序→ANSYS15.0→AnsysProductLauncher→flieManagement→selectWorkingDirectory:
D:
/xiti,inputjobname:
baoban→Run
2、建立几何模型
2.1定义矩形
1.UtilityMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Area→
Rectangle→ByDemensions。
2.输入x1=0,x2=0.07,y1=0,y2=0.02
3.按下Apply按钮创建第一个矩形。
4.再输入x1=0.05,x2=0.07,y1=0.02,y2=0.14。
5.按下OK按钮创建第二个矩形并关闭对话框。
2.2改变绘图控制并重新绘图
1.UtilityMenu:
PlotCtrls→Numbering。
2.将面积号码(AreaNumbering)一项后面的复选框设置为on。
3.按下OK按钮。
2.3将多个面合成为一
1.MainMenu:
Preprocessor→Modeling→Operate→
Booleans→Add→Areas。
2.按下选择菜单上的PickAll按钮(选择所有待组合面)。
3.Toolbar:
SAVE-DB。
3.定义材料特性
3.1定义材料特性
1.MainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→Material
Models。
2.在材料特性定义窗口中选择:
Structural→Linear→
Elastic→Isotropic。
3.在EX栏内输入2e11(弹性模量)。
4.在PRXY栏内输入0.3(泊松比)。
5.按下OK按钮完成操作并关闭对话框。
4.生成网格
4.1定义单元类型及选项
1.MainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/
Delete。
2.按下Add按钮来打开添加单元类型对话框。
3.从左侧列表中选择StructuralSolid。
4.从右侧列表中选择8Node183。
5.按下OK按钮完成操作并关闭对话框。
6.打开ElementType窗口中的Options按钮,打开更改选项对话框。
7.在K3下拉列表中选择PlaneStrsw/Thk项。
8.按下OK按钮完成操作并关闭对话框。
9.关闭单元类型对话框。
4.2定义实常数
1.MainMenu:
Proprecessor→RealConstants。
2.按下Add按钮。
3.在出现的ElementTypeForRealConstants窗口中,选择单元类型Type8Node183,按下OK按钮。
4.在THK编辑框内输入厚度值0.002。
5.按下OK按钮完成操作并关闭对话框。
6.关闭RealConstants对话框。
4.3进行网格划分
1.MainMenu:
Proprecessor→MeshTool。
2.按下MeshTool窗口中的Global后的Set按钮。
3.在GlobalElementsSizes窗口中,在SIZE后的编辑框中输入值0.002作为单元边长。
4.按下OK按钮。
5.在下拉列表中选择Areas。
6.按下Mesh按钮。
7.按下选择菜单上的PickAll按钮。
8.关闭MeshTool对话框。
5.施加位移约束条件和载荷
5.1施加位移约束条件
1.位移约束可以直接加在关键点上。
1.MainMenu:
Solution→DefineLoads→
Apply→Structural→Displacement→OnKeyPionts。
2.选择左下角的关键点。
3.在按下选择菜单上的OK按钮。
4.选择UX、UY项。
5.在编辑框内输入0作为位移值。
5.按下Apply按钮。
6.按下OK按钮。
5.2施加载荷
1.MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural
→Force/Moment→OnKeyPionts,选择右上角关键点,按下选择菜单中的Apply按钮。
2.在LAB下拉菜单中选择FX,在force/momentvalue窗口的上面一行编辑框内输入-100。
3.按下对话框中的Apply按钮。
4.在LAB下拉菜单中选择FY,在force/momentvalue窗口的上面一行编辑框内输入-100。
5.按下OK按钮关闭对话框。
6.Toolbar:
SAVE_DB。
6.求解
6.1进行求解
1.MainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS。
2.上步操作后,屏幕上出现一个状态窗口。
浏览窗口内的信
息,然后选择File菜单内的Close项关闭该窗口。
3.按下OK按钮,开始求解。
4.关闭求解结束时出现的信息窗口。
7.观察结果
注意:
由于网格划分的不同,所得到的结果也会有轻微的差别。
7.1进入后处理器并读入计算结果
1.MainMenu:
GeneralPostproc→ReadResults→FirstSet。
7.2绘制位移云图
1.MainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu
2.选择DOFsolution,X-CompomentOfDisplacement在Undisplacedshapekey后选择Deformedshapewith
undeformededge(包括变形前和变形后)→OK。
7.3绘制vonMises等效应力云图
1.MainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu。
2.在弹出的对话框中,选择左侧列表框内的Stress项。
3.选择右侧列表框内的vonMises(等效应力)项。
三、整体的交互式求解分析
1.离散化之前的步骤与上述相同,离散化后PlotCtrls→Style→SymmetryExpansion→Periodic/CyclicSymmetry,在Selecttypeofcyclicsymmetry中选择ReflectaboutXZ,按下OK按钮,整体离散化完成。
2.施加位移约束条件和载荷
2.1施加位移约束条件
1.位移约束可以直接加在关键点上。
1.MainMenu:
Solution→DefineLoads→
Apply→Structural→Displacement→OnKeyPionts。
2.选择左下角的关键点。
3.在按下选择菜单上的OK按钮。
4.选择UX、UY项。
5.在编辑框内输入0作为位移值。
6.按下Apply按钮。
7.选择右下角的关键点。
8.在按下选择菜单上的OK按钮。
9.选择UY项。
10.在编辑框内输入0作为位移值。
11.按下OK按钮。
2.2施加载荷
1.MainMenu:
Solution→
DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeyPionts,选择右上角关键点,按下选择菜单中的Apply按钮。
2.在LAB下拉菜单中选择FX,在force/momentvalue窗口的上面一行编辑框内输入-100。
3.按下对话框中的Apply按钮。
4.在LAB下拉菜单中选择FY,在force/momentvalue窗口的上面一行编辑框内输入-100。
5.选择右上角关键点,按下选择菜单中的Apply按钮。
6.在LAB下拉菜单中选择FX,在force/momentvalue窗口的上面一行编辑框内输入100。
7.按下对话框中的Apply按钮。
8.在LAB下拉菜单中选择FY,在force/momentvalue窗口的上面一行编辑框内输入-100
9.按下OK按钮关闭对话框。
10.Toolbar:
SAVE_DB。
3.求解
3.1进行求解
1.MainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS。
2.上步操作后,屏幕上出现一个状态窗口。
浏览窗口内的信
息,然后选择File菜单内的Close项关闭该窗口。
3.按下OK按钮,开始求解。
4.关闭求解结束时出现的信息窗口。
4.观察结果
注意:
由于网格划分的不同,所得到的结果也会有轻微的差别。
4.1进入后处理器并读入计算结果
1.MainMenu:
GeneralPostproc→ReadResults→FirstSet。
4.2绘制位移云图
1.MainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu
2.选择DOFsolution,X-CompomentOfDisplacement在Undisplacedshapekey后选择Deformedshapewith
undeformededge(包括变形前和变形后)→OK
4.3绘制vonMises等效应力云图
1.MainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu。
2.在弹出的对话框中,选择左侧列表框内的Stress项。
3.选择右侧列表框内的vonMises(等效应力)项。
四、结果比较分析
位移比较:
从右半部分X方向的位移图中可以看出,下边变形大,往上逐渐变小。
而从整体的X方向的位移图中可以看出,左半部分的上边变形最大,往下逐渐减小,右半部分的变形都较小。
所以从位移图比较可知,该结构不具有反射对称性。
五、心得总结
有限元分析是求取复杂微分方程近似解的一种非常有效的工具,是现代数字化科技的一种重要基础性原理。
将它用于在科学研究中,可成为工程设计和分析的可靠工具。
通过两周的课程设计学习使我对于有限元的知识有了更多的了解,通过对软件的应用了解了二维和三维固体以及桁架、梁、杆件、和板结构等单元的分析和设计过程,对有限元课程的内容有了更多的深刻理解,对之前不懂得知识是一个很好的补充和提升。
学习ANSYS的过程实际上是一个不断解决问题的过程,问题遇到的越多,解决的越多,实际运用ANSYS的能力才会越高。
开始学习时时对照老师给的指导书上的实例来做干,感觉并不是很难,但是当自己做题时不会。
我才意识到每一步都需要自己思考,只有思考了的东西才是自己的,慢慢的自己解决的问题多了,对ANSYS的运用能力也在不断提升。
在课程设计的两周时间里老师一直都在不停地帮助大家解决问题,在学习软件应用和自己选题设计中都给予了很多帮助,最后表达一下对老师辛苦的感谢。
六、参考文献
《材料力学》(第五版)刘鸿文主编高等教育出版社
《机械结构有限单元法基础》韩清凯主编科学出版社
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- 关 键 词:
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