1、1有限元技术基础实验指导书力学与机械学研究所 编 天津理工大学机械工程学院 2010.10 2引 言一、有限元技术基础实验的重要性： 作为一种数值方法，有限元方法在许多工程领域得到了广泛的应用，与解析法相比，有限元方法可以解决许多复杂结构和复杂边界条件的问题。随着计算机软件和硬件的迅速发展，有限元方法不仅在解决线性问题起到了重要作用，也在解决非线性问题中起到了关键作用。有限元技术基础实验属于实践性的实验。通过实验，可以使学生了解有限元计算的实施过程，学会用大型通用有限元软件进行结构分析的基本思路、方法和技巧；掌握二、三维实体模型及有限元模型的创建，实施分析计算，正确认读和保存分析结果；可以深化
2、理论知识，使理论与实际结合起来；可以培养学生具有一定的设计分析方案的能力、利用分析的原始数据处理以获得分析结果的能力、运用文字表达技术报告的能力等。通过实验初步学会大型多物理场分析软件 ANSYS 的使用，为对于进一步使用软件解决工程问题，为毕业设计和毕业论文奠定基础是本实验的主要目的。二、有限元技术基础实验的内容：1熟悉 ANSYS 软件的启动，界面，熟悉主要菜单和功能菜单，进行有限元分析的主要步骤，如预处理，前处理，求解，后处理。进行有限元分析的菜单方法和命令流方法。2结合具体问题，进行有限元分析计算，学习选择分析类型；学习创建几何模型，输入材料参数，选择单元类型，划分单元；学习施加位移和
3、载荷边界条件；学习使用后处理功能查看和保存计算结果；学习编写实验报告等。三、有限元技术基础实验的要求： 有限元技术基础实验所用的设备包括计算机和有限元计算软件，进行数据处理的相关软件。在正式上机前必须认真阅读实验指导书，作好上机的准备，保证实验的顺利进行。 3实验一 支架结构的应力分析概 述通过实验帮助学生学会用 ANSYS 软件进行结构分析的主要步骤。一、实验目的：1掌握 Ansys 软件的基本使用方法，会用菜单方法建立实体模型、有限元模型，给定材料参数，学习施加分布载荷和集中载荷的方法，能够正确施加边界条件和进行求解。学会保存和调用进行有限元分析的文本文件。2学习使用 Ansys 软件的后
4、处理功能，获取计算结果的云图，提取不同截面的应力数值。二实验内容：这是一个直角支架的结构应力分析，需绘制变形图，绘制von Mises等效应力图，列出支反力结果数据。支架左方上面的孔是被沿圆周完全固定的，一个成锥形的压力施加在下面右端孔的下半圆处大小为由150kPa到1050kPa。已知：如图，支架两端都是直径为50mm的半圆，支架厚度th=12mm，小孔半径为10mm，支架拐角是半径为10mm的小圆弧，支架是由A36型的钢制成，杨氏模量E=200E9Pa，泊松比为0.27。三、实验条件： 硬件：计算机，主频 3.0G，内存 1.5G，硬盘 120G，软件：大型多物理场分析软件 ANSYS 教
5、育版 ED5.6。 四、实验步骤： （一）建立几何模型41. 生成矩形 2. 改变绘图控制重绘矩形 3. 将工作面转化成极坐标形式来生成第一个圆端4. 移动工作面来生成第二个圆端5. 面域合并 6. 生成圆角线 7. 生成圆角面 8. 面域合并 9. 生成第一个小孔 10. 移动工作面来生成第二个小孔 11. 减出支架上的小孔 12. 保存数据在 model.db.里 （二）定义材料属性13. 定义材料属性 （三）进行网格划分14. 菜单优化 15. 定义单元类型和选项 16. 定义实常数 17. 平面网格划分 18. 保存数据在 mesh.db 里 （四）施加载荷19. 施加固定铰支20.
6、施加压力载荷 （五）计算求解21. 计算解题 （六）计算结果后处理22. 利用常用后处理器来查看结果 23. 绘制变形图 24. 绘制 von Mises 等效应力图 25. 列出支反力结果数据 26. 退出 ANSYS 程序 5实验报告的内容与格式：实验报告学院（系）名称：姓名 学号 专业班级 实验项目课程名称 课程代码 0100341实验时间 实验地点批改意见 成绩教师签字：1.实验报告正文：包括实验名称，实验目的，设备条件（计算机硬件和软件条件，计算条件）及原始数据来源，实验结果（绘制变形图、绘制 von Mises 等效应力图，列出结果数据），学习体会和建议。学习体会不得雷同。2.实验
7、报告的要求:2.1 采用 A4 纸打印。2.2 计算结果必须采用计算机输出的结果文件,手抄无效.6实验二 谐响应分析概 述谐响应分析用于分析持续周期载荷在结构中产生持续的周期响应，以及确定线性结构承受随时间按正弦规律变化载荷时稳态响应的一种技术。这种分析只计算结构的稳态受迫振动，发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。通过实验帮助学生学会用 ANSYS 软件进行结构分析的主要步骤。一、实验目的：1掌握 Ansys 软件的基本使用方法，会用菜单方法建立实体模型、有限元模型，给定材料参数，学习施加分布载荷和集中载荷的方法，能够正确施加位移边界条件和进行求解。学会保存和调用进行有限元分析的文
8、本文件。2学习使用 Ansys 软件的后处理功能，获取计算结果的云图。3. 了解动力学的有关分析，能够进行初步的模态分析、谐响应分析。二实验内容：1采用命令流的形式建立有质量单元、壳和梁单元的有限元模型，划分单元，输入材料参数，给定载荷及位移边界条件。2进行计算，获得计算结果。3 利 用 后 处 理 功 能 获 取 不 同 模 态 ， 谐 响 应 分 析 。4. 列 出 前 五 阶 的 固 有 频 率 。4获得质量元处的位移响 应 。三、实验条件： 硬件：计算机，主频 3.0G，内存 1.5G，硬盘 120G，软件：大型多物理场分析软件 ANSYS ED5.6，EXCEL-2003。四、分析条
9、件质量体 m 上施加简谐力（Fx，Fy）时结构的位移响应。材料是7A3 钢，弹性模量 2E 11 Pa；泊松比 0.3；密度 7.8 E 3 kg/m3。板壳：厚 0.02m，长 2m，宽 1m。梁的几何特性：截面面积 2 E-4 m2；惯性矩 2 E- 8 m4，宽度 0.01m，高度 0.02m。质量元：m=100kg。载荷：Fx=100N，Fy=100N，与 Fx 落后 900 相位角。扫频范围 0-10Hz。谐响应分析命令流/title,Harmonic Response of the Structure /prep7 *SET,width,1*SET,length,2 *SET,hi
10、gh,-1*SET,mass_hig,0.1 et,1,63 et,2,4 et,3,21 r,1,0.02r,2,2e-4,2e-8,2e-8,0.01,0.02r,3,100 mp,ex,1,2e11mp,nuxy,1,0.3 8mp,dens,1,7800 rect,length,width k,5,high k,6,length,highk,7,length,width,high k,8,width,high l,1,5 *rep,4,1,1 esize,0.1 amesh,all type,2 real,2 lmesh,5,8 n,500,length/2,width/2,mass_
11、hig type,3 real,3 en,500,500 cerig,500,136,all cerig,500,138,all cerig,500,154,all cerig,500,156,all fini/solu anty,modal modopt,lanb,10 mxpand,10,yes nsel,s,loc,z,high d,all,all allssolve fini/post1Set,list !列表显示模型的固有频率Set，first !读入第一载荷布的计算结果Pldisp，0 !显示第一级模态振型Set，next !读入第二载荷布的计算结果Pldisp，0 !显示第二级模
12、态振型Set，next !读入第三载荷布的计算结果Pldisp，0Set，next !读入第四载荷布的计算结果Pldisp，0Set，next !读入第五载荷布的计算结果Pldisp，0Set，next !读入第六载荷布的计算结果9Pldisp，0fini/solu anty,harm alph,5 f,500,fx,100f,500,fz,0,100 harfrq,0,10 nsubst,10 solvfini/post26 nsol,2,500,u,x nsol,3,500,u,y nsol,4,500,u,z /grid,1 plva,2,3,4 10实验报告的内容与格式：实验报告学院（系）名称：姓名 学号 专业班级 实验项目课程名称 课程代码 0100341实验时间 实验地点批改意见 成绩教师签字：1.实验报告正文：包括实验名称，实验目的，设备条件（计算机硬件和软件条件，计算条件）及原始数据来源，实验结果（列 出 前 五 阶 的 固 有 频 率 ， 获得质量元处的位移响 应 ），学习体会和建议。学习体会不得雷同。2.实验报告的要求:2.1 采用 A4 纸打印。2.2 计算结果必须采用计算机输出的结果文件,手抄无效.
