有限元上機(jī)大作業(yè)

1、2013級研究生“有限元”課程上機(jī)大作業(yè)1、下圖所示為一個(gè)支座類零件的結(jié)構(gòu)示意圖，要求用ANSYS軟件建立相應(yīng)的實(shí)體模型和有限元離散模型，說明所用單元的種類、單元數(shù)和節(jié)點(diǎn)總數(shù)。（單位：mm）解題步驟：1、更改工作目錄同時(shí)定義文件名為zhizuo2、定義單元類型選取單元類型為8節(jié)點(diǎn)45號快捷單元圖1.1 定義單元類型3、建模（1）底座的建立。首先創(chuàng)建70X36X10的長方體，然后對四個(gè)側(cè)面倒圓，用產(chǎn)生的面切割長方體，再刪除多余的部分。接著按照題目的要求在對應(yīng)位置創(chuàng)建4個(gè)圓柱體，最后用布爾運(yùn)算中的差運(yùn)算得到4個(gè)圓孔。圖1.2 倒圓面切割圖1.3 通過差運(yùn)算創(chuàng)建圓柱孔（2）創(chuàng)建空心圓柱，通過Divi

2、de-Volume by Area,用空心圓柱內(nèi)表面分割底座，接著刪除多余部分，最后使用Add或Glue命令進(jìn)行合并體的操作。圖1.4 空心圓柱的創(chuàng)建（3）創(chuàng)建肋板。按照圖中給定的尺寸生成一個(gè)長方體，使用空心圓柱外表面分割，刪除多余部分。使用Arbitrary-Through KPS命令拾取節(jié)點(diǎn)生成斜面，再次用Divide-Volume by Area分割，并刪除多余的體。圖1.5 肋板創(chuàng)建過程圖1.6 肋板創(chuàng)建完成效果圖（4）創(chuàng)建凸出長方體。同樣使用面分割和刪除操作生成圖示的模型。（5）變換坐標(biāo)系創(chuàng)建圓孔。通過差運(yùn)算生成孔，最后將所有部分合成為一個(gè)體。圖1.7 長方體和圓孔的創(chuàng)建4、離散選擇

3、Main Menu-Preprocessor-Meshing-MeshTool,設(shè)置合適的參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。5、離散結(jié)果打開List-status-Global status,在打開的文本中有離散的結(jié)果。從中可以看出單元數(shù)為6154，節(jié)點(diǎn)數(shù)為1652，單元類型為solid45。421801551329050305414單齒的結(jié)構(gòu)示意圖圓心角p/14圓心角p/28圓心角p/482下圖所示為一個(gè)直齒圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm），齒數(shù)Z=28個(gè)。要求用ANSYS軟件建立相應(yīng)的實(shí)體模型和有限元離散模型，說明所用單元的種類、單元數(shù)和節(jié)點(diǎn)總數(shù)。解題步驟：1、更改工作目錄同時(shí)定義文件名為chilun2

4、、定義單元類型選取單元類型為10節(jié)點(diǎn)四面體單元solid187。3、建模（1）創(chuàng)建單齒。分別以圓心角建立圓環(huán)面，通過Divide-Line into N Lns命令將中間的圓弧分成4份。創(chuàng)建直線如下圖所示的直線L12、L13，選取通過線生成面操作，最后將兩個(gè)面合并。圖2.1 單齒的創(chuàng)建（2）將笛卡爾坐標(biāo)系改為極坐標(biāo)，繞圓心復(fù)制28個(gè)單齒，再進(jìn)行Add操作。圖2.2 齒面的創(chuàng)建（3）創(chuàng)建一條沿Z方向的線段，使生成的齒面沿這條線段拉伸，生成體。（4）創(chuàng)建其余部分，最后進(jìn)行合并。4、離散選擇Main Menu-Preprocessor-Meshing-MeshTool,設(shè)置合適的參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

5、5、離散結(jié)果打開List-status-Global status,在打開的文本中有離散的結(jié)果。從中可以看出單元數(shù)為8811，節(jié)點(diǎn)數(shù)為17402，單元類型為solid187。3圖示四邊固定的圓形鋁板，在中央處放置一個(gè)圓柱體鋼錠。鋼錠直徑為5cm，高為5cm。鋼錠上表面作用著100MPa的外壓；圓形鋁板直徑為20cm，厚為2.5cm。已知靜摩擦因數(shù)；鋁的材料參數(shù)，；鋼的材料參數(shù)，。研究鋼錠和鋁板的變形和應(yīng)力情況。鋁板鋼錠解題步驟：1、更改工作目錄同時(shí)定義文件名為jiechu2、定義單元類型選取單元類型為20節(jié)點(diǎn)95號單元solid95。3、設(shè)定材料參數(shù)由于題目中有兩種材料，在Material M

6、odels中需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的材料模型。4、建模按照題意創(chuàng)建兩個(gè)圓柱體5、離散點(diǎn)set按鈕打開Meshing Attributes選擇材料號1（即鋁）離散鋁板模型，選擇材料號2（即鋼）離散鋼錠模型。6、設(shè)置接觸面，定義摩擦因數(shù)。選取Modeling-Contact Pair命令，打開接觸對管理窗口Contact Manager，點(diǎn)擊Contact Wizard，依次選取兩圓柱體相接觸的兩個(gè)面，并設(shè)置摩擦系數(shù)為0.2。7、添加約束和載荷選擇Preprocessor-Loads-Define Loads-Apply-Structural,在圓形鋁板四周施加全約束，在圓柱頂面施加大小為100MPa的均

7、布壓力。8、求解和查看結(jié)果執(zhí)行Solution-Solve-Current LS進(jìn)行求解查看鋼錠和鋁板的變形和應(yīng)力情況圖3.1 變形圖圖3.2 z軸方向的應(yīng)變云圖圖3.3 等效應(yīng)力云圖4、利用有限元軟件研究下圖中輪子的受力分析應(yīng)力和應(yīng)變。輪子僅承受軸旋轉(zhuǎn)角速度的作用。已知角速度為，材料，圖示尺寸每單位為10cm，不考慮自重影響。解題步驟：1、更改工作目錄同時(shí)定義文件名為lunzi2、定義單元類型和材料屬性選取單元類型為20節(jié)點(diǎn)六面體單元solid95。彈性模量為200GPa，泊松比為0.27，密度為7800kg/m3。3、建模，由于是對稱結(jié)構(gòu)取輪子的1/8進(jìn)行分析4、添加載荷和約束在輪子的兩個(gè)

8、側(cè)面添加對稱約束Symmetry B.C.-on areas。施加旋轉(zhuǎn)角速度，執(zhí)行apply-structural-inertial-angular velocity-global,設(shè)置Y軸角速度為500。5、求解執(zhí)行analysis type-soln controls,選取pre-condition CG求解器。進(jìn)行求解運(yùn)算。6、查看結(jié)果選擇Plot results-def+undef edge,查看整體變形情況。選擇Plot results-contour plot-nodal solu,查看應(yīng)力和應(yīng)變。5圖示剛架結(jié)構(gòu)，桿件均為相同的鋼管，內(nèi)外半徑為和，材料，密度。試用有限元軟件計(jì)算：（

9、1）結(jié)構(gòu)的前5階固有頻率和固有振型；4m4m4m4m4m4m4mzxzyF（2）圖示在結(jié)構(gòu)頂端的二個(gè)節(jié)點(diǎn)上作用動(dòng)載荷，繪出結(jié)構(gòu)在不同時(shí)刻的變形圖和等效應(yīng)力云圖。-1012340t(s)F(KN)1020解題步驟：1、更改工作目錄同時(shí)定義文件名為gan2、定義單元類型和材料屬性選取單元類型為3節(jié)點(diǎn)梁單元Beam189。彈性模量為200GPa，泊松比為0.27，密度為7800kg/m3。3、設(shè)定截面形狀執(zhí)行sections-beam-common sections,設(shè)定截面形狀和尺寸參數(shù)。4、建模5、離散6、模態(tài)分析執(zhí)行solution-analysis type-new analysis,選取modal。執(zhí)行solution-analysis type-analysis option,在No.of modes to extract中輸入5，然后求解。圖5.1 鋼架結(jié)構(gòu)的5階固有頻率 圖5.2 前5階固有振型7、瞬態(tài)分析（1）查看beam的實(shí)體模型，執(zhí)行plotctrls-style-