有限元上機第2周

1、第二周實驗一：三角形薄板靜力分析一、實驗課題三角形薄板厚 t = 1 m，其尺寸、載荷及約束如圖所示。若取彈性模量 E = 1 MPa，泊松比= 0.3，P = 1 kN。試對該三角形薄板進行靜力分析。二、實驗要求1 掌握平面應(yīng)力三角形單元定義方法；2 掌握材料常數(shù)的輸入方法； 3 掌握邊界條件的處理方法； 4 掌握載荷的施加方法； 5 熟悉有限元結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出； 6 熟悉變形圖，應(yīng)力云圖，交互式查詢某點應(yīng)力的方法。三、實驗步驟： 進入 ANSYS 點擊點擊 【程序】【ANSYS 12.1】【Mechanical APDL (ANSYS)】 建立有限元模型 1 輸入標題 (1) 點擊【File

2、】【Change Title】； (2) 輸入標題“Plane Stress Problem”； (3) 點擊【OK】按鈕。 2 選擇分析類型 (1) 點擊【Main Menu】【Preferences】； (2) 選擇 structural 復(fù)選框，然后點擊【OK】按鈕。 3 確定單元類型 (1) 點擊【Main Menu】【Preprocessor】【Element Type】【Add/Edit/Delete】； (2) 點擊【Add】，選擇 structural solid 族中 Quad 4 node 182單元，再點擊【OK 】； (注：點擊help選項，查看182單元的屬性和詳細信

3、息) (3) 點擊【Options】鈕，在 Element behavior K3 行選擇 plane stress + w / thk ； (4) 點擊【OK】鈕，再點擊【Close】關(guān)閉對話框。 4 定義板厚 (1) 點擊【Main Menu】【Preprocessor】【Real Constants】； (2) 點擊【Add】，再點擊【OK 】； (3) 輸入板厚 1 ，再點擊【OK 】，然后關(guān)閉 real constant 對話框. 5 定義材料性質(zhì) (1) 點擊【Main Menu】【Preprocessor】【Material Props】【Material Models】【Str

4、uctural】【Linear】【Elastic】【Isotropic】； (2) 點擊【OK】； (3) 輸入彈性模量 1E+06，泊松比 0.3，然后點擊【OK】，關(guān)閉退出。 6 輸入節(jié)點坐標 (1) 點擊【Main Menu】【Preprocessor】【Modeling Create】【Nodes】【In Active CS】； (2) 輸入節(jié)點號 1 ，及其坐標 0 , 2 ，然后點擊【Apply】； 輸入節(jié)點號 2 ，及其坐標 0 , 1 ，然后點擊【Apply】；輸入節(jié)點號 3 ，及其坐標 1 , 1 ，然后點擊【Apply】；輸入節(jié)點號 4 ，及其坐標 0 , 0 ，然后點擊【

5、Apply】； 輸入節(jié)點號 5 ，及其坐標 1 , 0 ，然后點擊【Apply】； 輸入節(jié)點號 6 ，及其坐標 2 , 0 ，然后點擊【OK】； 7 定義單元 (1) 點擊【Main Menu】【Preprocessor】【Modeling-Create】【Elements】【Auto Numbered】【Thru Nodes】； (2) 點取節(jié)點 3 , 1 , 2 生成單元 1 ，然后點擊【Apply】； 點取節(jié)點 5 , 2 , 4 生成單元 2 ，然后點擊【Apply】； 點取節(jié)點 2 , 5 , 3 生成單元 3 ，然后點擊【Apply】； 點取節(jié)點 6 , 3 , 5 生成單元 4

6、 ，然后點擊【OK】。 求解 1 定義約束 (1) 點擊【Main Menu】【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Displacement】【On Nodes】； (2) 拾取節(jié)點 1 ，2 ，4 再在拾取窗中點擊【OK】；選擇 UX ，點擊【Apply】； (3) 拾取節(jié)點 4 ，5 ，6 再在拾取窗中點擊【OK】；選擇 UY ，再點擊【OK】。 2 施加載荷 (1) 點擊【Main Menu】【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Force/Moment】【On Nodes】； (2) 拾

7、取節(jié)點 1 ，再在拾取窗中點擊【OK】； (3) 在 Direction of force/mom 框中選 FY ，在Force/mom Value 框中輸入載荷值 3 求解 (1) 點擊【Main Menu】【Solution】【Solve】【Current LS】； (2) 瀏覽完顯示的信息后，關(guān)閉文本窗口； (3) 點擊【OK】后開始求解； (4) 點擊【Close】。 后處理 ( Postprocessing) 1 繪變形圖 (1) 點擊【Main Menu】【General Postproc】【Plot Results】【Deformed Shade】；(2) 選取 Del+unde

8、formed 選項，然后點擊【OK】。 2 顯示節(jié)點位移 (1) 點擊【Main Menu】【General Postproc】【List Results】【Nodal Solution】； (2) 選擇 DOF solution 中 All DOFs 項，然后點擊【OK】。(3) 瀏覽節(jié)點位移值，然后關(guān)閉文本窗口。 3 顯示應(yīng)力 (1) 點擊【Main Menu】【General Postproc】【List Results】【Element Solution】； (2) 選擇 Stress 中 Components 項，然后點擊【OK】。(3) 瀏覽單元應(yīng)力值，然后關(guān)閉文本窗口。 4 畫

9、Von Mises 等應(yīng)力云圖 (1) 點擊【Main Menu】【General Postproc】【Plot Results】【Contour plot】【Nodel Solu】； (2) 選擇 Stress 族中 Von Mises 等效應(yīng)力，然后點擊【OK】。 5 詢問應(yīng)力 (1) 點擊【Main Menu】【General Postproc】【Query Results】【Nodal Solu】； (2) 選擇 Von Mises 應(yīng)力，然后點擊【OK】；（問題：Von Mises 應(yīng)力是什么應(yīng)力？） (5) 任意點取節(jié)點，觀察其應(yīng)力值； (6) 點擊【OK】按鈕，關(guān)閉菜單。 6 顯

10、示約束反力 (1) 點擊【Main Menu】【General Postproc】【List Results】【Reaction Solu】； (2) 選擇 All struc forc F，然后點擊【OK】； (3) 瀏覽約束反力后關(guān)閉文本輸出窗。 退出 ANSYS 點擊工具欄上【Quit】按鈕，選擇 quit - no save! 復(fù)選框，再點擊【OK】。四、ANSYS命令流文件/TITLE, 有限元基礎(chǔ)及應(yīng)用例題4-6/PREP7ET, 1, PLANE182, , , 3, R, 1, 1MP, EX, 1, 1.0E+6 MP, NUXY, 1, 0.3 N, 1, 0, 2N, 2

11、, 0, 1N, 3, 1, 1N, 4, 0, 0N, 5, 1, 0N, 6, 2, 0E, 3, 1, 2E, 5, 2, 4E, 2, 5, 3E, 6, 3, 5EPLOTFINISH/SOLUD, 1, UX, 0D, 2, UX, 0D, 4, ALL, 0D, 5, UY, 0D, 6, UY, 0F, 1, FY, -1000SOLVEFINISH/POST1PLDISPPRDISPPRESOL, ELEMFINISH/EXIT,NOSAV實驗二： 帶孔矩形薄板靜力分析 完成教材第6873頁例題。實驗三： 利用對稱性計算帶孔矩形薄板靜力分析一、實驗課題 矩形薄板厚 2 mm，

12、中間有一半徑 R = 25 mm 的圓孔，兩側(cè)受有 10 N/mm 均布拉力，已知薄板材料的彈性模量 E = 200 GPa，泊松比為 m = 0.3。由于結(jié)構(gòu)及載荷均對稱，可取四分之一來計算，計算模型如圖所示。二、實驗要求 1 掌握映射網(wǎng)格劃分方法； 2 掌握控制網(wǎng)格疏密的方法；3 掌握顯示變形圖，應(yīng)力云圖，位移矢量圖的方法4 掌握交互式查詢某點位移，應(yīng)力的方法。三、實驗步驟： 建立有限元模型 1 輸入標題 (1) 點擊【File】【Change Title】，輸入標題“Plane Stress ProblemThin plate with a hole”； (2) 點擊【OK】按鈕。 2

13、選擇分析類型 (1) 點擊【Preferences】，選擇 structural 復(fù)選框，然后點擊【OK】按鈕。 3 確定單元類型 (1) 點擊【Preprocessor】【Element Type】【Add/Edit/Delete】； (2) 點擊【Add】，選擇 structural solid 族中 8 node 183 單元，再點擊【OK 】； (3) 點擊【Options】鈕，在 Element behavior K3 行選擇 plane stress + w / thk ； (4) 點擊【OK】鈕，再點擊【Close】關(guān)閉對話框。 4 定義板厚 (1) 點擊【Preprocesso

14、r】【Real Constants】【Add/Edit/Delete】； (2) 點擊【Add】，再點擊【OK 】，輸入板厚 2，再點擊【OK 】，關(guān)閉 real constant 對話框。 5 定義材料性質(zhì) (1) 點擊【Preprocessor】【Material Props】【Material Models】再依次雙擊【Structural】【Linear】【Elastic】【Isotropic】； (2) 輸入彈性模量 200E+9，泊松比 0.3，然后點擊【OK】并關(guān)閉材料定義窗口。6 建立幾何模型 (1) 點擊【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Are

15、as】【Rectangle】【By Dimenssion】； 輸入矩形對角點 x1 = 0 , x2 = 150 , 和 y1 = 0 , y2 = 100 ，然后點擊【OK】。 (2) 點擊【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Areas】【Circle】【solid circle】； 輸入圓心和半徑 wp x = 0, wp y = 0, radius = 25 ，然后點擊【OK】。 (3) 點擊【Preprocessor】【Modeling】【Operate】【Booleans】【Subtract】【Areas】 先選擇矩形并點擊【OK】，再選擇實心圓，然后點

16、擊【OK】。 (4) 點擊【PlotCtrls】【Numbering】，打開 Line numbers 復(fù)選框，點擊【OK】退出。 (5) 點擊【Plot】【Lines】。 (6) 點擊【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Lines】【Lines】【Normal to Line】； 在圖形窗拾取 L5 ，點擊【Apply】；選取矩形右上角頂點，單擊【OK】。 (7) 點擊【Preprocessor】【Modeling】【Operate】【Booleans】【Divide】【Areas by Line】； 先選矩形面積，點擊【Apply】，再選剖分線 L4，單擊【O

17、K】，完成剖分。 (8) 點擊【PlotCtrls】【Numbering】，選中Area numbers復(fù)選框，點擊【OK】退出。 (9) 點擊【Plot】【Areas】。 (10) 點擊【File】【Save as】，輸入被保存的文件名，然后點擊【OK】。 7 劃分單元 (1) 點擊【PlotCtrls】【Numbering】，關(guān)閉Area numbers復(fù)選框，點擊【OK】退出；點擊【Plot】【Lines】。 (2) 點擊【Preprocessor】【Meshing】【Size Cntrls】【Manual Size】【Lines】【Picked Lines】； 拾取 L4，點擊【App

18、ly】，輸入劃分份數(shù) 30，劃分比例 3，點擊【Apply】； 再拾取 L9 ，L10，點擊【Apply】，將劃分比例改為 0.3333，點擊【Apply】； 再拾取兩圓弧 L1，L5，點擊【Apply】，刪除劃分份數(shù)30和劃分比例0.3333，在角度文本框中輸入3，然后單擊【OK】。 (3) 點擊【Preprocessor】【Meshing】【Mesh】【Areas】【Mapped】【3 or 4 side】； 在彈出的對話框中單擊【Pick All】。 求解 1 邊界處理 (1) 點擊【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Displacem

19、ent】【On Lines】； 拾取模型的左邊界，并在拾取窗上點擊【Apply】；選被約束的自由度為 UX ，輸入被約束處的位移值 0 ，點擊【Apply】； 再選中模型下邊界，并在拾取窗上點擊【Apply】； 選擇被約束的自由度為 UY (注意不要包含 UX 方向) ，點擊【OK】，關(guān)閉對話框。 2 定義載荷 (1) 點擊【Solution】【Define Loads】【Apply】【Structural】【Pressure】【On Lines】； (2) 選中右邊界，并點擊【OK】,輸入載荷值 -10 然后點擊【OK】。（注：為何為負值？） 3 求解 (1) 點擊【Solution】【So

20、lve】【Current LS】【OK】,開始求解； (2) 點擊【Close】，求解結(jié)束，關(guān)閉文本窗口。 后處理 ( Postprocessing) 1 顯示節(jié)點位移 (1) 點擊【General Postproc】【List Results】【Nodal Solution】； (2) 選擇 DOF solution 中 All DOFs 項，然后點擊【OK】。瀏覽后關(guān)閉文本窗口。 2 繪位移矢量圖 (1) 點擊【General Postproc】【Plot Results】【Vector Plot】【Predefined】； (2) 選取 DOF solution 及 Translatio

21、n U 選項，以及 Vector mode 然后點擊【OK】。 3 畫 Von Mises 等應(yīng)力線 (1) 點擊【General Postproc】【Plot Results】【Contour plot】【Nodel Solu】； (2) 選擇應(yīng)力族中 Von Mises 等效應(yīng)力，然后點擊【OK】。4 詢問應(yīng)力 (1) 點擊【General Postproc】【Query Results】【Subgrid Solu】； (2) 選擇 Von Mises 應(yīng)力，然后點擊【OK】； (3) 任意點取節(jié)點，觀察其應(yīng)力值； (4) 點擊【OK】按鈕，關(guān)閉菜單。 5 動畫顯示應(yīng)力 (1) 點擊【PlotCtrls】【Animate】【Deformed Results】； (2) 第一框輸入動畫幀數(shù)10，第二框輸入間隔時間0.5，其余兩框選擇 Stress 和 Von Mises SEQV。然后點擊【OK】。 退出 ANSYS 點擊工具欄上【Quit】按鈕，選擇 quit - no save! 復(fù)選框，再點擊【OK】。四、命令流文件/BATCH/TITLE, Static Analysis of the Plate with a Hole ANSYS-901/PREP7KEYW, PR_STRUC, 1 !設(shè)置結(jié)構(gòu)分析類型ET, 1, PLANE4