有限元分析及優(yōu)化設(shè)計實驗指導(dǎo)

《有限元分析及優(yōu)化設(shè)計》實驗指導(dǎo)書桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院莊未編2012年05月

實驗一:平面問題的結(jié)構(gòu)分析計算實驗?zāi)康牧私釧NSYS軟件的基本功能與應(yīng)用范圍；熟悉在計算機(jī)上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結(jié)合具體平面問題實例,利用ANSYS軟件進(jìn)行計算分析；時間許可,可對上述實例利用有限元方法進(jìn)行計算，并與ANSYS計算結(jié)果進(jìn)行分析比較.實驗內(nèi)容1.結(jié)合具體平面問題實例,利用ANSYS軟件進(jìn)行計算分析；2.利用ANSYS軟件進(jìn)行建模，并施加約束和載荷；3對計算結(jié)果進(jìn)行比較分析與討論；4.時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進(jìn)行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結(jié)果進(jìn)行分析比較.實驗預(yù)習(xí)報告內(nèi)容要求實驗預(yù)習(xí)報告在實驗前寫好，其主要內(nèi)容應(yīng)包括：復(fù)習(xí)有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應(yīng)包含的內(nèi)容；提供具體平面問題的結(jié)構(gòu)簡圖,畫出計算模型；對給定的平面問題實例的結(jié)果進(jìn)行預(yù)估,以供計算后進(jìn)行比較討論用；上機(jī)實踐舉例一）如圖1所示的6結(jié)點4單元平面應(yīng)力平板問題.各三角形單元的直角邊的長度為α=10mm,假設(shè)平板的厚度t=5mm,材料均勻,其彈性模量E=200GPa,泊松比=0.3.今在結(jié)點1處,豎直向下作用一個力P=1,若不計平板重量(即設(shè)容重=0).利用ANSYS軟件進(jìn)行分析。圖1二）、求解下圖所示的平面問題。圖2實驗二：軸對稱實體結(jié)構(gòu)靜力有限元分析實驗?zāi)康牧私釧NSYS軟件的基本功能與應(yīng)用范圍；熟悉在計算機(jī)上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結(jié)合具體實體問題實例,利用ANSYS軟件進(jìn)行計算分析；時間許可,可對上述實例利用有限元方法進(jìn)行計算，并與ANSYS計算結(jié)果進(jìn)行分析比較.實驗內(nèi)容1.結(jié)合具體實體問題實例,利用ANSYS軟件進(jìn)行計算分析；2.利用ANSYS軟件進(jìn)行建模，并施加約束和載荷；3對計算結(jié)果進(jìn)行比較分析與討論；4.時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進(jìn)行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結(jié)果進(jìn)行分析比較.實驗預(yù)習(xí)報告內(nèi)容要求實驗預(yù)習(xí)報告在實驗前寫好，其主要內(nèi)容應(yīng)包括：復(fù)習(xí)有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應(yīng)包含的內(nèi)容；提供具體實體問題的結(jié)構(gòu)簡圖,畫出計算模型；對給定的實體問題實例的結(jié)果進(jìn)行預(yù)估,以供計算后進(jìn)行比較討論用；上機(jī)實踐舉例實驗三:桿系結(jié)構(gòu)有限元分析計算實驗?zāi)康牧私釧NSYS軟件的基本功能與應(yīng)用范圍；熟悉在計算機(jī)上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結(jié)合具體桿實例,利用ANSYS軟件的交互模式（InteractiveMode/GUI方式）進(jìn)行計算分析；對所取的具體實例的ANSYS計算結(jié)果，進(jìn)行分析比較與討論；時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進(jìn)行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結(jié)果進(jìn)行分析比較.實驗內(nèi)容1.結(jié)合具體梁與剛架結(jié)構(gòu)實例,利用ANSYS軟件進(jìn)行計算分析；2.利用ANSYS軟件進(jìn)行建模，并施加約束和載荷；3對計算結(jié)果進(jìn)行討論分析；4.對上述實例的計算結(jié)果,與用其他方法進(jìn)行計算得到的結(jié)果作分析比較。實驗預(yù)習(xí)報告內(nèi)容要求實驗預(yù)習(xí)報告在實驗前寫好，其主要內(nèi)容應(yīng)包括：復(fù)習(xí)有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應(yīng)包含的內(nèi)容；提供具體梁實例的結(jié)構(gòu)簡圖,畫出計算模型；對給定的實例的結(jié)果進(jìn)行預(yù)估,以供計算后進(jìn)行比較討論用；上機(jī)實踐舉例用ANSYS求解如圖所示三桿平面桁架的問題圖三桿平面桁架已知：各桿的面積為A1＝32.30e-4m2,A2=38.70e-4m2,A3=25.80e-4m2,各桿的彈性模量為E1=6.9E10N/m2,E2=E3=20.7e10N/m2,橫桿與豎桿的長度a=2.54m，桁架結(jié)構(gòu)所受的載荷為用ANSYS求解的命令流：/UNITS,SI！國際單位制/TITLE,EXP1-2A:TRUSSSTRUCTURALANASYS/PREP7！進(jìn)入前處理器ET,1,LINK1R,1,32.3E-4!A1＝32.30e-4mR,2,38.7E-4!A2=38.70e-4mR,3,25.8E-4!A3=25.80e-4mMP,EX,1,6.9E10!E1=6.9E10N/m2MP,EX,2,20.7E10!E2=E3=20.7e10N/m2N,1,2.54,2.54!節(jié)點坐標(biāo)N,2,2.54,0N,3,0,0TYPE,1！單元信息REAL,1MAT,1E,2,3TYPE,1REAL,2MAT,2E,1,2TYPE,1REAL,3MAT,2E,1,3FINISH/SOLU！進(jìn)入求解處理器ANTYE,STATIC！靜力分析OUTPR,BASIC,ALLD,3,ALL,0！進(jìn)行邊界處理D,2,UY,0F,1,FX,111000！加入節(jié)點載荷F,1,FY,22200ALLSELSOLVEFINISH/POST1！進(jìn)入后處理器PLDISP！顯示數(shù)據(jù)列表（列出變形資料）PRDISP！顯示圖形列表（檢查變形圖）FINISH注：用命令流運行的具體方法是：用記事本編輯完命令流，存盤時以*.log為后綴名。啟動ANSYS點擊FILE下的READINPUTFROM…這時彈出尋找文件對話框找到剛才做好的文件，再點擊確定按鈕。這時ANSYS將運行完程序。求解結(jié)果PRINTDOFNODALSOLUTIONPERNODE*****POST1NODALDEGREEOFFREEDOMLISTING*****LOADSTEP=1SUBSTEP=1TIME=1.0000LOADCASE=0THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINGLOBALCOORDINATESNODEUXUY10.17747E-02-0.28156E-0320.00000.000030.00000.0000MAXIMUMABSOLUTEVALUESNODE11VALUE0.17747E-02-0.28156E-03四．結(jié)論使用ANSYS求解的結(jié)果與手工有限元方法求解的結(jié)果相同，驗證了ANSYS求解的正確性。實驗四：剛架結(jié)構(gòu)有限元分析實驗?zāi)康牧私釧NSYS軟件的基本功能與應(yīng)用范圍；熟悉在計算機(jī)上運用ANSYS軟件的基本步驟和方法；結(jié)合具體桿丶梁與剛架實例,利用ANSYS軟件的交互模式（InteractiveMode/GUI方式）進(jìn)行計算分析；對所取的具體實例的ANSYS計算結(jié)果，進(jìn)行分析比較與討論；時間許可,可對上述實例利用ANSYS的非交互模式（BatchMode/命令流的方式）再進(jìn)行一次計算，并與用ANSYS交互模式的計算結(jié)果進(jìn)行分析比較.實驗內(nèi)容1.結(jié)合具體梁與剛架結(jié)構(gòu)實例,利用ANSYS軟件進(jìn)行計算分析；2.利用ANSYS軟件進(jìn)行建模，并施加約束和載荷；3對計算結(jié)果進(jìn)行討論分析；4.對上述實例的計算結(jié)果,與用其他方法進(jìn)行計算得到的結(jié)果作分析比較。實驗預(yù)習(xí)報告內(nèi)容要求實驗預(yù)習(xí)報告在實驗前寫好，其主要內(nèi)容應(yīng)包括：復(fù)習(xí)有限元法基本原理、解題方法與步驟等,建立有限元模型應(yīng)包含的內(nèi)容；提供具體梁實例的結(jié)構(gòu)簡圖,畫出計算模型；對給定的實例的結(jié)果進(jìn)行預(yù)估,以供計算后進(jìn)行比較討論用；上機(jī)實踐如下圖所示，有一左段全固定的長為500mm，寬為50mm，厚為10mm的懸臂梁，在梁的中間施加大小為100N的向下的力，圖一）利用ANSYS（GUI方式）進(jìn)行懸臂梁分析的建模過程：定義關(guān)鍵點：preprocessor>modeling>creat>keypoints>inactiveCS定義直線：preprocessor>modeling>creat>lines>lines>straightline選擇單元，選擇BEAM3單元，preprocessor>elementtyupe>add/edit/delete定義BEAM3單元橫截面幾何參數(shù)，preprocessor>realconatanta>add在彈出的realconstantsforbeam3窗口中輸入梁單元實常數(shù)：梁橫截面面積（cross-sedctionalarea）:100面積轉(zhuǎn)動慣量（areamomentofinertiaIZZ）:833.333梁的高度（totalbeamheight）:105.定義材料屬性定義鋼的彈性模量和泊松比，Preprocessor>materialprops>metrialmodels>structural>linear>elastic>isotropic劃分網(wǎng)格preprocessor>meshing>meshtool網(wǎng)格邊長取100mm選擇分析類型Solution>analysistype>newanalyis>static定義約束Solution>defineload>apply>structural>displacement>onkeypoints施加壓力Solution>defineload>apply>structural>force/moment>onkeypoints施加載荷Solution>defineload>apply>structural>presasure>onbeams求解Solution>solve?currentLS10查看分析結(jié)果Generalpostproc>plotresults>nodalsolu二）用ANSYS求解的命令流：/FILNAM，EX2-5/TITLE,CANTILERVERBEAMDEFLECTION/UNITS,SI/PREP7！進(jìn)入前處理器ET,1,BEAM3！梁單元MP,EX,1,200E9!彈性模量E=200E9N/m2R,1,3E-4,2.5E-9,0.01!A=3E-4m2,I=2.5E-9m4,H=0N,1,0,0$N,2,1,0！定義節(jié)點坐標(biāo)N,3,2,0$N,4,3,0$N,5,4,0E,1,2$E,2,3$E,3,4$E,4,5！定義單元FINISH/SOL