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有限元上机实验报告(1)


工程有限元与数值计算上机实验报告
姓名:熊健学号:2150100196 班级:机械 56

上机实验一:ANSYS 经典训练
2.1 三角桁架的 ANSYS 仿真分析与 MATLAB 编程 (1)MATLAB 仿真结果截图:

(2)MATLAB 主程序:
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E=2.1e11; A=0.01; x1=0; y1=0; x2=sqrt(3); y2=0; x3=0; y3=1; alpha1=0; alpha2=90; alpha3=150; k1=Bar2D2Node_Stiffness(E,A,x1,y1,x2,y2,alpha1) k2=Bar2D2Node_Stiffness(E,A,x1,y1,x3,y3,alpha2) k3=Bar2D2Node_Stiffness(E,A,x2,y2,x3,y3,alpha3) KK=zeros(6,6); KK=Bar2D2Node_Assembly(KK,k1,1,2); KK=Bar2D2Node_Assembly(KK,k2,1,3); KK=Bar2D2Node_Assembly(KK,k3,2,3) % k=KK([3,4],[3,4]) % p=[10000,10000]; % u=k\p q=[0 0 0.000022538 0.000077135 0 0]'; P=KK*q u1=[q(1);q(2);q(3);q(4)] stress1=Bar2D2Node_Stress(E,x1,y1,x2,y2,alpha1,u1) u2=[q(1);q(2);q(5);q(6)] stress2=Bar2D2Node_Stress(E,x1,y1,x3,y3,alpha1,u1) u3=[q(3);q(4);q(5);q(6)] stress3=Bar2D2Node_Stress(E,x2,y2,x3,y3,alpha1,u1) 其中求得个节点支反力为: P =(-27326N,0N,10004N,10001N,17322N,-10001N) 单元 1 受力:stress1 = 2732600pa; 单元 2 受力:stress2 = 4732980pa; 单元 3 受力:stress3 = 2366500pa

(3)ANSYS 仿真过程及结果: ① 进 入 ANSYS( 设 定 工 作 目 录 和 工 作 文 件 ) 程 序 → ANSYS → ANSYS Interactive→Working directory (设置工作目录)→Initialjobname(设置 工作文件名): planetruss→Run→OK(也可以直接进入)
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②设置计算类型: ANSYS Main Menu: Preferences?→Structural→OK

③选择单元类型: ANSYS Main Menu: Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete? →Add?→Link:3D finit stn180→OK (返回到 Element Types 窗口)→ Close

④定义材料参数: ANSYS Main Menu: Preprocessor→Material Props→Material Models→ Structural→Linear →Elastic→Isotropic: EX:2.1e11 (弹性模量), PRXY: 0.3(泊松比)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口

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⑤定义实常数以确定单元的截面积: ANSYS Main Menu: Preprocessor→Real Constants?→Add/Edit/Delete → Add → Type 1 → OK → Real ConstantSetNo:1( 第 1 号 实 常 数),AREA:0.01(单元的截面积)→OK→Close

⑥生成单元以及划分网格: ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Creat → Nodes → In Active CS→Node number 1→X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 2→ X:0.4,Y:0,Z:0→Apply→Node number 3→X:0.4,Y:0.3,Z:0→Apply→Node number 4→X:0,Y:0.3,Z:0→OK ANSYS Main Menu:Preprocessor → Modeling → Create → Elements →
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Elem Attributes(接受默认值)→Usernumbered→Thrunodes→OK→ 选择 node1 和 node2→Apply→选择 node2 和 node3→Apply→选 择 node1 和 node3→Apply→选择 node4 和 node3→Apply→OK

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⑦模型施加约束和外载: 添加位移的约束,分别将 1 节点 X 所有方向、 2 节点 Y 方向、 4 节点的 X 和 Y 方向位移约束。 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Displacement→On Nodes→用鼠标选择节点 1→Apply→Lab2 DOFs: All DOF → Apply →用鼠标选择节点 2 → Apply → Lab2 DOFs: UY → Apply→用鼠标选择节点 4→ Apply → Lab2 DOFs:All DOF,→OK

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⑧加载集中力: ANSYS Main Menu:Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/moment→On Nodes→用鼠标选择结构节点 2→ Apply→FX, VALUE:20000→Apply→用鼠标选择结构节点 3→Apply→FY,VALUE: -25000→OK

⑨分析计算: ANSYS Main Menu: Solution → Solve → Current LS → OK → Should The Solve CommandbeExecuted?Y→Close (Solution is done! )→ 关闭文字窗口 9
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⑩结果显示: ANSYS Main Menu: General Postproc → Plot Results → Deformed Shape ?→Def + Undeformed→OK (返回到 Plot Results)→Contour Plot→Nodal Solu ?→DOF solution→Displacement vector sum(可以 看到位移云图) ANSYS Main Menu: General Postproc→List Results→Nodal solution→ DOFsolution→Displacement vector sum 一.生成单元 Y 方向形变图:

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二.各节点受力情况:

__

三.各杆受力情况:

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2.2 刚架梁机构 ANSYS 仿真分析
(1)ANSYS 仿真过程及结果: ①启动 ANSYS 12.0。 ②定义单元类型: 选择菜单项 Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,定义单元 类型为 Beam188。

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③添加梁的材料参数: 选择菜单项 Preprocessor>Material Props>Material Models, 添加材料 的弹性模量 2.1e11,泊松比 0.3。

④设置梁的截面参数: 选择菜单项 Section>Beam>Common Sections, 在弹出的对话框中设置两组矩形截面参数,第一组为 2×4,第二组 为 5×4。

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⑤建立梁的有限元模型: 首先创建关键点:选择菜单项 Preprocessor >modeling >Create >Keypoints >In Active CS,依次创建关 键点 1(0,0,0), 2(36,0,0), 3(60,0,0), 4(120,0,0)。通过关键点 1 和 2, 2 和 3, 3 和 4 创 建线 L1, L2, L3。

⑥ 对 已 建 立 的 模 型 进 行 网 格 划 分 。 选 择 菜 单 项 Preprocessor >Meshing >Size Cntrls >SmartSize >Adv Opts, 网格尺寸设 置为 1.2。 在 Preprocessor> Meshing>Mesh Attributes >Default Attribs 中选择截面参数第一组, 再选择菜单项 Preprocessor >Meshing>Mesh> Lines,对 L1, L2 进行网格划分。 类似地选择截面参数第二组,对 L3 进行网格划分。

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⑦对已建立的有限元模型施加边界条件。 先 对 节 点 施 加 位 移 约 束 。 选 择 菜 单 项 Preprocessor >Loads>DefineLoads >Apply >Structural>Displacement>O n Nodes,约束节点(0,0,0)的自由度 UZ,约束节点 (120,0,0) 的所有自由度。 对单元施加力约束。 首先对 x 坐标在 36 到 120 之 间的梁单元施加压力约束, 选择菜单项 Utilities>Select>Entities, 选择 x 坐标在 36 到 120 之间的梁单元,并在同样的路径中选择与这段 梁单元关联的所有元素,再选择菜单项 Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply >Structural >Pressure>OnBeams,对所选单元施加压力 p=200/12。15

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⑧求解: 选择菜单项 Solution>Solve>Current LS,在弹出的 Solve Current Load Step 对话框中单击 OK 进行求解。在求解结束后,点 Finish 菜单项, 退出求解器。

⑨显示计算结果: 打开菜单项 General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu, 选 择 Stress>X-Component of stress, 再 选 择 菜 单 项 General Postproc >ElementTable >Define Table , 创 建 图 表 SMIS6,SMIS12(Add>by sequence num>SIMSC>填入对应序号) ,然后在 General Postproc >Plot Results >Contour Plot >Line Elem Res 中选择 SMIS6,SMIS12,使用 Element Solutionh 和 List Results 得到单元的应 力分布杆受力情况和节点受力情况:

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2.弯矩图和剪力图:

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