有限元分析报告
有限元分析实验报告(总16页)
有限元分析实验报告(总16页)
一、实验介绍
《有限元分析实验》是一门介绍有限元（Finite Element，FE）分析技术和其应用的
实验课程。
本实验关注有限元分析的模拟原理和方法。
实验的主要内容是用有限元的概念
在ANSYS软件中进行结构力学分析。
主要涉及载荷分析、屈曲、几何非线性及拓扑优化等
内容。
二、实验仪器及软件
1.仪器设备：绘图仪、计算机、网络线缆
2.软件：ANSYS 、AutoCAM
三、设计要求
1.以ANSYS软件进行结构力学分析。
2.针对给定结构，设计并进行一维载荷分析，并对多自由度系统非线性载荷进行考虑，考虑实验/实测材料材料屈曲与应变的变形行为。
3.由于结构的复杂性，需要进行拓扑优化，提高结构的刚度和强度，并最终获得合理
的设计。
四、实验结果
通过软件模拟的过程，获得了结构的建模、载荷变形、板材截面结构的优化和变形分
析等数据。
通过这些数据，结构的刚度和强度得到了大幅增强，可以很好地满足设计要求。
在材料变形分析方面，不论是应变还是屈曲方面，力与变形之间的关系也得到了明确的表示，用于进一步对其进行后续实验处理。
五、结论
通过本次实验，我们能够得出以下几个结论：
1.通过有限元（Finite Element，FE）分析的模拟，我们可以更有效地求解复杂的结
构力学问题，从而提高能源利用效率。
2.有限元分析不仅可以识别结构的局部变形行为，还可以用于优化结构，提高其刚度
和强度。
3.有限元可以用于几何非线性及拓扑优化方面的研究，具有重要的技术意义和应用价值。
(完整word版)有限元分析大作业报告要点
有限元分析大作业报告试题1：一、问题描述及数学建模图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较：（1）分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；（2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算；（3）当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。
该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图所示。
二、采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算1、有限元建模（1）设置计算类型：两者因几何条件和载荷条件均满足平面应变问题，故均取Preferences 为Structural（2）选择单元类型：三节点常应变单元选择的类型是Solid Quad 4 node182；六节点三角形单元选择的类型是Solid Quad 8 node183。
因研究的问题为平面应变问题，故对Element behavior（K3）设置为plane strain。
（3）定义材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3（4）建几何模型：生成特征点；生成坝体截面（5）网格化分：划分网格时，拾取lineAB和lineBC，设定input NDIV 为15；拾取lineAC，设定input NDIV 为20，选择网格划分方式为Tri+Mapped，最后得到600个单元。
（6)模型施加约束：约束采用的是对底面BC 全约束。
大坝所受载荷形式为Pressure ，作用在AB 面上，分析时施加在L AB 上，方向水平向右，载荷大小沿L AB 由小到大均匀分布。
以B 为坐标原点，BA 方向为纵轴y ，则沿着y 方向的受力大小可表示为：}{*980098000)10(Y y g gh P -=-==ρρ2、 计算结果及结果分析 （1） 三节点常应变单元三节点常应变单元的位移分布图三节点常应变单元的应力分布图（2）六节点三角形单元六节点三角形单元的变形分布图六节点三角形单元的应力分布图①最大位移都发生在A点，即大坝顶端，最大应力发生在B点附近，即坝底和水的交界处，且整体应力和位移变化分布趋势相似，符合实际情况；②结果显示三节点和六节点单元分析出来的最大应力值相差较大，原因可能是B点产生了虚假应力，造成了最大应力值的不准确性。
有限元分析试验报告
有限元分析试验报告
一、试验目的
本次试验的目的是采用有限元分析方法对某零部件进行应力分析，为零部件的优化和设计提供参考。
二、试验原理
有限元分析是采用数学方法对工程结构进行分析，以预测其在外载作用下的变形和应力，从而确定结构的强度和刚度。
分析时将结构划分为有限数量的小单元，利用元件所具有的基本物理特性和相应的数学方程式，计算出每个单元或整个结构的位移、变形、应力等基本的力学量。
三、试验步骤
1.了解零部件的结构和使用环境，建立有限元模型。
2.导入有限元软件，对建立的有限元模型进行网格划分。
3.分配材料性质和加载条件。
4.运行分析，得出计算结果。
5.对计算结果进行分析和评估，对零部件的设计进行改进。
四、试验结果
通过有限元分析，我们得出了零部件在不同工况下的应力云图和变形云图，可以清晰地看到零部件的应力集中区域和变形程度。
同时，我们对零部件的设计进行了改进，使其在承受外力时具有更好的强度和刚度。
五、结论
通过这次试验，我们了解了有限元分析在工程设计中的应用，掌握了分析流程和技术方法。
在实际工程设计中，有限元分析是一种非常重要的工具，有助于提高设计质量和降低成本，值得工程师们广泛运用。
有限元研究报告
有限元研究报告有限元研究报告有限元分析是一种通过数值方法求解工程问题的方法，广泛应用于结构力学、热力学、流体力学等领域。
本文将介绍有限元分析在结构力学领域的研究成果。
首先，我们介绍了有限元分析的基本原理。
有限元分析将结构分割成有限个小单元，利用数值计算方法，求解每个小单元的位移场和应力场，将所有小单元的位移场和应力场组合起来，得到整个结构的位移场和应力场。
有限元分析可以用于解决复杂结构的应力、应变、位移等问题，并可以预测结构在外部荷载作用下的变形和破坏情况。
然后，我们介绍了有限元分析在结构优化设计中的应用。
通过有限元分析，可以评估和优化结构的性能。
我们可以改变结构的几何形状、材料性质和边界条件等参数，通过有限元分析计算不同参数下的结构响应，然后根据设计需求进行优化。
有限元分析在结构优化设计中可以提供较为准确的结果，并能够快速地评估不同设计方案的性能。
接着，我们介绍了有限元分析在结构异常行为分析中的应用。
通过有限元分析，可以模拟和预测结构在不同异常工况下的行为。
例如，我们可以模拟结构在地震、爆炸等异常荷载下的响应，分析结构的稳定性和安全性。
有限元分析在结构异常行为分析中可以提供关键的技术支持，帮助工程师预测和避免结构的异常破坏。
最后，我们介绍了有限元分析在结构动力响应分析中的应用。
通过有限元分析，可以模拟和预测结构在不同动力荷载下的响应。
例如，我们可以模拟桥梁在车辆行驶时的振动响应，分析结构的动力特性和振动响应。
有限元分析在结构动力响应分析中可以提供重要的技术支持，帮助工程师优化结构设计，提高结构的动力性能。
综上所述，有限元分析在结构力学领域有着广泛的应用。
通过有限元分析，我们可以解决复杂结构的应力、应变、位移等问题，评估和优化结构的性能，模拟和预测结构在不同异常工况和动力荷载下的响应。
有限元分析不仅提供了有效的工具，也为工程师提供了重要的技术支持，帮助工程师更好地设计和分析结构。
有限元分析报告书【范本模板】
轴流式通风机叶轮与机座有限元分析分析与优化报告书第2 页共47 页目录第一部分机座的有限元分析与优化—-———--—--—--—--———--——---——--——--—- 41。
1 机座分析的已知条件--—--—--—--—-----—-———---—-————--—-—-——-—— 41。
2 材料的力学性能--—--——-—-——--———-——-—--——---—--------—-————--- 41。
3 有限元分析模型——-—-—--—-—--—------——----———-————-———------—-- 41.3.1 分析前的假设--——-——-——---—-———-——-—---———-—---—-————— 41。
3.2 建立分析模型—--—-————--———---—————--—--—-————-——---—— 51。
3.3 建立有限元分析模型—-——-——-————---———--———-----—--—-- 71.4 计算结果——----——----—--—--—--—————---------———-—————————-—---— 71.4.1 变形结果———---—-——-—-—--——-------——-------—-——————-—-—- 71.4.2 应力结果-——-—--————-----——-—-——--—-—--—-——-—--————----— 81.4。
3 路径结果—-——-----——-—----——-—---—-—-—-———--——--————---- 111。
4。
4 分析结果评判-———-----———-----——-———-—-----——--—--—--—- 131.5 机座优化-———-—---—————-—-------——--——--——--——-——-—---——--—---- 141.5。
1 优化参数的确定—-—-—--—---—-——------——--——-----————-—— 141.5。
有限元分析实验报告
有限元分析实验报告有限元分析实验报告一、实验基本要求根据实验指导书的要求能够独立的使用ANSYS 软件操作并在计算机上运行，学会判断结果及结构的分析，学会建立机械优化设计的数学模型，合理选用优化方法，独立的解决机械优化设计的实际问题。
二、实验目的1. 加深对机械优化设计方法的理解2. 掌握几种常用的最优化设计方法3. 能够熟练使用ANSYS 软件操作，培养学生解决案例的能力4. 培养学生灵活运用优化设计方法解决机械工程中的具体实例三、实验软件及设备计算机一台、一种应用软件如ANSYS四、实验内容实验报告例题实训1——衍架的结构静力分析图2-2所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一个方向向下的力F y , 衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。
试计算各杆件的受力。
其他已知参数如下: 弹性模量（也称扬式模量）E=206GPa；泊松比μ=0.3；作用力F y =-1000N；杆件的2横截面积A=0.125m.一、 ANSYS8.0的启动与设置图2-2 衍架结构简图1．启动。
点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。
图2-4 Preference 参数设置对话框2．功能设置。
电击主菜单中的“Preference ”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural ”复选框，点击“OK ”按钮，关闭对话框，如图2-4所示。
本步骤的目的是为了仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。
3．系统单位设置。
由于ANSYS 软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。
在命令输入栏中键入“/UNITS，SI ”，然后回车即可。
（注：SI 表示国际公制单位）二单元类型，几何特性及材料特性定义1．定义单元类型。
2．定义几何特性。
3．定义材料特性。
三衍架分析模型的建立1．生成节点。
有限元分析报告
有限元法在工程领域的发展现状和应用有限元法(Finite Element Method,FEM),是计算力学中的一种重要的方法,它是20世纪50年代末60年代初兴起的应用数学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学。
有限元法最初应用在工程科学技术中,用于模拟并且解决工程力学、热学、电磁学等物理问题。
对于过去用解析方法无法求解的问题和边界条件及结构形状都不规则的复杂问题,有限元法则是一种有效的分析方法。
近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：（1）增加产品和工程的可靠性（2）在产品的设计阶段发现潜在的问题（3）经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本（4）模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费一、有限元法的基本思想有限元法的基本思想是先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。
由于单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身又可以有不同形状,因此可以模拟成不同几何形状的求解小区域;然后对单元(小区域)进行力学分析,最后再整体分析。
这种化整为零,集零为整的方法就是有限元的基本思路。
有限元法分析计算的思路和做法可归纳如下：1物体离散化将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。
离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算进度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。
所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。
有限元分析(桁架结构)
有限元上机分析报告~学院：机械工程专业及班级：机械设计及其自动化08级7班姓名：***学号：题目编号： 2》1.题目概况结构组成和基本数据结构：该结构为一个六根杆组成的桁架结构，其中四根杆组成了直径为800cm的正方形，其他两根杆的两节点为四边形的四个角。
材料：该六根杆截面面积均为100cm2，材料均为Q235，弹性模量为200GPa，对于直径或厚度大于100mm的截面其强度设计值为190Mpa。
载荷：结构的左上和左下角被铰接固定，限制了其在平面内x和y方向的位移，右上角受到大小为2000KN的集中载荷。
结构的整体状况如下图所示：分析任务】该分析的任务是对该结构的静强度进行校核分析以验算该结构否满足强度要求。
2.模型建立物理模型简化及其分析由于该结构为桁架结构，故认为每根杆件只会沿着轴线进行拉压，而不会发生弯曲和扭转等变形。
结构中每根杆为铰接连接，有集中载荷作用于最上方的杆和最右方杆的铰接点。
单元选择及其分析由于该结构的杆可以认为是只受拉压的杆件，故可以使用LINK180单元，该单元是有着广泛工程应用的杆单元，它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。
这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。
就像铰接结构一样，不承受弯矩。
输入的数据有：两个节点、横截面面积（AREA）、单位长度的质量(ADDMAS)及材料属性。
输出有：单元节点位移、节点的应力应变等等。
由此可见，LINK180单元适用于该结构的分析。
模型建立及网格划分(（1）启动Ansys软件，选择Preferences→Structural，即将其他非结构菜单过滤掉。
（2）选择单元类型：选择Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中选择Link→3d finit stn 180，即LINK180，点击“OK”（3）选择实常数：选择Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete→Add，在出现的对话框中的Cross-sectional area中输入100，点击“OK”。
(完整版)ansys有限元分析报告
桌面受力有限元分析报告班级：机自0805姓名：刘刚学号：200802070515摘要：本报告是在ANSYS10.0的平台上，采用有限元静力学分析方法，对桌面受力进行应力与变形分析。
一、问题描述：桌面长1500mm，宽800mm，厚50mm，桌脚长650mm,为空心圆管,外径70mm,内径60mm,桌面中央300mmX150mm的区域内承受2.5 Mpa的压力，四个桌脚完全固定，假设所有材料为铝合金,弹性模量E=7.071×104 Mpa，泊松比μ=0。
3。
试用Shell63单元模拟桌面、Beam188单元模拟桌脚，分析此桌子的变形及受力情况。
假设桌子的垂直方向最大变形量的许用值为0。
5％(约7。
5mm),该设计是否满足使用要求，有何改进措施?二、定义类型：（1）定义单元类型 63号壳单元和188号梁单元（2）定义材料属性弹性模量E=7.071×104 Mpa泊松比μ=0.3(3）定义63号壳单元的实常数，输入桌面厚度为50mm定义梁单元的截面类型为空心圆柱,内半径30mm，外半径35mm（4) 建立平面模型(5）划分网格利用mapped网格划分工具划分网格（6)施加载荷将四个桌脚完全固定，在桌面中央300mmX150mm的区域内施加向下的2.5 Mpa压力三、分析求解（1）变形量（2）位移云图（3）应力云图四、结果分析根据位移云图可知，蓝色地方的变形量最大，最大变形量为：10.048mm根据应力云图可知，红色地方所受的应力最大，最大应力为：191.73Mpa五、结论由于桌子垂直方向最大变形量为10.048mm，而材料最大许用变形量为7。
5mm 即SMX=10.048mm＞［SMX＝7。
5mm]故:此设计不满足要求，应该重新选择材料。
有限元分析报告模板
有限元分析报告模板1. 引言本文档旨在提供一份有限元分析报告模板，用于记录和展示有限元分析的结果。
有限元分析是一种常用的数值分析方法，用于解决结构力学和热力学问题。
通过将结构划分为有限个小单元，有限元分析能够近似求解结构的应力、应变和变形等参数。
2. 问题描述在本节中，我们将描述待分析的问题。
详细描述问题的几何形状、边界条件和加载情况等。
例如，我们将以一个简单的悬臂梁为例进行说明。
悬臂梁的几何形状为矩形截面，长度为L，宽度为W，高度为H。
其中，梁的一侧通过固定边界条件固定不动，另一侧施加集中力F。
3. 网格划分在本节中，我们将进行网格划分，将问题的几何形状划分为有限个小单元。
我们可以使用一些专业的有限元分析软件，如ANSYS或Abaqus等，来进行网格划分操作。
针对我们的悬臂梁问题，我们可以将其划分为若干个矩形或三角形单元。
4. 材料性质和边界条件在本节中，我们将描述材料性质和边界条件。
材料性质包括弹性模量、泊松比等，而边界条件包括位移约束、力加载等。
对于悬臂梁问题，我们可以假设材料为均匀的弹性材料，边界条件为一侧固定不动，另一侧施加集中力。
5. 有限元模型的建立在本节中，我们将建立有限元模型，将问题转化为一组代数方程。
有限元模型的建立涉及到单元类型选择、单元数目确定等。
我们可以选择合适的单元类型，如梁单元或壳单元等，根据具体情况确定单元数目。
6. 有限元分析在本节中，我们将进行有限元分析，求解代数方程组，得到结构的应力、应变和变形等结果。
有限元分析可以通过数值方法，如有限差分法或有限差分法等，进行求解。
通过有限元分析，我们可以得到悬臂梁在加载条件下的应力分布、应变分布和位移分布等。
7. 结果讨论在本节中，我们将讨论有限元分析的结果。
我们可以对悬臂梁的应力、应变和位移等结果进行分析和评估。
我们可以考虑不同加载条件下的结果差异，或者与理论计算结果进行比较。
通过结果讨论，我们可以评估结构的安全性和合理性。
有限元分析报告
有限元分析报告有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种工程分析方法，通过对结构进行离散建模，然后对每个离散单元进行力学分析，最终得出整个结构的应力、位移等结果。
本报告将对某桥梁结构进行有限元分析，并对分析结果进行详细说明。
1. 结构建模。
首先，我们对桥梁结构进行了建模。
在建模过程中，我们考虑了桥梁的几何形状、材料属性、边界条件等因素。
通过有限元软件，我们将桥梁结构离散为多个单元，并建立了相应的数学模型。
在建模过程中，我们尽可能地考虑了结构的复杂性，以保证分析结果的准确性。
2. 荷载分析。
在建立了结构模型之后，我们对桥梁施加了不同的荷载，包括静载、动载等。
通过有限元分析，我们得出了桥梁在不同荷载下的应力、位移等结果。
同时，我们还对结构的疲劳寿命进行了评估，以确保结构在使用过程中的安全性。
3. 结果分析。
根据有限元分析的结果，我们对桥梁结构的性能进行了分析。
我们发现，在某些局部区域，结构存在应力集中现象；同时，在某些荷载作用下，结构的位移超出了设计要求。
基于这些分析结果，我们对结构的设计提出了一些改进建议，以提高结构的安全性和稳定性。
4. 结论。
通过有限元分析，我们得出了对桥梁结构设计的一些结论。
我们发现，在当前设计下，结构存在一些潜在的安全隐患，需要进行一定的改进。
同时，我们还对结构的使用寿命进行了评估，提出了一些建议。
通过本次有限元分析，我们对桥梁结构的性能有了更深入的了解，为后续的设计和改进提供了重要参考。
综上所述，本报告通过有限元分析，对某桥梁结构的性能进行了评估，并提出了一些改进建议。
有限元分析作为一种重要的工程分析方法，为工程结构的设计和改进提供了重要的技术支持。
希望本报告能对相关工程技术人员提供一定的参考价值。
【精品】有限元分析报告
【精品】有限元分析报告
1、项目简介
本次做的项目是使用有限元方法，对煤矿采空区瓦斯发生器模型进行分析，分析采空
区内瓦斯分布状况，及煤矿采空区内瓦斯渗透速率变化情况。
2、理论基础
本项目使用的是有限元分析方法，它是一种分析空间中受约束的结构模型状态时采用
的数值分析方法，采用有限元分析技术，可以准确预测煤矿采空区瓦斯发生器模型的状态，包括：内部温度分布及瓦斯渗透速率分布情况。
3、模型建立
模型设计分为三部分：一是基础设计，即钻孔煤矿采空区瓦斯生产器模型分析问题，
同时考虑瓦斯灶及直接流出系统；二是热力学模拟，通过有限元分析模型建立温度场，考
虑不同尺度的热力学效应；三是空气液相交互模拟，使用空气和液相控制理论，对瓦斯在
采空区内渗透特征研究，追踪瓦斯的流动路径和渗透效果。
4、结果分析
本次分析的结果表明采空区内瓦斯渗透既受内部温度的影响，也受水平面位置的影响，受控路径瓦斯渗透有明显变化，最低渗透速率为3.3kg/㎥·h，最高渗透速率为18.1kg/㎥·h，平均渗透速率为8.6kg/㎥·h,结果表明，瓦斯的流动路径具有明显的变化趋势，
但其渗透性能较差。
5、结论
本次利用有限元分析技术，对煤矿采空区内瓦斯分布状况及其渗透性进行了分析，结论：采空区内瓦斯渗透状况受内部温度和水平面位置的影响，受控路径瓦斯渗透性能普遍
较差。
有限元分析及理论上机报告
有限元分析及理论上机报告报告（一）Demo7 stress一、问题描述一个承受拉力的平板，在其中心位置有一个小圆孔，其结构尺寸如下图所示，要求分析其结构圆孔处的Mises应力分布。
材料特性：弹性模量E = 210000 MPa，泊松比 =0.3拉伸载荷：P=100MPa平板厚度：d=1mm二、方法概述，建模思路和分析策略1由于薄板只在边缘上受到了平行于板面的并沿厚度均匀分布的力，所以平板处于平面应力状态。
在创建部件（Part）时，薄板的模型所在空间(Space)设置为（2D Planer）,绘制图形。
2由于该平板受力模型的结构和载荷是对称的，所以，可以取用模型的1/4进行分析。
其图形如下所示。
3材料为线弹性材料，其材料属性设置为Elasticity中的Elastic，设置其弹性模量（E=210000MPa）和泊松比（ =0.3）。
薄板属于实体，其截面属性种类为实体（Solid），然后赋予其截面属性。
4由薄板的受力情况和分析要求可知，薄板的应力分析为线性/非线性的静力学分析，所以其分析步的类型为Static、General，不用考虑几何非线性（NLgeom>off）。
5模型所受的载荷为均布压力，使用载荷类型为（pressure）。
由于模型的对称，所以对模型的左侧和底部的边界线设置边界条件，固定边界。
由受力分析结果可得：左侧边界为XSYMM，底部边界为YSYMM。
6中心圆孔处为应力集中区域，且为分析结果要求重点，应局部网格加密。
划分网格，然后提交分析。
三、分析过程中遇到的问题及解决方法分析过程中没有遇到什么问题，但是需要注意几个方面。
1、在定义截面属性时，应注意的是平面应力分析问题的截面属性不是shell，而应该是solide（实体）。
其次注意平面的厚度。
一会吧其次，边界条件应该在分析步的第一步（initial）里添加，否则会导致有限元分析的失败。
载荷的添加应该是在第二步，注意载荷的方向为由里向外—100 三，由于取用的是板子的1/4作为分析的模型，所以将边界条件固定来模仿相应的应力情况，即固定相应边的ＸＹ方向上的坐标。
有限元分析报告样本【范本模板】
《有限元分析》报告基本要求:1. 以个人为单位完成有限元分析计算，并将计算结果上交;(不允许出现相同的分析模型，如相同两人均为不及格）2. 以个人为单位撰写计算分析报告；3. 按下列模板格式完成分析报告；4. 计算结果要求提交电子版，报告要求提交电子版和纸质版.（以上文字在报告中可删除）《有限元分析》报告一、问题描述（要求：应结合图对问题进行详细描述，同时应清楚阐述所研究问题的受力状况和约束情况。
图应清楚、明晰，且有必要的尺寸数据。
）一个平面刚架右端固定，在左端施加一个y 方向的-3000N 的力P1,中间施加一个Y 方向的—1000N 的力P2，试以静力来分析,求解各接点的位移.已知组成刚架的各梁除梁长外，其余的几何特性相同。
横截面积：A=0.0072 m² 横截高度：H=0.42m 惯性矩：I=0.0021028m4ｘ 弹性模量：E=2.06ｘ10n/ m²/泊松比：u=0。
3二、数学模型（要求：针对问题描述给出相应的数学模型,应包含示意图,示意图中应有必要的尺寸数据;如进行了简化等处理，此处还应给出文字说明。
)（此图仅为例题)三、有限元建模(具体步骤以自己实际分析过程为主,需截图操作过程)用ANSYS 分析平面刚架1．设定分析模块选择菜单路径:MainMenu—preference 弹出“PRreferences for GUI Filtering”对话框,如图示，在对话框中选取：Structural”，单击[OK］按钮，完成选择。
2．选择单元类型并定义单元的实常数（1）新建单元类型并定（2）定义单元的实常数在"Real Constants for BEAM3”对话框的AREA中输入“0。
0072”在IZZ 中输入“0。
0002108”，在HEIGHT中输入“0。
42”。
其他的3个常数不定义。
单击[OK］按钮，完成选择3．定义材料属性在"Define Material Model Behavier”对话框的”Material Models Available”中，依次双击“Structural→Linear→Elastic→Isotropic”如图在如下图的对话框EX中输入“2.06e11"，在PRXY框中输入“0.3",完成材料模型的定义.4建立平面刚架节点和单元（1)生成节点选择菜单路，生成节点于目前坐标系统命令,单击以后弹出如图对话框,在对话框的Node number 中输入“1“接着依序输入第一点XYZ的坐标值”2，0，0,然后单击[APPLY]按钮继续生成第二点，如图接着在对话框的Node number 中输入“2“接着依序输入第一点XYZ的坐标值"6，0，0，然后单击［APPLY]按钮继续生成第三点,如图接着在对话框的Node number 中输入“3“接着依序输入第一点XYZ的坐标值”0，2，0,然后单击［APPLY］按钮继续生成第四点，如图接着在对话框的Node number 中输入“4“接着依序输入第一点XYZ的坐标值”4，2，0,然后单击[APPLY］按钮继续生成第五点,如图接着在对话框的Node number 中输入“5“接着依序输入第一点XYZ的坐标值"8,2，0，然后单击［OK］按钮，完成第五点的生成,系统显示生成的五个点的位置，如图校验所输入的节点坐标的正确与否，可以选择菜单路径：弹出如图所示一个文本窗口,如图,列出了所有的节点及其坐标。
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南京理工大学机械工程学院研究生研究型课程考试答卷课程名称：计算机辅助工程（Computer Aided Engineering）考试形式：□专题研究报告□论文√大作业(Project) □综合考试学生姓名(name)：李日和学号(ID number)： 114101000072评阅人：时间：2015 年6 月16 日iv1.1背景及意义随着科技水平的飞速发展以及工业生产的发展，对制造水平提出了更高的要求。
航空航天事业的发展，对难加工材料的需求也是越来越大。
特别是金刚石材料的应用，在这个超精密加工的时代有着无可替代的位置。
中国是有色金属资源的大国，而金刚石工具在有色金属的加工应用中，也有着出色的适应性。
在耐磨材料的加工中金刚石工具也起着举足轻重的作用。
目前，实际生产中使用的金刚石成型砂轮一般采用单层电镀工艺来制作，镀层金属只是机械性地包埋金刚石磨粒，与镀层金属和基体之间并没有形成牢固的化学结合，因此镀层金属对磨粒的把持力小，当工作负荷较大时，砂轮工具容易由磨粒脱落或着镀层金属成片剥落而导致整体失效。
如要增加磨粒与镀层金属的结合力，只有增加镀层金属的厚度，其结果是导致容屑空间和磨粒出露高度的减小，金刚石砂轮容易发生堵塞，砂轮的散热效果变差，由于温度上升工件表面容易发生烧伤。
在单层钎焊超硬磨料砂轮时，在磨料、钎料与母材的界面上发生溶解、扩散、化合之类的相互作用，从本质上改善了磨料、钎料、基体三者之间的结合强度。
用钎焊的方法制造的单层金刚石工具，因为钎焊合金与金刚石磨粒有着牢固的化学结合，金刚石露出的高度大，相比于电镀金刚石工具，这种金刚石工具具有磨削效率高、工具寿命长等特点。
而且，目前钎焊多采用感应加热的方式。
感应加热是一种非接触的加热方式，因此，在感应钎焊过程中不容易掺入其他杂质，影响钎焊效果；感应钎焊采用的是涡流进行加热的方式，因为在感应频率非常高，因此加热速度快，且能选择性地进行感应加热；感应加热是通过电磁感应，让工件自己加热，是由内向外的加热方式，效率高，能耗小；感应加热设备简单成本低，温度容易控制，因此，容易实现自动化加热。
2.1 问题描述与仿真目的在进行感应钎焊金刚石砂轮时，温度均匀及温度控制是钎焊是否成功的重要条件。
温度不均导致钎料分布不均；温度过高钎料流动性太强，无法定形，且有可能损害基体使基体失效；温度过低钎料与基体无法发生冶金反应。
但是在感应钎焊加热过程中，温度的大小可以得到很好的控制，本次仿真不考虑该问题对感应钎焊的影响。
由于在感应加热过程中存在着集肤效应、圆环效应和邻近效应，对不同表面的加热效果是不均匀的，这对焊接金刚石颗粒会造成致命的损害。
通过仿真得出不同形状的感应线圈与加热条件对工件表面温度分布的影响，从而得到一组优化的实验参数，并通过实验进行验证仿真结果。
2.2 有限元仿真计算原理感应加热是由外部给与交变电流从而在导体中产生感应电流对被加热工件进行加热的，随着工件温度的升高，必然导致工件材料的导电、电磁特性发生变化。
因此，感应加热的过程其实就是空间磁场与空间温度场相互作用的过程。
在感应加热过程中，电磁场的分布可以用麦克斯韦方程组来描述：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=∙∇=∙∇∂∂-=⨯∇∂∂+=⨯∇（高斯电通定律）（高斯磁通定律）（法拉第环路定理）（安培环路定理）e D B t t Dρ0 (2-1)式中，E ——电场强度矢量；H ——磁场强度矢量；——电位矢量； ——传导电流矢量； ——磁通密度矢量； e ρ——电荷的体积密度。
温度随着时间不停变化的，是一个瞬态温度场，计算分析需要求解的温度场方程为： v q t-=∂∂+∇∙∇TC V （λ (2-2) 式中，v q ——内热源的强度；V C ——体积比热容； λ——导热系数。
在有限元仿真计算中，可以把感应加热看成是稳态的交流电磁场与瞬态的温度场相互耦合作用。
在稳态的交流电磁场分析模块里，根据给定的及几何模型、物理属性和边界条件，进行求解钢基体内部的感应涡流，并将这涡流产生的焦耳热作为热源加载到瞬态热分析模块中去。
在该模块中，根据模型的热导率λ，比热容Cv 等热力学属性与周围环境温度，模型表面对流换热系数以及热辐射系数等边界条件求解模型表面的温度场，如图2.2.1所示：图2.2.1 仿真计算多场耦合原理图本课题采用法国Cedrat公司Flux有限元仿真软件对电磁热进行耦合分析计算。
Flux有限元软件是专业的电、磁、热有限元分析软件，由全球领先的CAE软件制造商Magsoft开发，是用于电磁分析和电热分析的2D和3D软件包，软件以有限元法为基础，对产品进行电磁和电热优化设计，具有可靠、易学易用、高效、精确的特点，能够提供精确的仿真结果，缩短研发周期，降低产品成本。
本次课题运用该软件进行钎焊成型面时温度分布的简单仿真。
典型的 Flux分析过程可分为以下三个步骤：（1）创建有限元模型；（2）施加载荷进行求解；（3）查看分析结果。
其中，创建有限元模型包括：创建或者读入几何模型，定义材料属性和划分节点单元。
加载并求解包括施加载荷、边界条件和进行求解计算。
查看分析结果涉及结果的分析和检验。
2.3 模型建立本次感应加热问题是空间三维以及时间的四维函数，并且还涉及到材料物理参数的变化以及电磁场与温度场的双向耦合，其计算式相当复杂的。
而且有些条件的简化往往并不影响对问题的讨论，分析与解决工程问题所追求的一个目标是在取得正确结果的前提下，能够方便求解、提高计算效率，有时候还会在两者之间进行取舍。
所以在注意到科学合理建立模拟计算模型重要性的同时，也要具体问题具体分析，才能取得良好的效果与效率。
2.3.1 材料的选择感应热处理最常用的钢号是含碳（C）0.4～0.5%的优质碳素结构钢。
优质碳素结构钢主要用于在大的疲劳载荷下进行工作或受重载荷的轴和其他零件，如曲轴、凸轮轴、驱动轴等等。
由于含碳量适中、能得到高硬度，又不易产生热处理裂纹，因此 45 钢得到最广泛的应用。
近年来，由于工艺的改进，感应热处理钢号范围在不断扩大。
本文选用工件材料为 45 钢。
感应加热数值模拟计算所需要用到的材料物理参数有：相对磁导率（μr）、电阻率（ρ）、导热系数（k）、比热容（c）等。
45 钢的化学成分、物理参数见表 2.1 和 2.2，参数随温度的变化如图 3.3～3.6 所示。
表 2.1 优质碳素结构 45 钢的化学成分化学成分 C Si Mn P S Ni Cr Cu 质量百分比（%）0.46 0.24 0.64 0.012 0.028 0.01 0.01 0.01表 3.2 优质碳素结构 45 钢的物理参数温度(T)℃电阻率(ρ)X10-6Ω相对磁导（μ)r比热容(c)J/Kg˙k导热系数(k)W/mk600 0.790 137.8 700 34.98700 0.949 92.5 854 28.66720 0.982 33 916 27.49742 1.019 1 1064 25.14800 1.080 1 806 26.49900 1.162 1 637 25.921000 1.200 1 602 24.02 不同材料居里点温度各有差异，钢铁的居里点为 760～780℃，钴的居里点在 1050℃左右，镍中的磁性转变发生于 365～370℃之间。
大多数钢铁材料，特别是基体中含有大量铁素体的材料，当发生铁磁性转变时，本来同向平行排列的原子磁矩，要变成无序的排列，要吸收大量能量，这正是居里点出现比热容峰值的原因。
同时在此温度附近发生珠光体或铁素体向奥氏体的转变，也要吸收更多的热量。
感应加热是由外施加交变电流在导体中感应产生的电流的功率损耗而引起的，温度升高将引起金属材料的导电、导磁特性发生变化，这样电磁场和温度场之间相互影响，相互耦合成为一种复杂的物理现象。
因此如果想得到精确的模拟结果，必须考虑材料物理参数的温度相关性。
在Flux软件中，有两种方法可以实现材料物理参数随温度变化的计算。
一是采用公式法，即事先定义某一参数随温度变化的计算公式，在每一步迭代计算中，先读取各节点的温度值，计算各节点处相应的物理参数值，然后再进行计算。
但由于材料的各项物理参数的变化规律都十分复杂，材料的种类又很多，因此很难用一个公式将材料的某项物理参数精确表达。
另一种方法为查表法，即定义一个在计算温度范围内的，温度与物理参数值对应的表格，表中两个温度点之间的物理参数值，由 Flux 软件会自动按线性插值计算出。
在每一步迭代计算时，Flux会自动对照表格插值计算出各节点温度所对应的物理参数值。
各种材料的在不同温度下的各项物理参数值可以在手册中查到，因此在本论文的计算中，采用查表法来实现材料物理参数随温度的变化而改变。
2.3.2 边界条件电磁边界条件如图2.3.1 所示，其中远场外缘（即无限远）处磁势为零，工件中心施加磁力线平行边界。
假设电流强度通过线圈内侧横截面时是均匀的，线圈部分电流密度的输入由电流强度除以线圈内侧横截面积得到，该条件同时也是电磁场的激励条件。
工件表面与空间节点进行形状因子等于 1 的辐射热交换。
通常在空气中加热的钢制零件表面热辐射系数δ＝0.8～0.95。
图2.3.1 仿真计算二维模拟图2.3.3 分析单元在电磁场（物理环境）分析部分，工件、线圈与空气的网格单元采用相同的六面体单元，但是为了施加载荷以及结果处理的方便，分别采用不同的单元类型号；温度场（物理环境）分析部分，我们并不考虑线圈的发热问题，线圈与空气单元均设置为 NULL（空单元），有效的单元是工件热分析六面体单元和工件表面的辐射单元 SURF19。
每个单元都有不同的节点自由度，不同的特性和特殊的结果输出。
2.3.2 网格划分Flux的网格划分有两种。
第一种是自由划分网格（Free meshing），主要用于户分边界形状不规则的区域，它所生成的网格相互之间是呈不规则排列的。
常常对于复杂形状的边界选择自由划分网格。
它的缺点是分析精度往往不够高。
第二种是映射网格划分（Mapped meshing），该方法是将规则的形状（如正方形）映射到不规则的区域（如畸变的四边形）上面，它所生成的网格相互之间的呈规则的排列的，分析的精度也较高。
本感应加热有限元模型采用后者网格划分方式，结果如图2.3.2所示。
图2.3.2 网格划分2.4 结果与讨论2.4.1 线圈夹角对成型面温度分布的影响规律仿真的几何模型与工件一致。
工艺参数如第四章所述，加热时间为10s钟。
分别用夹角为139°、141°、143°、145°的线圈对模型进行感应加热仿真。
仿真结果如图2.4.1所示，四条温度曲线比较相似，当线圈夹角与成型面圆弧夹角一致时，温度达到钎焊温度要求并且温差不大。