有限元分析上机报告

有限元分析基础结课报告任课教师：聂志峰学生姓名：XXX学号：XXXXXXXXXXXX班级：XXXXXXXXXXXX4m 5 m2m水深4m习题1：选用Plane82单元分析如图1所描述的水坝受力情况，设坝体材料的平均密度为2g/cm3，考虑自重影响，材料弹性模量为E=700Mpa, 泊松比为0.3。

按水坝设计规范，在坝体底部不能出现拉应力。

分析坝底的受力情况，是否符合要求。

解：（1）思路：建模和分析过程参考上机指南中的Project2。

（2）建模和分析：从已知条件知，此计算类型为Structural力学类型；由于考虑自重的影响，故需设定密度和施加重力载荷；单元类型选择Solid Quad 4node 42；定义材料参数为EX:2.1e11, PRXY:0.3（根据已知条件）；生成几何模型利用点生成面方式；网格划分参照Project2；模型施加约束，坝体的底部施加x和y的约束，其余部位不施加约束，载荷在坝体的右端施加水的压力载荷，施加方式9800*{4-{y}};最后分析计算，查看应力图和变形图结果，保存数据。

图1 水坝截面图（3）ANSYS软件分析过程：1.1进入ANSYS程序→ANSYSED 10.0 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: dam→Run1.2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK1.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→Options… →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window)1.4定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OKANSYS Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models→Structural →Density →Dens: 20001.5生成几何模型✓生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入四个点的坐标：input:1(0,0,0),2(4,0,0),3(2,4,0),4(0.,5,0)→OK✓生成坝体截面ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS→依次连接四个特征点，1(0,0,0),2(4,0,0),3(2,4,0),4(0.,5,0) →OK1.6网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →依次拾取两条横边:OK→input NDIV: 15 →Apply→依次拾取两条纵边:OK →input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window)1.7模型施加约束✓分别给下底边施加x和y方向的约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement→On lines →pick the lines(拾取坝体的下底边) →OK→select Lab2:UX, UY →OK✓给竖直边施加x方向的分布载荷ANSYS 命令菜单栏: Parameters→Functions →Define/Edit→1) 在下方的下拉列表框内选择x ,作为设置的变量；2) 在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：9800*{4-{y}}；3) File>Save(文件扩展名：func) →返回：Parameters→Functions →Read from file：将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure →On Lines →拾取斜边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷参数名→OK施加重力载荷ANSYS Main Menu →Solution →Define Loads →Apply →Structural →Gravity →ACEL Y: 9.8 →OK1.8 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK1.9 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window)→Contour Plot→Nodal Solu…→select: DOF solution, UX,UY, Def + Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ, Def + Undeformed→OK1.10 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit…→Save Everything→OK（4）结果分析：从应力图可以看出，无论是在X和Y方向的应力值都是负值，在其方向是受压应力的作用(无拉应力的作用)。

（5）变形图和应力图：图2 变形图（无网格）图3 X方向的应力分布图图4 Y方向的应力分布图图5 XY Shear方向的应力分布图习题2、如图2所示的短圆筒，内半径为0.3m，外半径为0.5m，高度为1m。

假定圆筒内、外壁温度均为200℃，上端面温度为300℃,下端面绝热，导热系数为40w/mc°，计算圆筒的温度场分布。

解：（1）思路：建模和分析过程参考上机指南中的Project4。

（2）建模和分析：从已知条件知，此计算类型为Thermal力学类型；单元类型选择Thermal Solid Quad 4node 55；定义材料参数为KXX:7.5；生成几何模型利用点生成面方式；网格划分参照Project4；模型施加约束，分别给两条内外直边施加约束，Value: 200，上端面的约束设置为300;最后分析计算，查看应力图和变形图结果，保存数据。

R1=03R2=05图6 受温度载荷的圆筒示意图（3）ANSYS软件分析过程：2.1进入ANSYS程序→ANSYSED 10.0 →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: cylinder →Run2.2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences… →select Thermal →OK2.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Thermal Solid Quad 4node 55 →OK (back to Element Types window)→Options… →select K3: Axisymmetric →OK →Close (the Element Type window)2.4定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Thermal→Conductivity→Isotropic→input KXX:7.5→OK2.5生成几何模型✓生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0.5,1),4(0.3,1)→OK✓生成圆柱体截面ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS→依次连接四个特征点，1(0.3,0),2(0.5,0),3(0.5,1),4(0.3,1) →OK2.6网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →拾取两条水平边:OK→input NDIV: 5 →Apply→拾取两条竖直边:OK →input NDIV: 15 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window)2.7模型施加约束✓分别给两条直边施加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Thermal →Temperature →On Lines →拾取左边, Value: 200 →Apply(back to the window of apply temp on lines)→拾取右边，Value：200 →拾取顶边，Value:300→OK2.8 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK2.9 结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window)→Contour Plot→Nodal Solu…→select: DOF solution, Temperature TEMP →OK(4)热应力图：图7 热应力DOF SOLUTION图图8 热应力的变化幅度图（Thermal gradient X方向）图9 热应力的变化幅度图（Thermal gradient Y方向）图10 热应力的变化总幅度图（Thermal gradient vector方向）习题3、矩形截面超静定粱的受力与约束情况如图13（a）所示，截面如图13（b）所示，b=20mm,h=80mm 材料的弹性模量为Mpa.2⨯=，泊松比为0.3。