现代设计有限元分析作业

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ansys有限元分析作业经典案例

工程软件应用及设计实习报告实习时间：一．实习目的：1.熟悉工程软件在实际应用中具体的操作流程与方法，同时结合所学知识对理论内容进行实际性的操作.2.培养我们动手实践能力，将理论知识同实际相结合的能力，提高大家的综合能力，便于以后就业及实际应用.3.工程软件的应用是对课本所学知识的拓展与延伸，对我们专业课的学习有很大的提高，也是对我们进一步的拔高与锻炼. 二．实习内容（一）用ANSYS软件进行输气管道的有限元建模与分析计算分析模型如图1所示承受内压：1.0e8 PaR1=0.3R2=0.5管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26.图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图）题目解释：由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生.然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可.此外，需注意分析过程中的单位统一.操作步骤1.定义工作文件名和工作标题1.定义工作文件名.执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮.2.定义工作标题.执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK 按钮.3.更改目录.执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen2.定义单元类型和材料属性1.设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK2.选择单元类型.执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →applyAdd/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OKOptions…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框.图23.设置材料属性.执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框.图33.创建几何模型1. 选择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(0,0.5),4(0,0.3) →OK2. 生成管道截面.ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical →ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In Active Coord →依次连接1,2,3,4点→OK 如图4图4Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条边→OK →ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 如图5图53.拉伸成3维实体模型Preprocessor →Modeling→operate→areas→along normal输入2，如图6所示图64.生成有限元网格Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→V olumes Mesh→Tet→Free,.采用自由网格划分单元.执行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-V olume-Free，弹出一个拾取框，拾取实体，单击OK按钮.生成的网格如图7所示.图75.施加载荷并求解1.施加约束条件.执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取前平面，单击OK按钮，弹出如图8所示的对话框，选择“U Y”选项，单击OK按钮.图8同理，执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取左平面，单击OK按钮，弹出如图8所示的对话框，选择“U X”选项，单击OK按钮.2.施加载荷.执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Pressure-On Areas，弹出一个拾取框，拾取内表面，单击OK按钮，弹出如图10所示对话框，如图所示输入数据1e8，单击OK按钮.如图9所示.生成结构如图10图9图103.求解.执行Main Menu-Solution-Solve-Current LS，弹出一个提示框.浏览后执行file-close，单击OK按钮开始求解运算.出现一个【Solution is done】对话框是单击close按钮完成求解运算.6.显示结果1.显示变形形状.执行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Deformed Shape，弹出如图11所示的对话框.选择“Def+underformed”单选按钮，单击OK按钮.生成结果如图12所示.图11图122.列出节点的结果.执行Main Menu-General Posproc-List Results-Nodal Solution，弹出如图13所示的对话框.设置好后点击OK按钮.生成如图14所示的结果图13图143.浏览节点上的V on Mises应力值.执行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，弹出如图15所示对话框.设置好后单击OK按钮，生成结果如图16所示.图15图167.以扩展方式显示计算结果1.设置扩展模式.执行Utility Menu-Plotctrls-Style-Symmetry Expansion，弹出如图17所示对话框.选中“1/4 Dihedral Sym”单选按钮，单击OK按钮，生成结果如图18所示.图17图182.以等值线方式显示.执行Utility Menu-Plotctrls-Device Options，弹出如图19所示对话框，生成结果如图20所示.图19图20结果分析通过图18可以看出，在分析过程中的最大变形量为418E-03m，最大的应力为994E+08Pa,最小应力为257E+09Pa.应力在内表面比较大，所以在生产中应加强内表面材料的强度.。

2018-有限元分析报告-范文模板 (8页)

（4）列出各个节点位移，找出最大位移点为节点58（最上端），其最大位移为-270.19；
MAXIMUM ABSOLUTE VALUES
力图；
并注明最大位移和最大应力；（除支撑点附
近）
二，分析过程
1、简化模型并创建有限元单元模型图1
图2
（1）由于结构对称性，现取球形容器的一个截面作为研究对象，如上图所示。
（2）单元类型选择：plane42
（3）定义材料属性：EX：2.06E11 泊松比PRXY : 0.3
（4）创建模型:先后生成两个圆环面,分别为液面以上部分和液面以下部分;
1.2分析任务：分析在板上开不同形状的槽时板的变形以及应力应
变的异同，讨论槽的形状对板强度以及应力集中的影
响。
2．模型建立
2.1利用前处理器的moldling功能建立板的几何模型。
1）用create画出基本几何要素。
2）用moldling模块的布尔运算得出开方槽的板的几何模型。
2.2定义材料性质，实常数，单元类型，最后单元划分。
⑹由于工程实际多采用混凝土现浇工艺，所有构件的连接处视为刚接 ⑺由于拱顶与主梁之间的混凝土的厚度较小，可忽略这部分混凝土，让拱顶与主梁直接接触。
⑻由于桥面的重量较其它杆件大得多，故只考虑桥面的重量。 ⑼计算车辆对桥面的荷载时，不考虑车辆的具体尺寸，将其定义为均布荷载加在桥面上。
五模型受力分析
在桥面上施加规范规定的10.5kN/m2的公路一级荷载，来模拟车辆对桥的压力。
学生：於军红
学号：201X2572
指导教师：张大可
报告日期：201X.12.19
重庆大学
机械工程学院机械设计制造及其自动化系
二零一二年十一月制

结构有限元分析 (2)

结构有限元分析1. 简介结构有限元分析是工程领域中一种常用的数值分析方法，用于解决结构载荷下的应力、变形和振动问题。

通过将复杂的结构分成有限个简单的单元，通过求解每个单元的应力和位移，再将它们组合得到整个结构的应力和位移场。

有限元方法广泛应用于各种工程领域，如土木工程、机械工程和航空航天工程等。

2. 有限元分析的基本原理有限元分析的基本原理是建立结构的有限元模型，然后通过求解有限元模型的力学方程，得到结构的应力和位移场。

有限元模型通常由节点和单元构成。

节点是结构中的关键点，单元是连接节点的构造单元，常用的单元包括三角形单元、四边形单元和六面体单元等。

通过对单元的弯曲、伸长等变形进行逼近，可以得到结构的位移场。

然后，根据位移场和材料的力学性质，可以计算结构的应力场。

3. 有限元分析的步骤有限元分析通常包括以下步骤：步骤1：离散化将结构分成有限个单元，并为每个单元选择合适的单元类型。

步骤2：建立单元刚度矩阵根据每个单元的几何形状、材料性质和节点位移，建立单元的刚度矩阵。

步骤3：建立全局刚度矩阵将所有单元的刚度矩阵组装成全局刚度矩阵。

步骤4：应用边界条件根据结构的边界条件，将边界节点的位移固定或施加给定的载荷。

步骤5：求解线性方程组根据边界条件将全局刚度矩阵和载荷向量进行约束，然后通过求解线性方程组得到结构的位移。

步骤6：计算应力和应变根据得到的位移场和材料的力学性质，计算结构的应力和应变场。

4. 有限元分析的应用领域有限元分析是一种非常灵活和广泛应用的方法，可以用于解决各种结构工程中的力学问题，包括：•结构静力学分析：用于计算结构的应力和变形。

•结构动力学分析：用于计算结构的振动频率和模态形状。

•结构优化设计：通过调整结构的几何形状、材料和边界条件，实现结构的最佳设计。

•结构疲劳分析：用于评估结构在长期应力加载下的疲劳寿命。

有限元分析在工程实践中得到了广泛应用，可以帮助工程师在设计和优化结构时做出准确的决策。

有限元分析大作业报告

有限元分析大作业报告一、引言有限元分析是工程领域中常用的数值模拟方法，通过将连续的物理问题离散为有限个子区域，然后利用数学方法求解，最终得到数值解。

有限元分析的快速发展和广泛应用，为工程领域提供了一种强大的工具。

本报告将介绍在大作业中所进行的有限元分析工作及结果。

二、有限元模型建立本次大作业的研究对象是工程结构的应力分析。

首先，通过对结构进行几何建模，确定了结构的尺寸和形状。

然后，将结构离散为有限个单元，每个单元又可以看作一个小的子区域。

接下来，为了求解结构的应力分布，需要为每个单元确定适当的单元类型和单元属性。

最后，根据结构的边界条件，建立整个有限元模型。

三、材料属性和加载条件在建立有限元模型的过程中，需要为材料和加载条件确定适当的参数。

本次大作业中，通过实验获得了结构材料的弹性模量、泊松比等参数，并将其输入到有限元模型中。

对于加载条件，我们选取了其中一种常见的加载方式，并将其施加到有限元模型中。

四、数值计算和结果分析为了求解结构的应力分布，需要进行数值计算。

在本次大作业中，我们选用了一种常见的有限元求解器进行计算。

通过输入模型的几何形状、材料属性和加载条件，求解器可以根据有限元方法进行计算，并得到结构的应力分布。

最后，我们通过对计算结果进行分析，得出了结论。

五、结果讨论和改进方法根据计算结果，我们可以对结构的应力分布进行分析和讨论。

根据分析结果，我们可以得出结论是否满足设计要求以及结构的强度情况。

同时，根据分析结果，我们还可以提出改进方法，针对结构的特点和问题进行相应的优化设计。

六、结论通过对工程结构进行有限元分析，我们得到了结构的应力分布，并根据分析结果进行了讨论和改进方法的提出。

有限元分析为工程领域提供了一种有效的数值模拟方法，可以帮助工程师进行结构设计和分析工作，提高设计效率和设计质量。

【1】XXX，XXXX。

【2】XXX，XXXX。

以上是本次大作业的有限元分析报告，总结了在建立有限元模型、确定材料属性和加载条件、数值计算和结果分析等方面的工作，并对计算结果进行讨论和改进方法的提出。

有限元分析大作业

《有限元分析及应用》大作业——齿根弯曲应力计算报告班级：无可奉告姓名：无可奉告学号：无可奉告指导老师：无可奉告目录目录 (2)1.概述 (3)1.1工程问题描述 (3)1.2问题分析 (3)2.建模过程 (4)2.1几何建模 (4)2.2CAE网格划分与计算 (5)2.3后处理 (8)3.多方案比较与结果分析 (9)3.1多方案比较 (9)3.2结果分析 (11)1.概述1.1工程问题描述我在本次作业中的选题为齿根弯曲应力的计算与校核。

通过对机械设计的学习，我们可以知道，齿轮的失效形式主要是齿面接触疲劳和齿根弯曲断裂，而闭式传动硬齿面齿轮的失效形式以齿根弯曲断裂，这个时候进行齿根弯曲应力的校核才比较有意义，在设计问题的时候应当选取这种类型的算例。

设计计算的另一个主要思路是将有限元计算的结果与传统机械设计的结算结果进行对比，以从多方面验证计算结果的准确性。

综上，我们最终选取了《机械原理》（第三版）P50例3-1中的问题进行校核计算。

已知起重机械用的一对闭式直齿圆柱齿轮，传动，输入转速n1=730r/min,输入功率P1=35kW，每天工作16小时，使用寿命5年，齿轮为非对称布置，轴的刚性较大，原动机为电动机，工作机载荷为中等冲击。

z1=29，z2=129，m=2.5mm，b1=48mm，b2=42mm，大、小齿轮均为20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度为58~62HRC，齿轮精度为7级，试验算齿轮强度。

齿面为硬齿面，传动方式为闭式传动。

根据设计手册查出的许用接触应力为1363.6Mpa，计算结果为1260Mpa，强度合格。

根据设计手册查出的许用弯曲应力为613.3MPa，计算结果为619Mpa，强度略显不够。

1.2问题分析大小齿轮啮合，小齿轮受载荷情况较为严峻，故分析对象应当为小齿轮。

可以看出，由于齿轮单侧受载荷，传动过程中每个齿上载荷的变化过程是相同的，故问题可被简化为反对称问题，仅需研究单个齿。

现代设计方法参考答案

现代设计方法参考答案1.凸规划对于约束优化问题。

2.可行搜寻方向是指当设计点沿该方向作微量移动时，目标函数值下降，且不会越出可行域。

3.设计空间：n 个设计变量为坐标所组成的实空间，它是全部设计方案的组合7.黄金分割法：是指将一线段分成两段的方法，使整段长与较长段的长度比值等于较长段与较短段长度的比值。

8.可行域：满足全部约束条件的设计点，它在设计空间中的活动范围称作可行域一、与文件系统相比，数据库系统的主要特征有哪些？关于数据库系统比照文件系统的优点有：1、提高了数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据。

2、提高了数据的全都性和完整性。

3、供给数据与应用程序的独立性。

二、常用的牢靠度安排方法有哪三种？各自的安排原则是什么？答：常用的牢靠度三种安排方法和各自的安排原则如下：〔1〕等同安排法：依据系统中各单元〔子系统或零部件〕的牢靠度均相等的原则安排。

〔2〕加权安排法：把各子系统在整个系统中的重要度以及各子系统的简单度作为权重来安排牢靠度。

〔3〕最优安排法：全面考虑各种殷素的影响，承受优化方法安排牢靠度。

三、在有限元分析时，什么状况下适合选择一维、二维、三维单元？（1）当几何外形、材料性质及其它参数能用一个坐标描述时，选用一维单元。

（2）当几何外形、材料性质及其它参数需要用两个相互独立的坐标描述时，选用二维单元。

（3）当几何外形、材料性质及其它参数需要用三个相互独立的坐标描述时，选用三维单元。

四、简述梯度法的根本原理和特点梯度法的根本原理：梯度法又称最速下降法，根本原理是在迭代点四周承受使目标函数值下降最快的负梯度方向作为搜寻方向，求目标函数的微小值。

梯度法的特点：迭代计算简洁，只需求一阶偏导数，所占用存储单元少，对原始点要求不高，在接近微小点位置时收敛速度很慢。

五、什么是牢靠性、牢靠度？二者有何关系？牢靠性是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的力量；牢靠度是指产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成规定功能的概率；两者的联系就在于，牢靠度是对产品牢靠性的概率度量。

有限元分析在工程设计中的应用案例分析

有限元分析在工程设计中的应用案例分析有限元分析，简称FEA（Finite Element Analysis），是一种利用数值计算方法对复杂结构进行力学分析的技术。

它基于物理学原理，利用离散化方法将连续的结构在有限元上分解成多个互相联系但是局部地独立的单元，再通过数学算法进行求解，最终得到整个结构的力学行为。

因为它可以减少试错周期、降低开发成本和提高产品性能，所以有限元分析已经成为当今工程设计和生产领域一项非常重要的技术。

本文将介绍一些有限元分析在工程设计中的具体应用案例。

1.汽车发动机壳体优化汽车发动机壳体是承载引擎所有关键部件的重要结构，其制造复杂度很高。

为了减少开发过程中的试验成本和时间,一家风机厂专门利用有限元分析技术对汽车发动机壳体进行优化设计。

更改前发动机壳体在经过一定的较高频振动时会存在密封性能下降的现象，需要进行加强设计。

利用有限元分析技术，他们对发动机壳体进行了动力学分析，并计算了各部位的振动位移和应力分布，通过不断地修改控制点的位置和形状来提高振动阻尼性能和密封性能。

最终确定了优化方案，成功地减少了振动，提高了发动机壳体的防震性能和密封性能。

2.建筑物钢框架分析建筑物钢框架是建筑结构的重要组成部分，其承载能力和组装结构设计都需要严格控制。

如何选取更好的工艺和材料来设计出更安全可靠的钢框架结构，被许多建筑设计公司所思考。

有限元分析技术的应用可以帮助工程师确定结构的承载能力，最大应力极限和变形情况，进而实现结构的优化。

一家建筑设施的设计公司利用有限元分析技术来优化钢框架的结构，计算具体承载状况，最终确定钢框架结构的有效设计方案。

这一个优化设计方案进一步增强了建筑物钢框架的承载能力，提高了项目的整体优势性。

3.飞机负荷分析航空工业是重要的现代国家产业之一。

飞机设计、测试和生产都需要极高的准确性，而这需要大量的场地、人力和物资投入。

一家工程公司成功地利用有限元分析技术对飞机进行负荷分析并评估整体结构的强度和刚度。

有限元分析-案例

有限元分析作业作业名称横臂梁有限元建模分析姓名学号班级一、问题描述图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为，16,2.0,.0===。

试建立该工字钢梁的三维实体模型，并.0=0.1=,l03cmmdm02b,.0mma在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。

其他已知参数如下：弹性模量（也称杨式模量） E= 206GPa ；泊松比3.0=u ；材料密度3/7800m kg =ρ；重力加速度2/8.9s m g =；作用力Fy 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N二、实训目的本实训的目的是使学生学会掌握ANSYS 在三维实体建模方面的一些技术，并深刻体会ANSYS 软件在网格划分方面的强大功能。

三、结果演示使用ASSY S 8。

0软件对该工字钢梁进行结构静图26单元类型库对话框图25 工字钢结构示意图力分析，显示其节点位移云图。

四、实训步骤（一）ASSYS8.0的启动与设置与实训1第一步骤完全相同，请参考。

（二）单元类型、几何特性及材料特性定义1定义单元类型。

点击主菜单中的“Preprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete ”，弹出对话框，点击对话框中的“Add…”按钮，又弹出一对话框（图26），选中该对话框中的“Solid ”和“Brick 8node 45”选项，点击“OK ”，关闭图26对话框，返回至上一级对话框，此时，对话框中出现刚才选中的单元类型：Solid45，如图27所示。

点击“Close ”，关闭图27所示对话框。

注：Solid45单元用于建立三维实体结构的有限元分析模型，该单元由8个节点组成，每个节点具有X 、Y 、Z 方向的三个移动自由度。

2．定义材料特性。

点击主菜单中的 “Preprocessor>Material Props >Material Models ”，弹出窗口如图28所示，逐级双击右框中“Structural\ Linear\ Elastic\ Isotropic ”前图标，弹出下一级对话框，在“弹性模量”（EX ）文本框中输入：2.06e11，在“泊松比”（PRXY ）文本框中输入：0.3，如图29所示，点击“O K ”图28 材料特性参数对话框按钮，回到上一级对话框，然后，双击右框中的“Density ”选项，在弹出对话框的“DENS ”一栏中输入材料密度：7800，点击“OK ”按钮关闭对话框。

课程设计ANSYS有限元分析(最完整)

有限元法分析与建模课程设计报告学院：机电学院专业：机械制造及其自动化指导教师：****学生：****学号：2012011****2015-12-31摘要本文通过ANSYS10.0建立了标准光盘的离心力分析模型，采用有限元方法对高速旋转的光盘引起的应力及其应变进行分析，同时运用经典弹性力学知识来介绍ANSYS10.0中关于平面应力问题分析的基本过程和注意事项。

力求较为真实地反映光盘在光驱中实际应力和应变分布情况，为人们进行合理的标准光盘结构设计和制造工艺提供理论依据。

关键词：ANSYS10.0；光盘；应力；应变。

目录第一章引言31.1 引言3第二章问题描述52.1有限元法及其基本思想52.2 问题描述5第三章力学模型的建立和求解63.1设定分析作业名和标题63.2定义单元类型73.3定义实常数103.4定义材料属性133.5建立盘面模型153.6对盘面划分网格233.7施加位移边界283.8施加转速惯性载荷并求解31第四章结果分析334.1 旋转结果坐标系334.2查看变形344.3查看应力36总结39参考文献40第一章引言1.1 引言光盘业是我国信息化建设中发展迅速的产业之一，认真研究光盘产业的规律和发展趋势，是一件非常迫切的工作。

光盘产业发展的整体性强，宏观调控要求高，因此，对于光盘产业的总体部署、合理布局和有序发展等问题，包括节目制作、软件开发、硬件制造、节目生产、技术标准等。

在高速光盘驱动器中，光盘片会产生应力和应变，在用ANSYS分析时，要施加盘片高速旋转引起的惯性载荷，即可以施加角速度。

需要注意的是，利用ANSYS施加边界条件时，要将孔边缘节点的周向位移固定，为施加周向位移，而且还需要将节点坐标系旋转到柱坐标系下。

本文通过ANSYS10.0建立了标准光盘的离心力分析模型，采用有限元方法对高速旋转的光盘引起的应力及其应变进行分析，同时运用经典弹性力学知识来介绍ANSYS10.0中关于平面应力问题分析的基本过程和注意事项。

基于有限元分析的结构设计与可靠性优化研究

基于有限元分析的结构设计与可靠性优化研究现代工程设计中，在设计一款产品或建造一座建筑物时，结构设计的可行性和可靠性是其中最重要的要素之一。

有限元分析（FEA）是一项适用于各种工程领域的计算方法，它可以通过离散化区域并将其转化为有限个元来计算结构的性质。

这种技术可以帮助设计师和工程师设计更加复杂而可靠的结构。

本文将讨论基于有限元分析的结构设计和可靠性优化。

1. FEA的基本原理有限元分析是一种数值方法，它将连续体分成有限数量的元素和节点。

在这种方法中，元素可以是三角形、四边形或各种形状的多边形。

连续的物体模型被划分成这些离散化的元素，每个元素都有自己的材料属性和几何属性。

解析器将这些元素的属性计算出来，以获得整个模型的特性。

为了进行有限元分析，必须遵循以下步骤：（1）建立模型：建立一个三维物体模型，并将其分解成各种元素。

（2）网格划分：使用结构网格将模型划分成有限数量的元素。

（3）材料属性：指定每种元素的材料属性，如弹性模量和泊松比等。

（4）约束条件：在节点处设置约束条件来模拟真实的情况，如禁止运动、运动方向、受力方向等。

（5）加载条件：在节点处设置加载条件来模拟外来力的作用，如重力、载荷等。

（6）求解：计算出每个元素中的物理量，并将结果汇总到整个模型中。

2. FEA在结构设计中的作用结构设计是制造新产品或建造新建筑时最重要的步骤之一。

因为一个好的结构设计可以确保产品或建筑物在使用过程中具有足够的强度和稳定性，这从而可以达到产品或建筑的预期寿命，为客户提供更好的体验。

有限元分析可以为设计师和工程师提供更准确的数据和模型，以便更好地了解哪些元素需要进行加强或调整，来确保产品或建筑的结构可行性和可靠性。

例如，在汽车制造中，有限元分析可以帮助设计师和工程师确定车身的强度、抗冲击能力和振动性能等特性。

在建筑设计中，FEA可以用于模拟不同承重限制下的各种场景。

例如，工作室可能希望进行模拟，以确定如何使高层建筑的地震性能最佳。

cae与有限元分析解析

cae与有限元分析解析在现代工程设计领域，计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering, CAE）和有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）解析是两种不可或缺的工具。

它们可以为设计工程师提供准确、有效的技术支持，从而提高产品的可靠性和可持续性。

CAE是借助计算机技术来辅助工程设计的一种方法。

它涉及多个领域，如结构力学、流体力学、热力学和电磁学，能够预测产品性能并进行设计优化。

CAE可以模拟真实环境中的场景，例如承受荷载或受到碰撞等情况。

设计师可以使用CAE模型来预测产品在遇到这些情况时的行为，并进一步优化设计。

FEA是CAE领域中的一个常见分支。

它是一种数值算法，可以用于模拟结构、流体、热和电问题中的物理现象。

FEA可以将复杂的工程流程简化成简单的线性和非线性方程，并用计算机软件来解决。

FEA程序可以生成2D和3D模型，并通过应变、力等场值来分析其性能。

得到负载和反馈信息后，设计师可以做出相应的改进。

和其他建模方法相比，FEA的最大优点是其细节层面的分析能力。

FEA可以模拟大量不同结构的应力和应变状态，包括复杂设计中的混合材料。

它还能够对所有结构组件执行高级的力学和热学分析。

这种方法还可以提供许多其他带来的优势，如减少模型误差、提高设计安全等。

虽然有许多表明这种方法的好处，但FEA同样存在一些挑战。

设计师必须对数值方法具有充分的理解，并了解FEA程序中所使用的技巧和策略。

用户还需要应对外部因素的影响，比如温度对材料性能的影响。

因此，如果工程师没有经验或知识水平较低，则可能会遇到许多问题。

在设计产品过程中，使用CAE和FEA可以最大化减少设计过程中的错误，并增强工程估算的准确性。

由于这些工具的广泛应用，工程师们再次获得作为真正的技术专家的机会。

他们可以快速、准确地模拟并分析产品的性能，以提供安全、可靠并高效的产品。

总之，CAE和FEA解析作为现代工程设计领域的关键工具，已经得到了广泛的应用。

装载机工作机构设计有限元分析

装载机工作机构设计有限元分析摘要:在煤矿巷道施工机械领域采用液压扒斗式装载机技术,可以加快施工速度、降低工人的劳动强度,而且在巷道、隧道、水电涵洞等施工方面具有广阔的应用前景。

本文采用现代设计理论和方法对新型液压装载机工作装置进行设计研究,以期能研制出满足煤矿需求的产品,提高巷道施工掘进的机械化程度。

本文研究重点为工作机构有限元分析。

关键词:工作机构运动分析有限元析1 研究背景随着新技术不断出现,自20世纪末期以来,煤矿采掘技术与装备迅速发展并得以推广。

先进采煤国家积极应用先进的机电一体化和矿井生产过程自动化控制及自动化技术,研制开发了高生产能力、高性能的开采技术装备,还广泛应用新技术实现了矿井的高产高效和集约化生产。

从总体上看我国的煤矿建井技术已进入先进国家行列。

其中,井巷施工中,斜井、立井施工的机械化配套施工工艺和冻结、注浆等各类特殊凿井技术均达到世界先进水平,基本具备了在国际市场竞争的能力,唯独巷道施工尤其是岩巷施工在机械化水平、施工工艺、施工速度上都明显落后于采煤技术先进国家[1]。

目前,机掘法和钻爆法是岩巷掘进的两种主要工艺[2]。

机掘法就是使用全断面岩石掘进机进行巷道开拓的方法,可以经济切割普氏系数低于f7的巷道岩石。

钻爆法是先在工作面钻出炮眼,在炮眼内装入炸药进行爆破,实现破岩的一种方法[3]。

发达国家采用机掘法进行岩石巷道施工的数量在掘进中所占比例较高,可以达到30％～40％。

但由于受技术发展水平和经济因素的制约,钻爆法将仍是我国煤矿岩巷掘进的主要方法[4]。

本课题研究的目的:本论文在前人大量研究工作的基础上,提出了在煤矿巷道和隧道掘进中发展以扒斗式装载机和全液压钻车相配套的岩巷机械化作业线的必要性。

并在新式岩巷施工设备—扒斗式装载机的工作机构设计中,引入了三维设计方式和有限元分析方式,改变了传统的经验设计的模式,使设计更加直观可靠,可以对其进行运动学分析、强度分析、模态分析和干涉检验。

机械结构的有限元分析

机械结构的有限元分析引言在现代工程设计与制造领域中，机械结构的设计是不可或缺的。

为了保证机械结构的稳定性、安全性以及耐用性，工程师们经常需要进行有限元分析。

有限元分析是一种利用计算机模拟材料力学行为的方法，能够帮助工程师们预测机械结构在实际工作条件下的性能。

第一部分：有限元分析的基本原理和步骤有限元分析的基本原理是将机械结构离散成许多小的有限元，然后通过求解有限元间的相互作用来模拟整个结构的行为。

这种离散的方法使得计算变得可行，同时还能提供关于结构应力分布、变形情况以及破坏点等有用信息。

有限元分析的步骤可以概括为以下几个方面：1. 建模：将机械结构根据实际几何形状、材料属性以及约束条件等进行建模。

这一步通常需要使用CAD软件来帮助创建结构模型。

2. 离散化：将机械结构划分成小的有限元，并为每个有限元分配材料属性和初始条件。

这一步可以通过网格生成工具来实现。

3. 定义边界条件：根据实际工作条件定义结构的边界条件，如约束和加载情况。

这些边界条件将影响结构的响应。

4. 计算求解：使用数值方法（如有限元算法）对有限元模型进行求解，得到结构的应力、变形等信息。

5. 分析结果：根据求解结果进行后处理分析，如应力云图、变形图以及破坏点的预测等。

第二部分：有限元分析在机械结构设计中的应用有限元分析在机械结构设计中具有广泛的应用。

下面将针对几个典型的应用领域进行介绍。

1. 振动分析在机械结构设计中，振动是一个重要的考虑因素。

通过有限元分析，可以预测机械结构在不同频率下的振动响应，并找到导致振动问题的原因。

进一步优化结构几何形状、选择合适的材料以及调整约束条件等，可以有效减少振动问题。

2. 疲劳分析机械结构在长期工作中容易受到疲劳损伤。

通过有限元分析可以模拟结构在不同工作条件下的疲劳寿命，并预测可能出现的疲劳破坏位置。

这有助于进行结构的寿命评估和优化设计。

3. 强度分析机械结构的强度是制定设计决策的重要因素。

通过有限元分析，可以预测结构在不同加载情况下的应力分布，并评估结构是否满足强度要求。

现代设计方法4-3 三角形三节点平面单元

[m(x,y)][L]10
x 0
y 0
0 1
0 x
0y21c0i
0 ai
cj 0
0 aj
cm 0
0 am
0
bi
0 ci
0 bj 0 cj
0 bm 0 cm
N i( 0 x ,y )N i( 0 x ,y )N j( 0 x ,y )N j( 0 x ,y )N m ( 0 x ,y )N m ( 0 x ,y )
N i(x,y)2 1 (a ib ixciy)1b x
1
y
N j(x,y)2 (aj b jx cjy) 1 a
N m (x ,y ) 2 1 (a m b m x c m y ) 1 b x a y
精品课件
[N ] 1b x 0
0 1x
1y 0 a
0 1y
(1xy) ba 0
0
1
1 A
ui uj
xi xj
yi yj
1
2
1 A
1
ui uj
yi yj
1
3
1 A
1
xi xj
ui uj
um xm ym
1 um ym
1 xm um
(b)
1 xi yi A 1 xj yj
其中，
1 x y精品课件
m
m
对v同理可列出a4、a5、a6的方程：
vi = a4+a5 xi+a6 yi
ci bi
(i, j, m)
2.3 由单元节点位移求单元的应力
物理方程
{s }=[D]{e}
而
{e }=[B]{d}e
{s } = [D][B]{d }e

有限元分析作业报告英文版1

有限元分析与应用上机实验报告学院：机电工程学院专业：机械工程班级：硕士1606班*名：***学号： *********指导教师：***日期： 2016.12.021.QuestionFig.1. Schematic diagram of herringbone roof truss.Question: The geometric dimensions of the chevron roof is shown in Fig.1,you should analyze it by statics，as a result you should give the displacement and axial force and axial force diagram of the deformation diagram.Conditions: The ends of the roof truss were fixed, the sectional area of the truss is 0.01m2, elastic modulus is2.0×1011 N/m2, poisson's ratio is 0.3.2.The software usedANSYS Finite element software (APDL 15.0)3.Solving processPoint 1 was choosed as the Coordinate point, horizontal to the right was the X axis，the upright direction is choosed as the Y axis to create a coordinate system. The nodes was numbered as shown in Figure 1，node 1 and node 5 was fixed，and the force on node 6,7,8 was is 1k N，the direction is opposite to the Y-axis3.1 The preparatory work before analysis（1）Specify the new file name. Select Utility>Menu> File>Change Jobname, then pop-up the dialog box Change Jobname, input the the working file name ‘2D-sp’ in the Enter New Jobname, click OK to finish the difinition, as shown in Fig.2.Fig.2. The difinition of working file name.（2）Specify a new title. Select Utility>Menu>File>Change Title，then pop-up the dialog box Change Title, input the the file name ‘2D-sp pro’ in the Enter New Title, click OK to finish the difinition, as shown in Fig.3.Fig.3. The difinition of file name.（3）Re-refresh the graphics window.Select Utility>Menu>Plot>Replot, the defined information was displayed in the graphics window.（4）Define the structural analysis. Run the main menu Main Menu>Preferences，then choose the Structural, click OK to complete the definition of the analysis type , as shown in Fig.4.Fig.4. The definition of the structural analysis.3.2 Define the element typeRun the main menu Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add, then pop-up the dialog box Element Types, click the button Add to build a new element type, then pop-up the dialog box Library of Element Types, choose Link first, and then select 3D finit stn 180（Link1），click the button OK to finish the definition of the element type, click the button Close to finish the settings, as shown in Fig.5.Fig.5. The definition of the element type.3.3 Define the real constantsRun the main menu Main Menu>Preprocessor>Real Constants Add, then pop-up the dialog box of real constants, click the button Add to come into the constant input dialog box, as shown in Fig.6. Input the sectional area of the truss (0.01m2) in AREA, click the button OK to finish the input of the real constants, as shown in Fig.7.Fig.6. Get into the instance constant dialog box.Fig.7. The definition of the real constants.3.4 Define the material propertiesRun the main menu Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models,then pop-up the dialog box of material properties, and select Structure、Linear、Elastic、Isotropic, as shown in Fig.8.When the selection was completed, appeared the MaterialProperties input dialog box appears，then input elastic modulus 2e11 and the poisson's ratio 0.3, as shown in Fig.9, click OK to finish the input of the material properties.Fig.8. Get into the setting of material properties.Fig.9. The difinition of the material properties.3.5 Establish the analytical model（1）Create the nodes. The coordinates of the 1—8 nodes as shown in Table.1. Run the main menu Main Menu>Preprocessor> Modeling>Create>Nodes>In Active CS. The create node entry dialog box appears as shown in Fig.10. I nput the first node 1 and its’ x, y, z coordinate, then click Apply to finish the creating of the node. Similarly, create the nodes 2—8, click OK to finish the creating of the nodes, as shown in Fig.10.Table.1.The coordinates of geometry model nodes.Fig.10. The dialog box of nodes input.Fig.11. The creation of the nodes.The created nodes as shown below：（2）Created the bar unitRun the main menu MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create >Elements>Auto Numbered>Thru Nodes, then pop-up the dialog box Element from Nodes, pick the nodes 1 and 2, click Apply to complete the first lever unit . Similarly, pick both ends of the rod in turn, click Apply to complete the lever unit, lastly click OK, as shown in Fig.12.Fig.12. Model establishment of the herringbone truss.3.6 Apply constraints and loads（1）Impose constraintsRun the main menu Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural> Displacement>On Nodes, the pick menu appears, select nodes 1 and 5 in turn, then click OK, the constraint definition dialog box appears，as shown in Fig.13. Choose All DOF to constrain all degrees of freedom，other items by default，then click the button OK to complete the constraint definition.Fig.13. Impose the constraints.（2）Apply the loadRun the main menu Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural> Force/Moment>On Nodes, the pick menu appears, select nodes 6, 7 and 8 in turn, click OK , then the load definitions dialog box appears，as shown in Fig.14. The load type is concentrated force FY. The value is -1000 , Then clickthe OK button to complete the application of the load.Fig.14. The application of the load.Figure after load application as shown below:3.7 SolutionRun the main menu Main Menu>Solution>Solve>Current LS, then pop-up the dialog box Solve Current Load Step, click STAT Command, then click STAT Command>File>Close toclose the STAT Command window, then click OK to finish the steps.Then the computer started the solution. The promption of "Solution is done" indicated that the solution was completed, click the button Close to finish the solution, as shown in Fig.15.Fig.15. The process of the solution.3.8 View the analysis results（1）Define the cell table. In ANSYS, some data can not be directly accessed, so we need to complete the definition of cell to access the results.Run the main menu Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table, then pop-up the dialog box, click the button Add. The unit table definition dialog box appeared, as shown in Fig.16.Fig.16a. The definition of the cell table.Fig.16b. The definition of the cell table.（2）Display the axial force (axial stress) diagram. Run the main menu Main Menu>General Postproc>Plot Results> Contour Plot>Elem Table. Then pop-up the cell table result selection dialog box , as shown in Fig.17. Choose A-STR and click OK to view the axial force (axial stress) diagram , as shown in Fig.18.Fig.17. Contor plot of Element Table Data.（3）Display the result. The result as shown in Fig.18.Fig.18. The final result.。

有限元分析程序设计

结构有限元分析程序设计绪论§ 开设“有限元程序设计”课程的意义和目的§ 课程特点§ 课程安排§ 课程要求§ 基本方法复习$ 意义和目的1.有限元数值分析技术本身要求工程设计研究人员掌握1). 有限元数值分析技术的完善标志着现代计算力学的真正成熟和实用化,已在各种力学中得到了广泛的应用。

比如：，已杨为工程结构分析中最得以收敛的技术手段，现代功用大致有：a). 现代结构论证。

对结构设计从内力，位移等方面进行优劣评定，从而进行结构优化设计。

b)可取代部份实验，局部实验+有限元分析，是现代工程设计研究方法的一大特点。

c)结构的各种功能分析（疲劳断裂，可靠性分析等）都以有限元分析工具作为核心的计算工具。

2). 有限元数值分析本身包括着理论+技术实现（本身功用所绝定的）有限元数值分析本身包括着泛函理论+分片插值函数+程序设计2. 有限元分析的技术实现（近十佘年的事）更依赖于计算机程序设计有限元分析的技术取得的巨大的成就，从某种意义上说，得益于计算机硬件技术的发展和程序设计技术的发展，这两者的依赖性在当代表现得更加突出。

（如可视化技术）3.从学习的角度，不仅要学习理论，而且要从程序设计设计角度对这些理论的技术实现有一个深入的了解，应当致力于掌握这些技术实现能力，从而开发它，发展它。

（理论本身还有待于进一步完美相应的程序设计必须去开发）4.程序设计不仅是实现有限元数值分析的工具和桥梁，而且在以下诸方面也有意义：1). 精通基本概念，深化理论认识；2). 锻炼实际工程分析，实际动手的能力；3). 获得以后工作中必备的工具。

（作业+老师给元素库）目的：通过讲述有限元程序设计的技术与技巧，便能达到自编自读的能力。

§ 课程特点总描述：理论+算法+数据结构（程序设计的意义）理论：有限元算法，构造，步骤，解的等外性，收敛性，稳定性，误差分析算法；指求解过程的技术方法，含两方面的含义；a. 有限元数值分析算法，b, 与数据结构有关的算法（总刚稀疏存贮，提取，节点优化编号等）数据结构：指各向量矩阵存贮管理与实现，辅助管理结构（指针，数据记录等）具体特点：理论性强：能量泛函理论+有限元构造算法+数据结构构造算法内容繁杂：理论方法+技术方法+技术技巧技巧性强：排序，管理结构（指针生成，整型运算等）§ 课程安排①. 单元刚度矩阵及元素设计（单元刚阵算法，杆梁平面分析，板弯非协调元等）②. 总刚的形式及程序设计（单刚提前准备，技术复杂）③. l边界条件及程序设计（等效荷载计算，位移边界条件置入，多工况的对称性）④. 总刚线性方程组求解（LDL T分解，分块算法，子结构算法，波前法）⑤．单元应力计算+应力处理与改善。

ANSYS有限元分析——找形分析作业

ANSYS有限元分析——找形分析作业⼆找形分析1找形分析概述初始状态形状确定问题简称为“找形”，其基本原理是减⼩弹性刚度的影响，利⽤结构应⼒刚度求的满⾜边界条件的平衡曲⾯。

因此，在找形分析时应采⽤较⼩的弹性模量，且不施加外荷载和⾃重荷载。

2 问题描述如图1，2所⽰的菱形索⽹，四个⾓点铰⽀，长度L=6m，宽度H=4.8m，垂度V=4.2m，弹性模量E=150GPa，四边主索为?22的钢丝绳，截⾯⾯积A1=1.92E-4m2，初始预应⼒T1=15KN，副索为?14的钢丝绳，截⾯⾯积A2=7.78E-5m2，初始预应⼒T2=5KN。

图1 菱形索⽹图图1 菱形索找形后空间图形3 命令流实现有限元分析及结果!菱形索⽹找形分析（国际单位制K,M,S）FINI/CLEA/PREP7!定义⼏何参数荷载参数等，单元类型和材料性质L=6 !定义索⽹⾯X向长度H=4.8 !定义索⽹⾯Y向宽度V=4.2 !定义索⽹⾯Z向位移A1=1.92E-4 !定义直径为22的主索横截⾯⾯积A2=7.78E-5 !定义直径为14的副索横截⾯⾯积T1=1.5E4 !定义主索预应⼒T2=5E3 !定义副索预应⼒ISTRAN=0.999 !定义很⼤的初应变ET,1,LINK10 !定义单元类型R,1,A1,ISTRAN !定义主索实常数MP,EX,1,T1/(ISTRAN*A1) !定义主索弹性模量MP,PRXY,1,0.3 !定义主索泊松⽐R,2,A2,ISTRAN !定义副索实常数MP,EX,2,T2/(ISTRAN*A2)MP,PRXY,2,0.3!在平⾯位置建⽴⼏何模型并⽣成有限元模型K,1,-L/2,0K,2,0,-H/2K,3,L/2K,4,0,H/2L,1,2 !创建线，形成索⽹外边界L,2,3L,4,3L,1,4LDIV,ALL,,,6 !所有线等分为6段*DO,I,0,9 !通过循环创建内部线L,5+I,15+I*ENDDOLOVL,ALL !执⾏线搭接，形成关键点NUMM,ALL !合并相同元素DK,1,UX,,,,UY$DK,1,UZ,V !关键点1和3处为铰⽀座DK,3,UX,,,,UY$DK,3,UZ,VDK,2,UX,,,,UY$DK,2,UZ,-V !关键点2和4处施加⽀座位移DK,4,UX,,,,UY$DK,4,UZ,-V LSEL,S,LINE,,1,24LATT,1,1,1LSEL,INVE,LINELATT,2,2,1LSEL,ALL !选择所有线LESIZE,ALL,,,1 !定义每⼀条线划分⼀个单元LMESH,ALL!求解获得初始状态的变形/SOLUANTYPE,0NLGE,ON !打开⼤变形NSUB,20 !定义⼦步数OUTR,ALL,ALL !输出结果SOLVE FINI。