《工程有限元分析》上机习题

《工程有限元分析》上机习题

上机习题要求：

1）独立完成3个上机题，并完成一份分析报告。分析报告中要对所计算的问题和建模过程做详细说明，以图表形式分析计算结果。

2）结题报告中的字体，图标要求：大标题，三号，黑体；小标题，四号，宋体；正文，小四，宋体；图号、图名、表号、表名都采用五号，宋体。报告中的所有字母，数字采用Times New Rome。从ANSYS导图采用硬拷贝“hard copy”，图片长度一般采用10cm。

3）连同前面布置的作业，作为结课报告，一起上交。结课报告的内容包括作业和一份上机分析报告，用A4纸打印或者手写，要求字迹工整。结课报告的首页是：《工程有限元分析》上机报告任课教师：李辉学生姓名：×××，学号：×××，班级：×××。

******************************************************************************** 习题1：研究对象是某工业厂房带牛腿钢筋混凝土排架柱，相关尺寸标注如图1.1所示，密度2.5×103Kg/m3，弹性模量30.0GPa，泊松比0.2，分析这一结构在自重及屋架和吊车梁载荷作用下的内力及变形情况。

习题2：钢制压力容器，内径D i = 800mm，平封头高度h =120mm，筒体壁厚t = 24mm，内压p = 8MPa，材料为16MnR，弹性模量E = 200GPa，泊松比ν = 0.3，圆筒总体长度2400mm。首先对该容器进行应力分析，确定最大应力处及相应的应力集中系数，并作为以下带沟槽封头容器分析比较的参照。重点体会应力分布敏感区域细化网格对计算结果的影响。

习题3：一侧固定的方板如图3.1所示，长宽均为1m，厚度为5cm，方板的右侧受到均布拉力Mpa

q的作用。材料的弹性模量为GPa

=

200

=

E，泊松比为0.3。对方板采用两种不同

210

位移约束方式进行计算，分析采用那种约束方式比较合理。位移约束方式如下：

1)对12边同时施加x和y方向的位移约束；

2)对12边施加x方向的位移约束,对12边的中间一点施加y方向的位移约束。

1．牛腿柱应力分布分析

图1.1

1 ANSYS分析

1.1分析环境设置

进入ANSYS Mechanical APDL Product Launcher的程序界面后，Simulation Enviroment: ANSYS, License: ANSYS Mechanical，Working Directory和Job Name自己定义，其中Working Directory最好不要放在系统盘C盘。通过菜单项Utility Menu＞File＞Change Title，自己定义Title，可以指定图形显示标题。

1.2 进入前处理器

设置完成后，点取菜单项Main Menu＞Preprocessor进入前处理器PREP7，开始建模和其他的前处理操作。

1.3定义单元类型

选择菜单项Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete,在弹出的Element Type对话框中，单击Add...按钮，出现Library of Element Types对话框，如图1.2所示。

图1.2 Library of Element Types对话框

如查找不到所要的单元编号，也可以直接在红色椭圆框内输入单元编号，如图1.3所示。

图1.3 Library of Element Types对话框

对于本问题，采用三维实体单元SOLID45进行分析，同时建模时采用平面网格拉伸到三维的方式，在平面中划分辅助网格，采用PLNAE42单元。在窗口中依次选择这两种单元类型，然后单击OK退出。

1.4定义材料类型

选择菜单项Main Menu＞Preprocessor＞Material Models，将出现Define Material Model Behavior对话框，在窗口的右侧，依次双击Structural→Linear→Elastic→Isotropic，在出现的对话框中输入材料弹性模量3.0e10以及泊松比0.2，如图1.3所示。

图1.3 Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框

单击OK按钮，返回到Define Material Model Behavior窗口，在窗口右侧选择Densisy，双击打开定义密度的对话框，如图1.4所示。

图1.4 Density for Material Number 1对话框

在其中输入材料的密度2500。单击OK按钮退出，然后关闭Define Material Model Behavior，返回图形用户界面。

1.5建立剖面几何模型

（1）建立关键点

选择菜单项Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS，弹出如图1.5所示对话框。

图1.5 建立关键点的对话框

（2）建立面

选择菜单项Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞Through KPs。弹出Create Area Through KPs对象拾取框，用鼠标在屏幕上依次点选16个关键点（按照关键点号按顺序点选），然后单击OK按钮，即可得到柱子的侧面形状，如图1.6所示。

图1.6 柱子侧面形状

1.6对面划分网格

（1）设置网格属性

通过菜单项Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞All Areas，在弹出的如图1.7所示的Area Attributes对话框中，选择材料号以及单元类型号均为2，单击OK按钮，

关闭该对话框。

图1.7 Area Attributes对话框

（2）设置单元尺寸

选择菜单项Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞Areas＞All Areas，在弹出

如图1.8所示的Element Size Selected Areas对话框中输入单元变长为0.15。

（3）划分面单元