结构有限元课程设计报告

步骤：

（1）首先要建模，按照实际尺寸主要运用前处理中modeling中creat和operate方法里面的子方法建立模型，通过Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions方法，分别按如图所示坐标系建立60*60、40*50及40*120三个矩形，然后用Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Areas方法将三个矩形粘到一起，再在（30，30）与（150，80）处分别用Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circle方法建立半径为20和10的圆，再用Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas方法将两个圆从模型中剪去，再用倒角方法Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Line Fillet实现右下角和右上角的圆弧，而中间位置需要建立一个边长为10的正方形，并将起粘到模型中，同样用倒角方法实现那个圆弧，在三个圆弧处运用Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>Area by Line方法，使用圆弧将面积切开，按图中模型用Main Menu>Preprocessor>Modeling>Delete>Areas Only方法，删除多余的面积，这样模型就建好了；

（2）选择元素类型solid quad 4node 42,即为PLANE 42;

（3）定义材料属性Material Model | Number1 | Structural | Linear | Isotropic,设置弹性模量EX为2.1e11，设置泊松比PRXY为0.3；

（4）选Plot | Lines,通过Plotctrls | Numbering中的选项，显示线的编号，通过meshTool 的line set 方式对模型的线进行划分控制，横着的那条长线一般选50等分左右，根据比例合理定义划分比例，划分完毕后，mesh area,完成对模型的网格划分，要尽可能保证划分的

均匀性，如果某一部分划分的太粗糙，想细致地看一下，可以选择Refine；

（5）在求解模块，对模型的左边通过solution | define loads | apply | structural | displacement | on lines 进行X和Y轴方向的固定；

（6）在求解模块，对模型的上边通过solution | define loads | apply | structural | pressure | on lines 添下方向向下的均布荷载；

（7）然后在命令窗口中输入solve(solve | current LS)进行求解；

（8）在后处理阶段，在plot results | contour plot | nodal solu所对应的窗体中选择合适的选项查看相应的数据，如下图所示，对结果进行相应的分析。

图1 图2

图3 图4

图1表示加载前后变形情况，图2表示Y轴方向的位移变化情况，变形大小为-10

mm，变形是比较微小的，图3表示y轴方向的应力情况，最大应力为

0.12310

161.765Mpa，图4表示等效应力情况，如图4显示，最大等效应力发生于左上角和中间的拐角处，达到了486MPa，远超过235MPa,此时试件是不安全的，需要进行优化。

此时如果不过多考虑集中应力的情况，在左上角添加一个圆弧，在中间拐角处将圆弧的半径加大，如图5，进行模拟计算，得到优化后的结果如下：

图5 图6

图7 图8

图5指变形情况，图6指Y 轴方向的位移变化情况-90.

10210 mm ，变形是比较微小的，图7指y 轴方向的应力情况，最大应力为166.723Mpa ，图8指等效应力情况。从图8中可以看出，最大等效应力为234.864，如果不过多考虑集中应力影响的话，此次优化是比较成功的。

2．如图所示一吊车梁，求解当两端承受10KN 的集中载荷时，梁的变形与应力。材料，全

解：（1）首先要对吊车梁进行建模，先选择三维坐标系，定出A 、B 、C 、D 、E 、F 六个点的坐标，在前处理中使用Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS 方式创建关键点，通过关键点将AE 、BE 、CF 、DF 四条直线连接起来，通过Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>On Line w/Ratio 方法找到BE 、AE 的三等分点和四等分点，同理找到CF 、DF 的三等分点和四等分点，按图中的实际线段，通过关键点将相应的直线连接在一起；

（2）选择元素类型为BEAM188或者BEAM189，这里选择BEAM189;

（3）定义材料属性，通过Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models ，设置弹性模量EX 为2e11，设置泊松比PRXY 为0.3；

（4）通过前处理的section>beam>common section 构件的两种不同的横截面尺寸进行定义；

（5）通过前处理的Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked Lines 可以对所建的模型的相应的直线通过选择的方式赋予（4）中所定义的模截面尺寸；

（6）选Plot > Lines,通过Plotctrls>Numbering 中的选项，显示线的编号，通过meshTool 的line set 方式对模型的线进行划分控制，划分完毕后，mesh lines,完成对模型的网格划分，要尽可能保证划分的均匀性;

（7）在求解模块，对模型的A 、B 、C 、D 四个点通过Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Keypoints 方式中选中ALL DOF 表示对所有方向进行固定，位移的值取为0；

（8）在求解模块，对模型的E 、F 两点通过Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Keypoints 方式向Y 轴的负方向添加10KN 的集中载荷，value 的值为-10000N ；

（9）然后在命令窗口中输入solve(solve | current LS)进行求解；

（10）在后处理阶段，在plot results | contour plot | nodal solu 所对应的窗体中选择合适的选项查看相应的数据，如下图所示，对结果进行相应的分析。

图1 吊简图及尺寸 主要构件横截面尺寸 内部和交叉支撑构件横截面尺寸