有限元方法应用论文

有限元方法应用论文
【摘要】各类结构在工程结构施做和使用过程中的力学行为的有限元分析过程是十分复杂的。

ANSYS强大的求解功能使得其十分便于应用在各种复杂的大坝工程、隧道及地下工程、桥梁结构工程、房屋建筑工程、边坡工程以及基础工程中的力学分析中，将有限元结果与教材上的理论结果进行对照，这种新的教学方法可以大大提高学生的学习兴趣，增强学生对专业知识的理解和掌握，同时还可以培养学生的动手能力。

在机械设计课程教学中具有很强的实用价值。

引言
ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元软件。

该软件是FEM（Finite Element Method）分析中迄今为止惟一通过ISO9001质量认证的计算机辅助工程（CAE）设计分析软件。

开发初期，主要应用于电力行业，现在已广泛应用于航空、航天、电子、汽车，土木工程、水利等各个领域，能够满足各行业进行有限元分析的需要。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor， I-DEAS， AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

在有限元分析过程中，主要是应用三个基本模块：前处理模块、分析计算求解模块和后处理模块。

预处理模块提供一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可方便地构造有限元模型，实现参数定义、实体建模和网格划分三种功能。

在分析计算求解模块中，是通过定义
分析的类型、分析的选项、载荷数据和载荷步选项等，来对模型进行有限元的求解。

对于后处理模块则主要是用来查看分析结果，从而得到位移、应力、应变等的图形和数字显示。

1.ANSYS软件在悬臂梁变形计算中的应用
在工程中计算梁的位移是一个重要问题，设计梁不仅要求有足够的强度，而且要有足够的刚度，即要求梁在载荷作用下的位移，不超过容许的值。

另外，对于某些梁，如车辆下的叠板弹簧，要求有较大的弹性位移，以便更好地起缓冲、减振作用，也都要进行位移计算。

积分法是求梁位移的基本方法，它能求得挠度和转角的普遍方程，这是它的优点；但是当梁上载荷复杂时，计算冗繁。

而工程中往往只需求某些特定截面的挠度和转角，这就促使人们寻求新的计算方法。

以悬臂梁为例，利用ANSYS软件可以通过计算机来求解悬臂梁的变形，求解步骤为：定义材料、实常数和单元类型：根据具体的有限元分析问题，选用合适的材料本构关系和相应的单元类型，并确定单元的实常数；建立几何模型：根据具体问题进行有限元模型简化，并画出几何模型；划分网格：对几何模型进行单元网格划分，即离散几何模型；加载（位移和力）：在单元网格上加上力边界条件和位移边界条件；求解：进行有限元求解；查看结果：查看分析结果，包括单元和单元节点上的位移、应力和力等。

2.ANSYS软件在坝体工程中的应用
启动ANSYS程序、输入相应的项目路径和文件名、定义单元类型、
实常数和材料的本构关系、建立几何模型、划分网格（单元）。

加载与求解包括加位移边界和力荷载等，并选用适当的求解器和求解步进行求解计算。

查看结果包括按图形的方式和按列表的方式进行查看，其内容有结构的变形结果、支座反力和应力以及内力（弯矩、轴力和剪力）等。

计算结果分析包括最大值和最小值统计，根据规范进行变形和强度验算以及在验算结果的基础上提出改变参数或采取相应的处理措施等。

3.ANSYS软件在隧道及地下工程中的应用
采用ANSYS有限元分析软件进行高速公路隧道开挖全过程仿真力学分析，以便对隧道的设计参数进行验证，看能否满足设计要求，同时看所选用的施工方法能否满足中国岩土的稳定性。

4.ANSYS软件的推广应用
各类结构在工程结构施做和使用过程中的力学行为的有限元分析过程是十分复杂的。

ANSYS强大的求解功能使得其十分便于应用在各种复杂的大坝工程、隧道及地下工程、桥梁结构工程、房屋建筑工程、边坡工程以及基础工程中的力学分析中，将有限元结果与教材上的理论结果进行对照，这种新的教学方法可以大大提高学生的学习兴趣，增强学生对专业知识的理解和掌握，同时还可以培养学生的动手能力。

在机械设计课程教学中具有很强的实用价值。

参考文献
[1]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]李权.ANSYS在土木工程中的应用.人民邮电出版社.2005.
[3]刘鸿文.材料力学.高等教育出版社.
[4]濮良贵，等.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.。