有限元分析及应用报告-利用ANSYS软件对三角形大坝有限元分析

有限元分析及应用报告

题目：利用ANSYS软件对三角形大坝有限元分析姓名：xxx

学号：xxx

班级：机械xxx

学院:机械学院

指导老师：xxx

二零一五年一月

一． 问题概述

图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较：

1） 分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和

六节点三角形单元计算；

2） 分别采用不同数量的三节点常应变单元计算；

3） 当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方

案计算求解 10M 6M

不同划分方案试例

A

B C

二．问题分析

由题目所给条件可知，该大坝为无限长度，即大坝长度远大于横截面尺寸，且横截面尺寸沿长度方向不变；作用于大坝的

载荷平行于横截面且沿大坝长度方向均匀分布，所以该问题属

于平面应变问题。因此在利用ansys软件建模分析时可以只分

析其一个截面，即能得出大坝体内各处的应变和应力分布状况。三．有限元建模

1．设置计算类型

由问题分析可知本问题属于平面应变问题，所以选择preferences 为structure。

2．单元类型选定

由题目可知需要分别使用三节点常应变单元和六节点三角形单元进行有限运分析。三节点常应变单元选择的类型是PLANE42（Quad4node42），该单元属于是四节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为三节点单元；六节点三角形单元选择的类型是PLANE183（Quad8node183），该单元属于是八节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为六节点单元。因研究的问题为平面应变问题，设置option选项中的Element behavior（K3）设置为plane strain。

3．材料参数

大坝常用材料混凝土的弹性模量为14~29×109N/m²，本题选为20×109N/m²，泊松比为0.10~0.18，本题选为0.15。

4．几何建模

按照题目所给尺寸利用ansys的modeling依次建立keypoint：1(0,0),2(6,0),3(0,10)，create LINES依次连接三个keypoint即可建立三条线，create AREAS依次选择三条线即建立了所需的三角形截面。

5．网格划分

划分网格时，拾取竖直和水平直角边进行Size Control，设定NDIV为15；拾取斜边，设定NDIV为20，选择网格划分方式为Tri 和Mapped。下图3-1、3-2分别为mesh attribute设置为plane183和plane42的有限元网格模型。

图3-1 plane 183网格， 600个单元,1261个节点数

图3-2 plane 42网格，600个单元,331个节点数

6．定义约束和载荷

题目条件为位于刚性地基上的大坝，所以约束为水平直角边全约束，设置约束方法为点击displayment拾取水平直角边ALL DOF全约束。

大坝左边直角边受到均匀变化的水压，压强公式为

P=ρgh=98000−9800∗{Y}

在ansys的parameter中定义该载荷函数P，在pressure选项中选择existing table施加该载荷P即可。

四．计算求解

在划分网格施加载荷和约束后，点击solution的solve即可进行计算求解，结果分析时主要关注最大位移、最大应力及其位置，由于

材料为混凝土，应力云图采用第一强度应力。

1.三节点常应变单元结果（600单元）

图4-1 三节点单元模型节点位移图，最大位移0.212mm

图4-2 六节点单元模型节点位移云图，最大位移0.212mm

图4-3第一强度应力分布云图，最大应力在直角部位为0.44MPa 2.六节点三角形单元结果（600单元）

图4-4 六节点单元模型节点位移图，最大位移0.219mm

4-5 六节点单元模型节点位移云图，最大位移0.219mm

4-6 第一强度应力分布云图，最大应力在直角部位为0.67MPa

3.常应变三节点单元结果（20886个单元）

改变size control中的element eagle length为0.1，增加单元数进行分析。

图4-7 三节点单元模型节点位移图，最大位移0.219mm

图4-8 三节点单元模型节点位移云图，最大位移0.219mm

图4-9 第一强度应力云图，最大应力0.77MPa

4.将以上三组分析结果数据整理为如下表格：

单元类型单元数节点数最大位移(mm) 最大应力MPa 常应变三节点单元600 331 0.212 0.44

六节点三角形单元600 1261 0.219 0.67

常应变三节点单元20886 10621 0.219 0.77

5选择不同的划分方案比较

在初始几何模型上再建立三个keypoint:4(3,0),5(3,5),6(0，

5),分别连接六个点形成题目所示的两种划分方案，在mesh的size control中将NDVI设置为1，即可得到所建几何模型对应的网格。

约束为1、4、2三个keypoint全约束DOF，施加载荷同样使用载

荷函数。下面是分析结果图：

1）：网格划分方案一

图4-10 受载变形图，最大位移0.076mm

图4-11 位移云图，最大位移为0.076mm

图4-12 第一强度应力云图，最大应力0.14MPa 2）网格划分方案二

图4-13受载变形图，最大位移为0.086mm