有限元分析大作业报告.

有限元分析大作业报告

试题1：

一、问题描述及数学建模

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。

该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图所示。

二、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

1、有限元建模

（1）设置计算类型：两者因几何条件和载荷条件均满足平面应变问题，故均取Preferences 为Structural

（2）选择单元类型：三节点常应变单元选择的类型是Solid Quad 4 node182；六节点三角形单元选择的类型是Solid Quad 8 node183。因研究的问题为平面应变问题，故对Element behavior（K3）设置为plane strain。

（3）定义材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3

（4）建几何模型：生成特征点；生成坝体截面

（5）网格化分：划分网格时，拾取lineAB和lineBC，设定input NDIV 为15；拾取lineAC，设定input NDIV 为20，选择网格划分方式为Tri+Mapped，最后得到600个单元。

（6)模型施加约束：约束采用的是对底面BC 全约束。大坝所受载荷形式为Pressure ，作用在AB 面上，分析时施加在L AB 上，方向水平向右，载荷大小沿L AB 由小到大均匀分布。以B 为坐标原点，BA 方向为纵轴y ，则沿着y 方向的受力大小可表示为：

}

{*980098000)10(Y y g gh P 2、计算结果及结果分析（1）三节点常应变单元

三节点常应变单元的位移分布图

三节点常应变单元的应力分布图

（2）六节点三角形单元

六节点三角形单元的变形分布图

六节点三角形单元的应力分布图

（3）计算数据表

单元类型最小位移（mm）最大位移（mm）最小应力（Pa）最大应力（Pa）三节点0 0.0284 5460.7 392364

六节点0 0.0292 0.001385 607043 （4）结果分析

①最大位移都发生在A点，即大坝顶端，最大应力发生在B点附近，即坝底和水

的交界处，且整体应力和位移变化分布趋势相似，符合实际情况；

②结果显示三节点和六节点单元分析出来的最大应力值相差较大，原因可能是B

点产生了虚假应力，造成了最大应力值的不准确性。

③根据结果显示，最小三节点和六节点单元分析出来的最小应力值相差极为悬

殊，结合理论分析，实际上A点不承受载荷，最小应力接近于零，显然六节点三角形单

元分析在这一点上更准确。

④六节点的应力范围较大，所以可判断在单元数目相同的前提下，节点数目越多，

分析精度就越大；但是节点数目的增多会不可避免地带来计算工作量增加和计算效率降

低的问题。

三、分别采用不同数量的三节点常应变单元计算

1、有限元建模（单元数目分别为150和1350）

2、计算结果及结果分析

（1）单元数目为150的常应变三节点单元

（2）单元数目为1350的常应变三节点单元

（3）计算数据表

单元数最大位移（mm）最小应力（Pa）最大应力（Pa）

91 0.0270 10923.5 301924

1350 0.0288 3640.16 452618

（4）结果分析

单元数目的增加，最大位移变化不大，应力变化范围逐步增大；网格划分越密，分析的结果准确度将会提高；单元数目的增加和节点数目的增加都会造成计算量的增加和计算速度的下降的问题。

四、当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算

1、方案一

2、方案二

3、计算数据表

最大位移（mm）最小应力（Pa）最大应力（Pa）方案一0.0128 76772 147567

方案二0.0107 50772.9 156173

4、数据分析

由以上分析结果可知，由于方案一和二都只有四个单元，所以在计算应力和位移的时结果的准确度较低。分析应力图可知，方案二得出的最大应力不在坝底和水的交界处，不符合实际情况，而方案一的最大应力所在位置符合实际情况，所以总体来说，方案一的分析结果优于方案二。

试题3：

一、问题描述及数学建模

图示为一带圆孔的单位厚度（1M ）的正方形平板，在x 方向作用均布压力0.25Mpa ，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对平板进行有限元分析，并对以下几种计算方案的计算结果进行比较：

（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；

在y 轴上，孔边应力的精确解为：

MPa x

75.0，在x 轴上，孔边应力的精确解为：

MPa

y

25.06mm

x

y

0．25MPa

0．25MPa

48m

由图可知，本题所研究问题为平面应力问题，又因此平板结构关于图示中X 、Y 轴对称，

可以利用此对称性，取截面的四分之一进行分析计算。

二、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

1、三节点常应变单元