弹性力学与有限元法
扳手有限元分析
[摘要]运用 ANSYS 软件中参数化语言设计与蒙特卡罗法相结合的随机有限元法，以扳手为研究对象,选择扳手的多种设计参数和作用载荷为随机变量,在假定的统计分布情况下进行扳手的强度可靠性分析。运用增量求解的非线性有限元分析方法，采用扩展的拉格朗日算法和库仑摩擦模型计算扳手中的摩擦接触问题，得到了扳手应力应变精确的数值解，通过分析发现该产品应力应变不均布，存在应力集中区域，而其余不少区域应力和应变较小，材料富余。应用UG NX对扳手进行三维建模，基于ANSYS有限元分析平台下显示静力学模块（Static Structural）建立扳手静力学模型，对扳手进行应力分析和变形量分析。经分析计算，找出设计结构齿根断裂破坏原因，从而对原结构进行改进。[1]
关键词：扳手；有限元法；ANSYS；
引言
扳手是一种常用的安装与拆卸工具，是利用杠杆原理拧转螺栓、螺钉、螺母和其他螺纹紧持螺栓或螺母的开口或套孔固件的手工工具。扳手通常用碳素或合金材料的结构钢制造。蒙特卡罗法亦称统计模拟方法，是 Metropolis 在第二次世界大战期间提出的用于研究与原子弹有关的中子输运过程的一种方法。该方法目前已经广泛应用于多种学科对随机过程的统计模拟，如计量过程中不确定度的评定和分析、高等数学中数值积分和规划问题的求解、实验探测器的模拟以及数值分析、工程结构的可靠性及灵敏度分析等。[2]采用蒙特卡罗法对大量的随机过程进行建模以及仿真模拟分析，可以使复杂的随机问题得到解决。特别是计算机的出现，通过计算机软件使大量繁琐运算通过计算机得以完成，大大提高了蒙特卡罗方法的应用范围和工作效率。[3]
1 扳手模型建立
在UG NX中建立扳手模型，UG NX版本太高，ANSYS不能直接识别其文件，需要另存为Step格式。
图1 在UG NX 中绘制的扳手模型
2 在ANSYS Workbench 中建立工程文件
2.1 打开Static Structural
在Geometry 中导入Step 文件，打开Model 选项。
图2 导入ANSYS 中的扳手模型
2.1.1 静力学理论计算
建立平衡微分方程和剪应力互等定理：
（1）
（2） 式中：σx ，σy ，σz 为3个正应力；τxy , τyz ，τzx 为3个剪应力； X ，Y ，Z 为单位体积的体力。
+++X=0+++Y=0+++Z=0yx x zx xy y zy yz xz z x y z x y z x y z ?τ??σ?τ???????τ?σ?τ????????τ?τ?σ??????===xy yx yz zy zx xz ττττττ，，
这样物体内任意一点处的应力状态可由6个独立的应力分量确定。在有限元法中，把一点的6个应力分量用应力列阵表示：
σ = [σx σyσz τxyτyzτzx ] T(3) 式中：σ为应力；σx，σy，σz 为3个正应力；τxy, τyz，τzx为3个剪应力。
在外力作用下，物体各点的位置将发生变化，即产生位移。如果物体各点发生位移后仍保持各点间的初始状态的相对位置，那么物体实际上只产生了刚体移动和转动，称这种位移为刚体位移。如果物体各点发生位移后改变了各点间的初始状态的相对位置，则物体就同时产生了形状的变化，称为该物体产生了形变。
3在ANSYS中对扳手进行有限元分析
3.1网格划分的原则
对于有限元建模而言，划分网格是至关重要的一环，划分出来的网格形式将直接影响到计算的精度与规模，必需考虑以下方面来划分网格：[4]-[10]
3.1.1网格数量
随着网格的数量加大，计算精度提升，计算规模加大，必需将这两方面的因素综合起来考虑，最终确定出合理的网格数量。
确定网格数量的过程中，先要将数据类型纳入考虑的范畴。静力分析过程中，若只有计算结构发生变形，网格数量可适当少一点。若必需进行应力计算，即便是完全相同的精度下，网格数量也要适当多一些。一样的道理，响应计算过程中，对比位移响应而言，计算应力响应时所用的网格数量要更多一些。结构固有动力特性计算方面，低阶与高阶两种模态的计算对网格数量的要求各不相同，低阶模态需用到的网格数量可少一些，高阶模态则要多一些；热分析方面，结构内部温度梯度不大的，内部单元的数量没必要太多，网格数量可适当少一些。
3.1.2网格疏密
指的是在结构的各个部位使用的网格大小各不相同。对于那些计算数据有着较大变化梯度的部位，网格要适当密集。对于那些计算数据没有太大变化梯度的部位，出于压缩模型规模的考虑，所使用的网格要适当稀疏一些。这种做法下，总体的结构就会呈现出疏密有致的网格划分。
网格疏密度的划分主要用来展开应力分析，在固有特性的计算过程中，以
均匀的网格形式居多。主要原因是：固有频率与振型是由结构质量与刚度的分布来决定的，不会出现应力集中的问题，均匀网格能保证结构刚度和质量这两个矩阵的元素不会出现很大的差异，能有效降低计算误差；结构温度场计算也比较适合这种均匀网格。
3.1.3单元阶次
不少的单元都具备线性、二次与三次等多种形式，这当中，人们将二次、三次形式的单元命名为高阶单元；这种高阶单元与结构在曲线亦或是曲面边界上更加逼近，高次插值与复杂场二者的函数的逼近精度更高，鉴于此，对于那些没有规则结构形状的、应力分布与变形纷繁复杂的场合，高阶单元非常适用。不过，这种高阶单元存在很多的节点数，即便是网格数量完全一致，采用高阶单元构建而成的模型的规模会更大一些，所以，使用过程中必需从计算精度与时间这两个方面来考虑单元阶次。
3.1.4网格质量
指的是网格几何形状的科学性。网格的质量将对计算的精度造成重大影响，网格的质量差到一定的程度，将产生计算中止的严重后果。直观上来看，网格的每一个边或是每一个内角的差异都要比较小，面也没有发生过度的扭曲，边节点处于边界等分点附近，就是质量比较好的网格。可运用细长比、锥度比、内角等多个指标来衡量网格的质量。
网格划分过程中，网格的质量必需合乎一些指标的特殊规定。对于那些结构关键部位，哪怕是出现极个别低质量的网格，也将引发巨大的局部误差。对于那些结构不是很重要的次要部位，允许将质量适当放低些。如果模型里面出现质量非常差的网格，就会致使计算中止，不能继续进行计算。
3.1.5网格布局
划分网格时如果遇到形状对称的结构，必须将其分成对称网格，通过这种做法让模型呈现出对应的对称特征，布局的不对称将产生相应的误差。如果是非对称结构则要保证不同区域之间网格的连续性。
3.2在ANSYS中对扳手模型划分网格
ANSYS默认划分的网格比较稀疏，需要进行网格属性设置。
图3 点击Generate Mesh后默认的网格
Physics Preference选择：“CFD”；Size Function选择“Proximity and Curvature”；Min Size选择“1.0mm”。
图4 设置网格属性后划分网格
3.3设置材料属性
Material->Assignment选择Structural Steel。
表 1 扳手材料属性参数[11]
名称弹性模量/GPa 泊松比密度/kg·m-3
扳手210 0.3 7.85×103
3.4对模型进行约束和加载
3.4.1对模型进行约束
Supports->Displacement，选定扳手与螺母接触的两个面，限制移动，X，Y，Z 都设置位移0.0mm。
图5 设置位移约束，固定扳手一端3.4.2对扳手进行加载
给扳手另一端施加载荷，Pressure，10.0MPa。
图6 施加载荷
3.5显示运行的结果
3.5.1 Total Deformation
图7 Total Deformation, Show Elements
图8 Total Deformation, Show Undeformed WireFrame 3.5.2 Equivalent Stress
图9 Equivalent Stress, Show Elements
图10 Equivalent Stress, Show Undeformed WireFrame
3.5.3 Safety Factor
图11 Safety Factor, No WireFrame
4结论
灵敏度分析结果表明，在各参数对强度可靠性的影响中，载荷 LOAD 对扳手的应力影响最大，具有决定性的影响；手柄长度 LENGTH 影响其次；手柄宽度影响最小。
参考文献
[1]任振锟,宋文学,彭琰举,赵浩甲.扭矩扳手的有限元仿真与优化[J].机械制
造,2019,57(02):16-20.
[2]王浩,王雪峰,陈林,包佳伟.多功能攻丝扳手的设计[J].时代农
机,2018,45(09):229-230.
[3]贾钟书,李民,刘建新,杜慧勇,徐斌.组合体应变的有限元分析与扭力扳手校核[J].中
国农机化学报,2016,37(05):62-65.
[4]赵排航,王克印,黄海英,陈玉昆.智能扭力扳手机械结构设计与优化[J].煤矿机
械,2015,36(11):179-181.
[5]杨金平,于忠海.基于ANSYS/FE-SAFE的液压扳手连杆疲劳寿命仿真分析[J].机械设计
与制造工程,2015,44(02):35-37.
[6]王利明. 特定构件有限元网格划分自动化系统[D].山东大学,2017.
[7]杜平安．有限元网格划分的基本原则［Ｊ］．机械设计与制造，2000（１）：34－36．
[8]王瑞，陈海霞，王广峰．ANSYS有限元网格划分浅析［Ｊ］．天津工业大学学报，2002，
21（4）:8－11．
[9]刘海平．SP定宽机乳制过程的有限元模拟[D]．秦皇岛：燕山大学，2003．
[10]古成中，吴新跃．有限元网格划分及发展趋势[J]. 计算机科学与探索，2008，2(3):
248－259
[11]苏荣球.基于蒙特卡罗法的扳手结构可靠性分析[J].梧州学院学
报,2009,19(06):37-41.
Ansys有限元分析实例[教学] 有限元分析案例:打点喷枪模组(用于手机平板电脑等电子元件粘接)，该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出(喷嘴尺寸,0.007”)。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是:AISI 4140 最高工作频率是160HZ(一个周期中3ms开3ms关)，压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图:
2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建:
3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度:mm 压强: 3Mpa 密度:Ton/M。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性:杨氏模量 2.1E5; 泊松比:0.29; 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果: 5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷:
说明: 约束在顶针底端球面位移全约束; 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论: 当压缩空气压力是8Bar时: 当压缩空气压力是5Bar时:
当压缩空气压力是4Bar时: 结论: 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。
《有限元基础教程》作业二：平面薄板的有限元分析 班级：机自101202班 姓名：韩晓峰 学号：201012030210 一．问题描述： P P h 1mm R1mm 10m m 10mm 条件：上图所示为一个承受拉伸的正方形板，长度和宽度均为10mm ，厚度为h 为1mm ，中心圆的半径R 为1mm 。已知材料属性为弹性模量E=1MPa ，泊松比为0.3，拉伸的均布载荷q ＝ 1N/mm 2。根据平板结构的对称性，只需分析其中的二分之一即可，简化模型如上右图所示。 二．求解过程： 1 进入ANSYS 程序 →ANSYS 10.0→ANSYS Product Launcher →File management →input job name: ZY2→Run 2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK → Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK →Close 4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 1e6, PRXY:0.3 → OK 5定义实常数以及确定平面问题的厚度 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants …→Add/Edit/Delete →Add →Type 1→OK →Real Constant Set No.1,THK:1→OK →Close 6生成几何模型 a 生成平面方板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By 2 Corners →WP X:0,WP Y:0,Width:5,Height:5→OK b 生成圆孔平面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle →Solid Circle →WPX=0,WPY=0,RADIUS=1→OK b 生成带孔板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans → Subtract →Areas →点击area1→OK →点击area2→OK 7 网格划分 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) Global: Set →SIZE: 0.5 →OK →iMesh →Pick All → Close 8 模型施加约束
有 限 元 分 析 作 业 作业名称 输气管道有限元建模分析 姓 名 陈腾飞 学 号 3070611062 班 级 07机制（2）班 宁波理工学院
题目描述： 输气管道的有限元建模与分析 计算分析模型如图1所示 承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5 管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。 图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图） 题目分析： 由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注意分析过程中的单位统一。 操作步骤 1.定义工作文件名和工作标题 1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。 2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。 3.更改目录。执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK
2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。 图2 3.设置材料属性。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。 图3 3.创建几何模型 1. 选择ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) →OK
ansys有限元分析工程实例大作业
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
辽宁工程技术大学 有限元软件工程实例分析 题目基于ANSYS钢桁架桥的静力分析专业班级建工研16-1班（结构工程）学号 471620445 姓名 日期 2017年4月15日
基于ANSYS钢桁架桥的静力分析 摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了有限元建模;对桁架桥进行了静力分析，作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构内力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面。 关键词：ANSYS；钢桁架桥；静力分析；结构分析。 引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其应用计算机和求解软件快速进行力学分析了解其受力特性具有重要的意义。 1、工程简介 某一下承式简支钢桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1，材料属性见表2。桥长32米，桥高5.5米，桥身由8段桁架组成，每个节段4米。该桥梁可以通行卡车，若只考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2，和P3，其中P1=P3=5000N，P2=10000N,见图2,钢桥的形式见图1，其结构简图见图3。
ansys有限元分析大作业
有限元大作业 设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析 专业班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成日期: 2016.11.23
单车的设计及ansys模拟分析 一、单车实体设计与建模 1、总体设计 单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。 在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks) Proe》文件》属性》修改
2、车架 车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。
二、单车有限元模型 1、材料的选择 单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。 其属性如下： 弹性模量：） .6+ 90E （2 N/m 10 泊松比：0.33 质量密度：） 3 2.70E+ N/m （2 抗剪模量：） 60E .2+ N/m （2 10 屈服强度：） .2+ （2 75E 8 N/m 2、单车模型的简化 为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算
效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。 3、单元体的选择 单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid）。查资料可以知道3D实体常用结构实体单元有下表。 单元名称说明 Solid45 三维结构实体单元，单元由8个节点定义，具有塑性、蠕变、应力刚化、 大变形、大应变功能，其高阶单元是 solid95
有限元分析 一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况 P 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 (1)启动ANSYS软件，选择File→Change Jobname命令，弹出如图所示的[Change Jobname]对话框。 (2)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定 (3)选择File→Change Title菜单命令，弹出如图所示的[Change Title]对话框。 (4)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。 1.2定义单位
在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI” 1.3定义单元类型 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出如图所示[Element Types]对话框。 (2)单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的如下所示[Library of Element Types]对话框。 (3)选择左边文本框中的[Solid]选项，右边文本框中的[8node 82]选项，单击确定，。 (4)返回[Element Types]对话框，如下所示 (5)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。
《有限元法及其应用》课程作业ANSYS应用分析 学号： 姓名： 专业：建筑与土木工程
角托架的有限元建模与分析 一 、模型介绍 本模型是关于一个角托架的简单加载，线性静态结构分析问题，托架的具体形状和尺寸如图所示。托架左上方的销孔被焊接完全固定，其右下角的销孔受到锥形压力载荷，角托架材料为Q235A 优质钢。角托架材料参数为：弹性模量366E e psi =；泊松比0.27ν= 托架图（厚度：0.5） 二、问题分析 因为角托架在Z 方向尺寸相对于其在X,Y 方向的尺寸来说很小，并且压力荷载仅作用在X,Y 平面上，因此可以认为这个分析为平面应力状态。 三、模型建立 3.1 指定工作文件名和分析标题 （1）选择菜单栏Utility Menu → 命令.系统将弹出Jobname(修改文件名)对话框,输入bracket （2）定义分析标题 GUI ：Utility Menu>Preprocess>Element Type>Add/Edit/Delete 执行命令后，弹出对话框，输入stress in a bracket 作为ANSYS 图形显示时的标题。 3.2设置计算类型 Main Menu: Preferences … →select Structural → OK 3.3定义单元类型 PLANE82 GUI ：Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete 命令，系统将弹出Element Types 对话框。单击Add 按钮，在对话框左边的下拉列表中单击Structural Solid →Quad 8node 82，选择8节点平面单元PLANE82。单击ok ，Element Types 对话框，单击Option ，在Element behavior 后面窗口中选取Plane strs w/thk 后单击ok 完成定义单元类型。 3.4定义单元实常数 GUI ：Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete ，弹出定义实常数对话框，单击Add ，弹出要定义实常数单元对话框，选中PLANE82单元后，单击OK →定义单元厚度对话框，在THK 中输入0.5.
有 限 元 分 析 作 业 作业名称 输气管道有限元建模分析 姓 名 陈腾飞 学 号 3070611062 班 级 07机制（2）班 宁波理工学院
题目描述： 输气管道的有限元建模与分析 计算分析模型如图1所示 承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5 管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。 图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图） 题目分析： 由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注意分析过程中的单位统一。 操作步骤 1.定义工作文件名和工作标题 1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。 2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。 3.更改目录。执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK
2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。 图2 3.设置材料属性。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2e11，在PRXY框中输入0.26，如图3所示，选择OK并关闭对话框。 图3 3.创建几何模型 1. 选择ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3) →OK
有限元分析作业 作业名称输气管道有限元建模分析 姓名邓伟 学号 p1202100706 班级：浦机械1007 题目描述： 输气管道的有限元建模与分析 计算分析模型如图1所示 承受内压：1.0e8 Pa R1=0.3 R2=0.5
管道材料参数：弹性模量E=200Gpa；泊松比v=0.26。 图1受均匀内压的输气管道计算分析模型（截面图） 题目分析： 由于管道沿长度方向的尺寸远远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其方向上无应变产生。然后根据结构的对称性，只要分析其中1/4即可。此外，需注意分析过程中的单位统一。 操作步骤 1.定义工作文件名和工作标题 1.定义工作文件名。执行Utility Menu-File→Chang Jobname-3070611062，单击OK按钮。 2.定义工作标题。执行Utility Menu-File→Change Tile-chentengfei3070611062，单击OK按钮。 3.更改目录。执行Utility Menu-File→change the working directory –D/chen 2.定义单元类型和材料属性 1.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 2.选择单元类型。执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →apply Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK Options…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。
有限元大作业 设计题目: 单车的设计及ansys有限元分析 专业班级: 姓名: 学号: 指导老师: 完成日期: 2016.11.23
单车的设计及ansys模拟分析 一、单车实体设计与建模 1、总体设计 单车的总体设计三维图如下，采用pro-e进行实体建模。 在建模时修改proe默认单位为国际主单位(米千克秒 mks) Proe》文件》属性》修改
2、车架 车架是构成单车的基体，联接着单车的其余各个部件并承受骑者的体重及单车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架分为前部和后部，前部为转向部分，后部为驱动部分，由于受力较大，所有要对后半部分进行加固。 二、单车有限元模型 1、材料的选择 单车的车身选用铝合金（6061-T6）T6标志表示经过热处理、时效。 其属性如下： 弹性模量：）（2 N/m 1090E .6
泊松比：0.33 质量密度：）（2 N/m 32.70E + 抗剪模量：）（2N/m 1060E .2+ 屈服强度：） （2N/m 875E .2+ 2、单车模型的简化 为了方便单车的模拟分析，提高电脑的运算效率，可对单车进行初步的简化；单车受到的力的主要由车架承受，因此必须保证车架能够有足够的强度、刚度，抗振的能力，故分析的时候主要对车架进行分析。简化后的车架如下图所示。 3、单元体的选择 单车车架为实体故定义车架的单元类型为实体单元（solid ）。查资料可以知道3D 实体常用结构实体单元有下表。
课程论文 (2015-2016学年第一学期) 有限元理论在软件中的应用与刚度矩阵的求解 学生：张贺
有限元分析案例：打点喷枪模组（用于手机平板电脑等电子元件粘接），该产品主要是使用压缩空气推动模组内的顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出（喷嘴尺寸￠0.007”）。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是：AISI 4140 最高工作频率是160HZ（一个周期中3ms开3ms关），压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上，用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。 1. 零件外形设计图： 2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建： 3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185，由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是长度：mm 压强：Mpa 密度：Ton/M3。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性：杨氏模量 2.1E5；泊松比：0.29； 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果：
5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷： 说明：约束在顶针底端球面位移全约束； 分别模拟当滑块顶断面分别以8Bar，5Bar，4Bar和3Bar时分析顶针的内应力分布，根据计算结果确定该产品允许最大工作压力范围。 6. 分析结果及讨论： 当压缩空气压力是8Bar时：
当压缩空气压力是5Bar时： 当压缩空气压力是4Bar时：
结论： 通过比较在不同压力载荷下最大内应力的变化发现，顶针工作在8Bar时最大应力达到250Mpa，考虑到零件是在160HZ高频率在做往返运动，疲劳寿命要求50百万次以上，因此采用允许其最大工作压力在5Mpa，此时内应力为156Mpa，按线性累积损伤理论[3 ]进行疲劳寿命L-N疲劳计算，进一部验证产品的设计寿命和可靠性。
有限元法分析与建模课程设计报告 学院：机电学院 专业：机械制造及其自动化指导教师：**** 学生：* *** 学号：2012011**** 2015-12-31
摘要 本文通过ANSYS10.0建立了标准光盘的离心力分析模型，采用有限元方法对高速旋转的光盘引起的应力及其应变进行分析，同时运用经典弹性力学知识来介绍ANSYS10.0中关于平面应力问题分析的基本过程和注意事项。力求较为真实地反映光盘在光驱中实际应力和应变分布情况，为人们进行合理的标准光盘结构设计和制造工艺提供理论依据。 关键词：ANSYS10.0；光盘；应力；应变。
目录 第一章引言 (3) 1.1 引言 (3) 第二章问题描述 (4) 2.1有限元法及其基本思想 (4) 2.2 问题描述 (4) 第三章力学模型的建立和求解 (5) 3.1设定分析作业名和标题 (5) 3.2定义单元类型 (6) 3.3定义实常数 (9) 3.4定义材料属性 (12) 3.5建立盘面模型 (14) 3.6对盘面划分网格 (22) 3.7施加位移边界 (27) 3.8施加转速惯性载荷并求解 (30) 第四章结果分析 (32) 4.1 旋转结果坐标系 (32) 4.2查看变形 (33) 4.3查看应力 (35) 总结 (38) 参考文献 (39)
第一章引言 1.1 引言 光盘业是我国信息化建设中发展迅速的产业之一，认真研究光盘产业的规律和发展趋势，是一件非常迫切的工作。光盘产业发展的整体性强，宏观调控要求高，因此，对于光盘产业的总体部署、合理布局和有序发展等问题，包括节目制作、软件开发、硬件制造、节目生产、技术标准等。 在高速光盘驱动器中，光盘片会产生应力和应变，在用ANSYS分析时，要施加盘片高速旋转引起的惯性载荷，即可以施加角速度。需要注意的是，利用ANSYS施加边界条件时，要将内孔边缘节点的周向位移固定，为施加周向位移，而且还需要将节点坐标系旋转到柱坐标系下。 本文通过ANSYS10.0建立了标准光盘的离心力分析模型，采用有限元方法对高速旋转的光盘引起的应力及其应变进行分析，同时运用经典弹性力学知识来介绍ANSYS10.0中关于平面应力问题分析的基本过程和注意事项。
1.工程背景 房屋刚性独立基础 当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重时，基础常采用方形、圆柱形和多边形等形式的独立式基础，是整个或局部结构物下的无筋或配筋基础。本例以独立坡形基础为例。 2.几何参数及材料 底部：3m*3m，全高：1.8m，上部平台面积：0.6m*0.6m，斜坡坡高：1.2m，坡脚：45°，截面为正方形，选取1/2的单向简化模型。 桩体材料：线弹性材料，弹性模量GPa，泊松比0.2，密度2700kg/m3 土体材料：DP材料，弹性模量25MPa，泊松比0.45，密度2000kg/m3，粘聚力10，摩擦角30°，膨胀角30° 3.建模过程 （1）前处理 1——定义单元类型及材料属性 2——建立平面模型 3——进行网格划分 4——拉伸成体 （2）加载及求解 1——施加约束(整体模型的对称面X=0处施加对称约束，模型底面Y=-2施加全自由度约束，顶面为自由面，其余三个侧面约束其平面外的平动自由度) 2——施加重力荷载 3——施加上部约束 （3）后处理 1——自重荷载下的受力及变形 2——施加约束后的结果 4.命令流 /CLEAR /prep7 et,1,plane182 et,2,solid65 mp,ex,1,2.5e10 !桩的弹性模量 mp,nuxy,1,0.2 !桩的泊松比 mp,dens,1,2700 !桩的密度 mp,ex,2,2.5e7 !土的弹性模量 mp,nuxy,2,0.45 !土的泊松比
mp,dens,2,2000 !土的密度 tb,dp,2 tbdata,1,10,30,30 !粘聚力c为10,摩擦角为30度,膨胀角为30 !keypoints k,1 ！建立模型关键点 k,2,1.5 k,3,1.5,0.3 k,4,0.3,1.5 k,5,0.3,1.8 k,6,0,1.8 k,7,1.5,1.8 k,8,4,1.8 k,9,4,0 k,10,4,-2 k,11,0,-2 *do,i,1,5 ！连接关键点成线 l,i,i+1 *enddo l,1,6 l,3,7 l,5,7 *do,i,7,10 l,i,i+1 *enddo l,2,9 l,11,1 /pnum,line,1 lplot al,1,2,3,4,5,6 ！显示直线编号 al,3,4,8,7 ！绘制直线 al,2,7,9,10,13 ！围成基础面 al,1,13,11,12,14 ！生成土体面 /pnum,area,1 aplot aglue,all ！显示面 nummrg,all ！粘贴各部分 numcmp,all lsel,s,,,2,8,1 ！选择直线 lsel,u,,,3 ！去除L3 lesize,all,0.15 ！设定划分尺寸 lsel,s,,,3 ！选择L3 lesize,all,,,10 ！分10份 lsel,s,,,all ！反选L2-L8 lsel,u,,,2,8,1
Ansys有限元课程设计 问题一：飞机机翼振动模态分析 机翼模型沿着长度方向具有不规则形状，而且其横截面是由直线和曲线构成（如图所示）。机翼一端固定于机身上，另一端则自由悬挂。机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度r =886 kg/m^3 一、操作步骤： 1.选取5个keypoint，A（0,0,0）为坐标原点，同时为翼型截面的尖点； 2.B（2，0，0）为下表面轮廓截面直线上一点，同时是样条曲线BCDE的起点; 3.D(1.9,0.45,0)为样曲线上一点； 4.C(2.3，0.2,0)为样条曲线曲率最大点，样条曲线的顶点； 5.E(1,0.25,0)与点A构成直线，斜率为0.25； 6.通过点A、B做直线和点B、C、D、E作样条曲线就构成了截面的形状。沿Z 方向拉伸，就得到机翼的实体模型； 7.创建截面如图：
机翼材料的常数为：弹性模量E=0.26GPa，泊松比m=0.3，密度r =886 kg/m^3 8.定义网格密度并进行网格划分： 选择面单元PLANE42和体单元SOLID45进行划分网格求解。面网格选择单元尺寸为0.00625，体网格划分时按单元数目控制网格划分，选择单元数目为10
9. 对模型施加约束，由于机翼一端固定在机身上所以在机翼截面的一端所有节点施加位移和旋转约束 二、有限元处理结果及分析： 机翼的各阶模态及相应的变形：
一阶振动模态图： 二阶振动模态图： 三阶振动模态图：
四阶振动模态图： 五阶振动模态图：
命令流： /FILNAM, MODAL /TITLE,Modal analysis of a modal airplane wing /PMETH,OFF,0 KEYW,PR_STRUC,1 /UIS,MSGPOP,3 /PREP7 ET,1,PLANE42 ET,2,SOLID45 MP,EX,1,3800 12 MP,PRXY ,1,0.3 MP,DENS,1,1.033E-3 K,1, K,2,2 K,3,2.3,0.2 K,4,1.9,0.45
有限元分析作业 作业名称轴类零件静态受力分析 姓名 学号 班级
题目： 图1 上图1为一个轴类零件模型。板的材料参数为：弹性模量E=200GPa,泊松比u=0.25：此模型在左侧表面施加固定位移约束，在右侧的右侧表面施加20Mpa的局部压力载荷。 题目分析： 此题是一个静态的受力分析，没有涉及到温度、膨胀系数之类，属于一个比较简单的受力分析。用solidworks软件绘制三维模型，并导入到ANSYS中，对其进行材料的设定，网格划分，施加约束、载荷并求解。 分析过程： 1.定义单位、文件名、储存路径及标题 定义工作文件名:执行File-Chang Jobname-3080611075 更改工作文件储存路径：执行File-Chang Directory-D:\ANSYS 定义工作标题：执行File-Change Tile-001 2.定义分析类型、单元格类型及材料属性 a)定义分析类型 GUI：Main Menu | Preference,如图2
图2 b)选择单元格类型 考虑到分析实体的结构相对复杂，选用中间节点的四面体单元，solid92，如图3 图3 c)定义材料属性，如图4 图4 3.建立模型并导入到ANSYS a)在solidworks中建立三维模型（省略），另存为*.x_t格式。如图5
图5 b)将上述模型导入到ANSYS 执行File-Import—PRAR…—浏览上述模型，如图6
图6 4.网格划分： a)考虑到零件的复杂性，采用智能网格划分，精度为1，其他选项为默认，如图7 图7 b)划分结果，图8
图8 5.约束加载 a)添加位置约束 Solution-apply-structural-displacement-on areas（对两小圆孔表面面进行约束），如图9 图9 b)添加载荷
辽宁工程技术大学 有限元软件工程实例分析 题目基于ANSYS钢桁架桥的静力分析专业班级建工研16-1班（结构工程）学号 471620445 姓名 日期 2017年4月15日
基于ANSYS钢桁架桥的静力分析 摘要：本文采用ANSYS分析程序，对下承式钢桁架桥进行了有限元建模;对桁架桥进行了静力分析，作出了桁架桥在静载下的结构变形图、位移云图、以及各个节点处的结构内力图（轴力图、弯矩图、剪切力图），找出了结构的危险截面。 关键词：ANSYS；钢桁架桥；静力分析；结构分析。 引言：随着现代交通运输的快速发展，桥梁兴建的规模在不断的扩大，尤其是现代铁路行业的快速发展更加促进了铁路桥梁的建设，一些新建的高速铁路桥梁可以达到四线甚至是六线，由于桥面和桥身的材料不同导致其受力情况变得复杂，这就需要桥梁需要有足够的承载力，足够的竖向侧向和扭转刚度，同时还应具有良好的稳定性以及较高的减震降噪性，因此对其应用计算机和求解软件快速进行力学分析了解其受力特性具有重要的意义。 1、工程简介 某一下承式简支钢桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表1，材料属性见表2。桥长32米，桥高5.5米，桥身由8段桁架组成，每个节段4米。该桥梁可以通行卡车，若只考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1，P2，和P3，其中P1=P3=5000N，P2=10000N,见图2,钢桥的形式见图1，其结构简图见图3。
图1钢桥的形式 图2桥梁的简化平面模型（取桥梁的一半） 图3刚桁架桥简图 所用的桁架杆件有三种规格，见表1
有限元作业报告 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期：2014.8
目录 题目描述 (3) 题目分析 (3) 操作步骤 (4) 1.定义工作文件名和工作标题..` (4) 2. 定义单元类型和材料属性 (4) 3.导入几何模型 (7) 4.生成有限元网格 (8) 5.施加约束和载荷 (9) 结果显示 (10) 结果分析 (13)
题目描述： 日常所用的凳子的简易建模与分析 凳腿下牙条上牙条 材料参数：弹性模量E=11GPa，泊松比v=0.33，密度ρ=450kg/m3 题目分析： 凳子由四根凳腿支撑，凳腿之间有牙条连接，凳子的上表面受到向下的应力。 对于板凳，其主要承受的力来自于板面所受到的压力。日常生活中，其所受到的力不是很大，而且受力接近均匀，故在ansys分析过程中可以通过给予板面一定的压力来模拟人坐在上面时它所承受的力，以此来分析其所产生的应力应变，从而可以通过分析局部应力应变，来优化其结构，达到延长其使用寿命的目的，这也是本次利用ANSYS分析的缘由。 对于面上的模拟力，我们以成年人50kg的重量均匀分布在凳面上，根据事先测量好的板凳参数（单位mm)： 上板尺寸为350×250×15,凳腿尺寸为40×30×400。 由以上参数确定板面所受压强为: ()Pa m m Kg N K F5714 35 .0 25 .0 / 10 g 50= ? ÷ ? =取F=5500Pa 上板
操作步骤： 1.定义工作文件名和工作标题 1）定义工作文件名。 菜单方式：执行Utility Menu-File→Change Jobname-youxianyuan，单击OK按钮。 命令行方式：/FILENAME 2）定义工作标题。 菜单方式：执行Utility Menu-File→Change Tile-dengzi，单击OK 按钮。 命令行方式：/TITLE 2.定义单元类型和材料属性 1）定义单元类型
二找形分析 1找形分析概述 初始状态形状确定问题简称为“找形”，其基本原理是减小弹性刚度的影响，利用结构应力刚度求的满足边界条件的平衡曲面。因此，在找形分析时应采用较小的弹性模量，且不施加外荷载和自重荷载。 2 问题描述 如图1，2所示的菱形索网，四个角点铰支，长度L=6m，宽度H=4.8m，垂度V=4.2m，弹性模量E=150GPa，四边主索为?22的钢丝绳，截面面积A1=1.92E-4m2，初始预应力T1=15KN，副索为?14的钢丝绳，截面面积A2=7.78E-5m2，初始预应力T2=5KN。 图1 菱形索网图图1 菱形索找形后空间图形 3 命令流实现有限元分析及结果 !菱形索网找形分析（国际单位制K,M,S） FINI /CLEA /PREP7 !定义几何参数荷载参数等，单元类型和材料性质 L=6 !定义索网面X向长度 H=4.8 !定义索网面Y向宽度
V=4.2 !定义索网面Z向位移 A1=1.92E-4 !定义直径为22的主索横截面面积A2=7.78E-5 !定义直径为14的副索横截面面积T1=1.5E4 !定义主索预应力 T2=5E3 !定义副索预应力 ISTRAN=0.999 !定义很大的初应变 ET,1,LINK10 !定义单元类型 R,1,A1,ISTRAN !定义主索实常数 MP,EX,1,T1/(ISTRAN*A1) !定义主索弹性模量 MP,PRXY,1,0.3 !定义主索泊松比 R,2,A2,ISTRAN !定义副索实常数 MP,EX,2,T2/(ISTRAN*A2) MP,PRXY,2,0.3 !在平面位置建立几何模型并生成有限元模型 K,1,-L/2,0 K,2,0,-H/2 K,3,L/2 K,4,0,H/2 L,1,2 !创建线，形成索网外边界 L,2,3 L,4,3 L,1,4 LDIV,ALL,,,6 !所有线等分为6段 *DO,I,0,9 !通过循环创建内部线 L,5+I,15+I *ENDDO LOVL,ALL !执行线搭接，形成关键点NUMM,ALL !合并相同元素 DK,1,UX,,,,UY$DK,1,UZ,V !关键点1和3处为铰支座 DK,3,UX,,,,UY$DK,3,UZ,V DK,2,UX,,,,UY$DK,2,UZ,-V !关键点2和4处施加支座位移DK,4,UX,,,,UY$DK,4,UZ,-V LSEL,S,LINE,,1,24 LATT,1,1,1 LSEL,INVE,LINE LATT,2,2,1 LSEL,ALL !选择所有线 LESIZE,ALL,,,1 !定义每一条线划分一个单元LMESH,ALL !求解获得初始状态的变形 /SOLU ANTYPE,0 NLGE,ON !打开大变形 NSUB,20 !定义子步数
1. ANSYS交互界面环境包含交互界面主窗口和信息输出窗口。 2. 通用后处理器提供的图形显示方式有变形图、等值线图、矢量图、粒子轨迹图以及破裂和压碎图。 3. ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场和耦合场分析于一体的有限元分析软件。 4. 启动ANSYS 10.0的程序，进入ANSYS交互界面环境，包含主窗口和输出窗口。 5. ANSYS程序主菜单包含有前处理、求解器、通用后处理、时间历程后处理器等主要处理器，另外还有拓扑优化设计、设计优化、概率设计等专用处理器。 6. 可以图形窗口中的模型进行缩放、移动和视角切换的对话框是图形变换对话框。 7. ANSYS软件默认的视图方位是主视图方向。 8. 在ANSYS中如果不指定工作文件名，则所有文件的文件名均为 file 。 9. ANSYS的工作文件名可以是长度不超过 64 个字符的字符串，必须以字母开头，可以包含字母、数字、下划线、横线等。 10. ANSYS常用的坐标系有总体坐标系、局部坐标系、工作平面、显示坐标系、节点坐标系、单元坐标系和结果坐标系。 11. ANSYS程序提供了4个总体坐标系，分别是：总体直角坐标系，固定内部编号为0；总体柱坐标系，固定内部编号为1；总体球坐标系，固定内部编号为2；总体柱坐标系，固定内部编号为5。 12. 局部坐标系的类型分为直角坐标系、柱坐标系、球坐标系和环坐标系。 13. 局部坐标系的编号必须是大于或等于 11 的整数。 14. 选择菜单路径Utility Menu →WorkPlane→Display Working Plane，将在图形窗口显示工作平面。 15. 启动ANSYS进入ANSYS交互界面环境，最初的默认激活坐标系（当前坐标系）总是总体直角坐标系。 16. ANSYS实体建模的思路（方法）有两种，分别是自底向上的实体建模和自顶向下的实际建模。 17. 定义单元属性的操作主要包括定义单元类型、定义实常数和定义材料属性等。 18. 在有限元分析过程中，如单元选择不当，直接影响到计算能否进行和结果的精度。 19. 对于各向同性的线弹性结构材料，其材料属性参数主要有弹性模量和泊松比。