有限元上机实验指导书
- 格式:doc
- 大小:82.50 KB
- 文档页数:5
有限元法基础及应用上机指导书(ABAQUS版)1 引言 (3)2 ABAQUS 软件 (3)2.1 ABAQUS分析步骤 (3)2.2 ABAQUS/CAE简介 (4)2.3 单位制 (5)3 上机实验1——平面问题应力集中分析 (6)3.1 问题描述 (6)3.2 目的和要求 (6)3.3 操作步骤 (6)3.4 上机报告要求 (16)4 上机实验2——平面问题有限元解的收敛性 (17)4.1 问题描述 (17)4.2 目的和要求 (17)4.3 操作步骤 (17)4.4 上机报告要求 (22)5 上机实验3——轴对称模型 (23)5.1 问题描述 (23)5.2 目的和要求 (23)5.3 操作步骤 (23)5.4 上机报告要求 (30)6 上机实验4——三维模型的线性静力分析 (31)6.1 问题描述 (31)6.2 目的和要求 (31)6.3 操作步骤 (31)6.4 上机报告要求 (39)7 上机实验5——板-梁组合建模 (40)7.1 问题描述 (40)7.2 目的和要求 (40)7.3 操作步骤 (40)7.4 上机报告要求 (47)8 上机实验6——综合练习题 (48)8.1 问题描述 (48)8.2 目的和要求 (48)8.3 操作说明 (48)1 引言上机实验是“有限元法基础及应用”课程的一个教学实践环节。
通过上机,同学们可以对理论课所学有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解,同时通过对本实验所用软件平台ABAQUS的初步涉及,为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE软件进行工程分析奠定初步基础。
2 ABAQUS 软件ABAQUS是一套功能强大的基于有限元法的工程模拟软件,其解决问题的范围从相对简单的线性分析到最富有挑战性的非线性模拟问题。
ABAQUS具备十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库,并与之对应拥有各种类型的材料模型库,可以模拟大多数典型工程材料的性能。
实验指导书实验项目名称:带裂缝薄板计算实验项目性质:上机所属课程名称:有限元法基础实验计划学时:3一、 实验目的使学生了解裂纹在工程构件中存在的的影响,让学生掌握分析平面应力问题和轴对称问题。
二、 实验内容和要求利用FEAP 求解带裂纹薄板的内力和变形,要求学生学会使用FEAP 有限元软件解决相关平面应力和轴对称工程问题的基本步骤。
三、 实验主要仪器设备和材料微机、FEAP 有限元软件。
四、 问题描述某些构件在制造、加工、安装和使用过程当中常常会产生宏观裂纹,由于裂纹的扩展,极有可能造成重大的工程断裂事故,下面是有关这方面的例子。
如图,一薄板大小为1mx1m ,厚度为t=30m ,裂缝大小为10mmx400mm 右端受均布拉力kN q 20=/m ,弹性模量为M P a E 5102⨯=,31=μ,不计自重,结合步骤五求位移及应力。
五、实验方法、步骤及结果测试实验前自学由任课教师提供的有关FEAP有限元软件使用介绍材料(见附件)。
学习命令介绍,包括结点生成命令、单元生成命令、约束命令、荷载命令(约束和荷载)等。
上机实验时先输入结点、单元,指定单元类型、位移约束、材料性质,输入荷载等,对结构进行计算,输出薄板应力、位移最大值及其发生的相应位置,并计算裂纹尖端的应力集中系数(裂纹尖端应力/截面平均应力)。
六、实验报告要求完成实验后撰写实验报告,要求包括对计算问题的描述、计算结果的描述和分析,以及思考题的解答。
(注:需输出网格图、分析结果图片到报告中;无需将所有结点应力、位移的值写入报告中)七、思考题1、计算结果表明有限元解法与材料力学解法有何不同,为什么?2、如何判断计算结果已收敛与精确解?3、观察各种计算结果,若荷载不断增大,请尝试画出裂纹的扩展路径或描述构件破坏方式。
4、请尝试增加(或缩小)裂缝的长度和宽度,看看能发现什么?。
有限元上机实习课程计划英文回答:Introduction:Finite element method (FEM) is a numerical technique used to solve partial differential equations (PDEs) and analyze the behavior of complex systems. It is widely usedin engineering and scientific fields to simulate andpredict the behavior of structures, fluids, and other physical phenomena. To gain practical experience and enhance our understanding of FEM, a hands-on internship course has been designed.Course Objectives:The primary objectives of this internship course are to:1. Develop a solid understanding of the theoretical foundations of FEM.2. Gain practical experience in using FEM software for solving real-world problems.3. Learn how to interpret and analyze the results obtained from FEM simulations.4. Enhance problem-solving skills by applying FEM to different engineering problems.5. Improve teamwork and communication skills through collaborative projects.Course Plan:The internship course will be divided into several modules, each focusing on different aspects of FEM. The course plan is as follows:Module 1: Introduction to FEM.Overview of FEM and its applications.Basic concepts and terminology.Introduction to FEM software.Module 2: Finite Element Analysis.Formulation of finite element equations.Discretization of the domain into finite elements.Assembly of the global system of equations.Solution techniques for linear and nonlinear problems. Module 3: Structural Analysis.Static and dynamic analysis of structures.Analysis of beams, plates, and shells.Introduction to structural optimization using FEM.Module 4: Fluid Mechanics Analysis.Fluid flow simulations using FEM.Analysis of fluid-structure interaction problems.Heat transfer simulations.Module 5: Advanced Topics.Introduction to multiphysics simulations.Nonlinear material behavior and contact analysis.Introduction to mesh generation techniques.Module 6: Project Work.Collaborative project work in small groups.Application of FEM to real-world engineering problems.Presentation and discussion of project results.Conclusion:This internship course provides a comprehensivelearning experience in finite element analysis. Bycombining theoretical knowledge with practical applications, students will develop the necessary skills to apply FEM to solve complex engineering problems. The course plan is designed to ensure a balanced coverage of essential topics and encourage active participation through project work. Upon completion of this course, students will be well-prepared to tackle challenging engineering problems using FEM.中文回答:简介:有限元法(FEM)是一种数值技术,用于解决偏微分方程(PDE)和分析复杂系统的行为。
有限单元法实验指导书赵东编写北京林业大学工学院机械工程系力学课程组2004年11月目录序实验一有限元软件的基本使用实验二一个悬臂梁的基本分析实验三平面结构的静力分析实验四结构瞬态分析序有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法,是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具,已在许多学科领域和实际工程问题中都得到了广泛的应用。
本课程通过上机实验使学生能利用有限元的前、后处理技术进行建模、划分网格以及掌握计算结果的图形显示等。
初步掌握用有限元法编制程序解决力学问题。
本实验指导书适用于机械设计制造及其自动化、交通工程、木材科学与工程、土木工程、水土保持等非力学专业的高年级本科生,以及相关专业的研究生。
编者2004年10月实验一有限元软件的基本使用一、实验目的✧初步掌握有限元软件的基本使用方法✧了解软件进行结构分析的基本功能✧了解用户界面✧掌握基本操作二、实验设备的基本配置✧实验采用有限元分析软件ANSYS/ED版本✧微机安装Windows 98, Windows NT4.0以上的操作系统。
至少需要200兆硬盘,16MB内存。
17”以上显示器,显示分辨率为1024X768。
三、实验步骤1、启动ANSYS程序✧单击“开始”按钮,选择“程序”,选择ANSYS/ED6.X✧单击“Interactive”进入ANSYS交互式操作程序,出现初始窗口如图。
✧选择ANSYS产品。
✧选择ANSYS的工作目录,ANSYS所有生成的文件都写入此目录下。
✧选择图形显示方式,如配置3D显卡,则选择3D。
✧设定初始工作文件名,缺省为上次运行的文件名,第一次为file。
✧设定ANSYS工作空间及数据库大小。
✧选择Run 运行ANSYS。
2、ANSYS用户界面ANSYS软件提供友好的交互式的图形用户界面(GUI),通过GUI可以方便访问程序的各种功能、命令、联机文档和参考资料,并可以一步一步的完成整个分析,使ANSYS易学易用。
ANSYS提供四种方法输入命令✧菜单✧对话框✧工具杆✧直接输入命令ANSYS有7个菜单窗口,如图,功能如表3、ANSYS基本操作ANSYS通过一些基本操作和选择具有不同功能的处理器模块来完成一个分析任务。
弹性力学与有限元法上机指导书及结果报告班级13机设1班姓名李特学号**********机械工程学院上机指导:郑重前言《弹性力学与有限元法》是一门介绍有限元法在机械工程中应用的专业基础课。
其主要任务是巩固学生所学习有限元法理论知识的基础,学习通用有限元软件ANSYS 的使用方法,了解有限元分析的前后处理、求解过程的步骤、方法、特点和理论,掌握用有限元法求解机械结构静力学、动力学问题的方法和步骤,培养学生运用理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工程意识。
本《弹性力学与有限元法》上机实验课程意在帮助学生掌握相关专业英语术语以及本专业最新国际发展动态,开阔学生视野,培养学生探索新知识的兴趣,运用理论知识解决实际问题的能力、自学能力和工程意识。
它是一门实践性较强的课程,上机练习和课程实训在课程的整个学习过程中占有重要的地位。
上机的作用不仅在于学习、掌握软件,帮助学生更形象更深刻地理解课堂讲授知识,更重要的还在于通过上机可以锻炼利用所学理论知识和专业知识解决实际问题的能力,锻炼对知识进行自学、进一步提高的能力,从而为今后进行的工程、科研工作打下良好的基础。
练习一对称图形建模—汽车连杆一.上机目的1.初步掌握ANSYS 界面的组成、特点及使用方法。
2.通过上机进一步掌握ANSYS 软件前处理时创建关键点、线、倒角及利用对称性生成零件的方法、特点和适用范围。
3.了解ANSYS 软件几何模型以及有限元模型的使用、创建。
二.上机步骤和要求1.按教师演示的过程,参阅教材,独立用菜单法创建下图汽车连杆零件(未注圆角R0.25);2.结合菜单法,查阅ANSYS help system,形成创建连杆零件的命令流;3.参照实例的方法和步骤,自行完成与实例类型相同的课后作业。
三.命令流请将上一步骤形成的命令流记录在下面,作为老师评定成绩的依据。
命令流:Finish $ /Clear/PREP7 !*入前处理器PCIRC,1.4,1,0,180, $ PCIRC,1.4,1,45,180, !*创建两个圆面/REPLOT,RESIZE/PNUM,KP,0 $/PNUM,LINE,0 $/PNUM,AREA,1 $/PNUM,VOLU,0 $/PNUM,NODE,0 /PNUM,TABN,0 $ /PNUM,SVAL,0 $/NUMBER,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOTRECTNG,-0.3,0.3,1.2,1.8, $RECTNG,-1.8,-1.2,0,0.3, !* 创建两个矩形面FLST,2,1,8FITEM,2,6.5,0,0WPAVE,P51XCSYS,4PCIRC,0.7,0.4,0,180, $PCIRC,0.7,0.4,0,135, !*创建另两个圆面FLST,2,4,5,ORDE,2FITEM,2,1 $FITEM,2,-4AOVLAP,P51XFLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,5 $FITEM,2,-6AOVLAP,P51XCSYS,0K, ,2.5,0.5,, $K, ,3.25,0.4,, $K, ,4,0.33,, $ K, ,4.75,0.28,, !*创建关键点CSYS,1FLST,3,6,3FITEM,3,5 $FITEM,3,6 $FITEM,3,7 $FITEM,3,21 $FITEM,3,24 $FITEM,3,22 BSPLIN, ,P51X, , , , ,1,135,,1,45,, !*创建多义线LSTR,1,18 !*创建1和18之间的直线/PNUM,KP,0/PNUM,LINE,1 $/PNUM,AREA,1 $ /PNUM,VOLU,0 $ /PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0 $/PNUM,SVAL,0 $/NUMBER,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOT $LPLOTFLST,2,4,4FITEM,2,6 $FITEM,2,1 $FITEM,2,7 $FITEM,2,25AL,P51XLFILLT,36,40,0.25, , $LFILLT,40,31,0.25, , $LFILLT,30,39,0.25, , !*创建三个线倒角LPLOTFLST,2,3,4FITEM,2,10 $FITEM,2,12 $FITEM,2,13 !*由三个线倒角创建新的面AL,P51XFLST,2,3,4FITEM,2,15 $FITEM,2,17 $FITEM,2,19AL,P51XFLST,2,3,4FITEM,2,23 $FITEM,2,21 $FITEM,2,24AL,P51XAPLOTFLST,2,12,5,ORDE,2FITEM,2,1 $ FITEM,2,-12AADD,P51X/AUTO, 1/REP/PNUM,KP,0 $/PNUM,LINE,0 $/PNUM,AREA,0 $/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0 $/PNUM,TABN,0 $/PNUM,SVAL,0 $/PNUM,ELEM,0/REPLOTAPLOTCSYS,0FLST,3,1,5,ORDE,1FITEM,3,13ARSYM,Y,P51X, , , ,0,0FLST,2,2,5,ORDE,2FITEM,2,1 $FITEM,2,13AADD,P51XWPSTYLE,,,,,,,,0ET,1,SOLID45 !*材料MPTEMP,,,,,,,, $MPTEMP,1,0 $MPDATA,DENS,1,,8000MPTEMP,,,,,,,, $MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.1e11 $MPDATA,PRXY,1,,0.3 !*弹性模量FLST,2,1,5,ORDE,1 !*拉伸体VEXT,2, , ,0,0,0.5,,,,MSHAPE,1,3D $MSHKEY,0 $CM,_Y,VOLU $VSEL, , , ,1 !*网格CM,_Y1,VOLU $CHKMSH,'VOLU' $CMSEL,S,_Y $VMESH,_Y1CMDELE,_Y $ CMDELE,_Y1 $ CMDELE,_Y2 $ /UI,MESH,OFFFINISH $ /SOL $ FLST, 2,4,5,ORDE,2 $ FITEM,2,27 !*对大圆内孔施加全约束FITEM,2,-30 $DA,p51x,ALL,FLST,2,2,5,ORDE,2 $FITEM,2,31 $ FITEM,2,-32 $ SFA,P51X,1,PRES,1000 !*对小圆内孔施加均布荷载1000/STATUS,SOLU $SOLVE !*求解练习三结构静力学分析—平面桁架问题一.上机目的1.掌握将空间结构简化为桁架结构应满足的条件、方法,以及ANSYS 创建桁架结构有限元模型的方法、特点。
一般选第一项ANSYS”Working Directory:设置工作目录Job Name:设置工作文件名图 1-2图 1-31.3ANSYS 主窗口的组成ANSYS 状态栏命令输入窗口ANSYS 图形显示窗口主菜ANSYS 图形显示窗口图制按钮集ANSYS 状态栏材料号单元号 实常数坐标系统号2)Select(选择)菜单4)WorkPlane(工作平面)菜单退出ANSYS;按钮;100MPa100N杆系实例计算分析模型梁截面分别采用以下三种截面(单位:mm):Define Material Model Behavior窗口左栏双击:Material Model Number2 -> Linear Isotropic -> input EX: 7.3e4, PRXY: 0.33 -> OK -> Material Model Number3 -> LinearMain Menu: Solution -> Define Loads -> Apply -> Structural -> Displacement -> On Nodes -> pick the node at (0,0,0) -> OK -> select: UX, UY,UZ,ROTX -> OKMain Menu: Solution -> Define Loads -> Apply -> Structural-> Displacement -> On Nodes-> pick the node at (10,0,0) -> OK -> select: All DOF -> OKy方向的载荷Main Menu: Solution -> Define Loads -> Apply -> Structural-> Pressure -> On BeamsBeam1.db1.New Analysis -> Save no information -> OK2.Open ANSYS File -> select Beam1.db -> 打开(O)Create -> Areas -> Rectangle WorkPlane -> Offset WP to -> Keypoints ,点击四边形右上角的点WorkPlane -> Offset WP by Increments... -> 轴承系统 (分解图)载荷四个安装孔径向约束轴承座底部约束孔上的推1000 pa9. SAVE_DB合并重合的关键点。
弹性力学及有限元法上机指导书山东理工大学车辆工程系2012年11月1 引言上机实验是“弹性力学及有限元法”课程的一个教学实践环节。
通过上机,同学们可以对理论课所学有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解,同时通过对本实验所用软件平台Ansys的初步涉及,为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE软件进行工程分析奠定初步基础。
2 Ansys软件及其应用简介Ansys是一个集成化的机械工程软件工具包,它包含所谓的CAD/CAE/ CAM功能。
该软件能实现对机械工程产品设计和分析的并行工程(Concurrent Engineering)方法,它允许协同工作的不同设计小组共享设计模型并在不同应用模块之间自由交换信息。
Ansys是一个主要基于有限元法的工程分析应用软件系统,其功能几乎涉及工程分析的所有方面。
用Ansys软件对一个结构或机械零件进行有限元分析的过程由三个大步骤组成:前处理、求解、后处理。
前处理是指建立有限元模型的几何、输入模型的物理和材料特性、边界条件和载荷的描述、模型检查的整个过程。
求解阶段对前处理建立的有限元模型选择相应的求解器进行求解运算。
后处理涉及对计算结果进行考察和评估的各种操作,比如绘制应力、变形图,将结果与失效准则进行比较等。
后处理阶段必须回答两个问题:模型是否准确?结构或零件是否满意?模型中有许多可能产生误差的因素,比如有限元网格的疏密、所使用单元的类型、材料特性、边界条件等。
因此后处理需要对这些环节可能产生的错误进行检查,而这些问题往往在前处理和求解阶段难以发现。
在根据计算结果对所分析的结构或零件进行评估之前,应确保模型中没有错误。
3 上机实验3.1 习题13.1.1 已知条件简支梁如图3.1.1所示,截面为矩形,高度h=200mm,长度L=1000mm,厚度t=10mm。
上边承受均布载荷,集度q=1N/mm2,材料的E=206GPa,μ=0.29。
平面应力模型。
实验一:平面桁架静力分析一、实验课题Belgium 桁架如图所示,共有11个结点和19个单元,其中上弦杆 1~6 的横截面积为 A1 = 3 cm2,下弦杆7~11 的横截面积为 A2 = 2 cm2,中间斜撑杆 12~19 的横截面积为 A3 = 1cm2,已知材料的弹性模量E = 200 GPa,载荷二、实验要求1 掌握杆单元的定义方法;2 掌握桁架模型的建立方法;3 掌握边界条件的处理方法;4 掌握集中载荷的施加方法;5 熟悉杆单元的输出结果和查询方法。
三、实验步骤:Ⅰ进入 ANSYS点击【程序】→【ANSYS5.4】→【Run Interactive Now】Ⅱ建立有限元模型1 输入标题(1) 点击【File】→【Change Title】;(2) 输入标题“Belgium Truss Static Analysis”;(3) 点击【OK】按钮。
2 选择分析类型(1) 点击【Main Menu】→【Preferences】;(2) 选择structural复选框,然后点击【OK】按钮。
3 确定单元类型(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Element Type】→【Add/Edit/Delete】;(2) 点击【Add】,选择structural link 族中2-D spar(LINK1)单元,点击【OK】,再击【Close】关闭对话框。
4 定义实常数(截面积)(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Real Constants】;(2) 先点击【Add】,再点击【OK】;(3) 输入实常数号1,截面积3E-4,再点击【Apply】;(4) 输入实常数号2,截面积2E-4,再点击【Apply】;(5) 输入实常数号3,截面积1E-4,再点击【OK】及【Close】。
5 定义材料性质(1) 点击【Main Menu】→【Preprocessor】→【Material Props】→【Constant-Isotropic】;(2) 点击【OK】;(3)输入弹性模量EX为200E+9,然后点击【OK】。
弹性力学及有限元实验上机指导书
土木工程教学部
2015年6月
一、ANSYS软件安装及有限元建模方法演示1、实验目的
掌握Ansys商用有限元软件的安装及了解有限元建模方法2、实验任务
1)Ansys商用软件8.1安装过程详解。
2)采用有限元直接建模法创建杆系模型演示。
3)采用有限元间接建模法创实体模型演示。
模型一:平面桁架如下图所示,长度单位为m,求支座反力和各杆内力。
弹性模量2.1e+11,泊松比0.3,杆件截面面积均为0.01m2。
1/6
1/3
1/2
图1 平面桁架模型
模型二:正方形带孔平板,边长1m,小孔直径0.1m,板厚0.05m。
弹性模量2.1e+11,泊松比0.3。
上下边受均匀压力1000N。
图2 带孔正方形平板
3、实验方法
实验方法同课堂操作演示。
命令流(模型一)
/PREP7
ET,1,LINK1
R,1,0.01, ,
MP,EX,1,,2.1e+11
MP,PRXY,1,,0.3 n,1,0,0
n,2,1,0
n,3,1,0.5
n,4,2,0
n,5,2,0.833
n,6,3,0
n,7,3,1
n,8,4,0
n,9,4,0.833
n,10,5,0
n,11,5,0.5
n,12,6,0
e,1,2
e,1,3
e,2,3
e,2,4
e,3,5
e,4,5
e,3,4
e,4,6
e,5,7
e,6,7
e,4,7
e,6,8
e,7,9
e,8,9
e,7,8
e,8,10
e,9,11
e,10,11
e,8,11
e,10,12
e,11,12
save
命令流(模型二)
二、利用ANSYS创建杆系或实体结构有限元模型
1、实验目的
掌握有限元建模的基本方法并能创建简单的杆系结构和实体结构有限元模型。
2、实验任务
(1)采用直接建模法创建上节平面桁架结构模型。
(2)采用间接建模法创建上节带孔平板实体模型。
3、实验方法
实验方法同操作演示。
三、有限元求解及结果后处理演示
1、实验目的
掌握基本参数的设置、荷载施加方法及后处理操作。
2、实验任务
(1)读入数据文件(命令流)的形式生成杆系结构有限元模型
(2)实常数、材料参数、求解参数设置演示
(3)位移约束、集中荷载施加方法演示
(4)计算求解与后处理操作演示。
3、实验方法
实验方法同课堂操作演示
附:后处理GUI操作及命令流操作
A、通过后处理提取节点计算结果
三种后处理操作:
1、plot results
GUI: main menu——postproc——plot results——contour plot——nodal solu
命令流:plnsol,u,x; plnsol,u,y; plnsol,u,sum
2、list results
GUI: main menu——postproc—— list results——nodal solu
命令流: prnsol,u,x; prnsol,u,y; prnsol,u,sum
3、query results
GUI: main menu——postproc——query results——subgrid solu
B、通过后处理提取单元计算结果
a、需要先定义单元表
GUI: main menu——general postproc—— element table——define element table
Lab:给输出变量一个名称 items——by sequence number; comp——ls or nmisc,1
命令流: etable,11,ls,1;etable,22,ls,2
b、定义好单元表,采用与查询节点的相同方法查询单元结果。
命令流: pretable,11;pletable,22
四、利用ANSYS计算均布荷载作用下带孔平板的应力和变形
1、实验目的
掌握用有限元软件解决简单弹性力学问题的基本过程。
2、实验任务
(1)读入数据文件(命令流)的形式生带孔平板有限元模型
(2)对带孔平板模型进行单元划分生成有限元分析模型
(3)进行实常数、材料常数、求解参数设置。
(4)在带孔平板有限元模型上施加均布荷载并求解。
(5)进行后处理操作提取计算结果,并与理论手算结果进行对比分析。
3、实验方法
实验方法同课堂操作演示。