有限元上机实验指导书

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】。

目录实验一车轮的实体建模与网格划分 (3)实验二自下向上实体建模（建立连杆模型） (6)实验三平板结构的强度分析 (10)实验四轴承座的有限元建模与强度分析 (13)实验五潜水艇的稳态热分析 (19)实验六管的热应力分析 (22)实验七飞机机翼模型模态分析 (25)实验八质量弹簧系统谐响应分析 (29)实验九板-梁结构的瞬态动力学分析 (33)实验十管道中流场的流体动力学分析 (37)实验一车轮的实体建模与网格划分一、实验目的：创建实体的方法，工作平面的平移及旋转，建立局部坐标系，模型的映射，拷贝，布尔运算（相减、粘接、搭接，基本网格划分。

）二、问题描述：车轮为沿轴向具有循环对称的特性，基本扇区为45度，旋转8份即可得到整个模型。

车轮内部A点所在线至圆心处为5,四个倒角处圆角半径0.25。

三、具体步骤：1．建立切面模型建立三个矩形Main Menu: Preprocessor -> -Modeling-Create -> -Areas->-Rectangle -> By Dimensions依次输入x1=5, x2=5.5, y1=0, y2=5单击Apply再输入x1=5.5, x2=7.5, y1=1.5, y2=2.25单击Apply最后输入x1=7.5, x2=8.0, y1=0.5, y2=3.75单击OK将三个矩形加在一起Main Menu: Preprocessor ->Modeling-Operate >Booleans-Add >Areas单击Pick All打开线编号Utility Menu >PlotCtrls > Numbering 线编号为ON，并选择/NUM为Colors & Numbers分别对线14与7；7与16；5与13；5与15进行倒角，倒角半径为0.25Main Menu: Preprocessor ->Modeling-Create >Lines-Line Fillet拾取线14与7，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线7与16，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线5与13，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击Apply；拾取线5与15，单击Apply，输入圆角半径0.25，单击OK；打开关键点编号Utility Menu >PlotCtrls > Numbering 关键点编号为ON，并选择/NUM为Colors & Numbers通过三点画圆弧Main Menu>Preprocessor>Create>Lines>Arcs>By End KPs & Rad拾取12及11点，单击Apply，再拾取10点，单击Apply，输入圆弧半径0.4, 单击Apply;拾取9及10点，单击Apply，再拾取11点，单击Apply，输入圆弧半径0.4, 单击OK由线生成面Main Menu: Preprocessor -> -Modeling-Create -> -Areas-Arbitrary >By Lines拾取线6、8、2单击Apply拾取线20、19、21单击Apply拾取线22、24、23单击Apply拾取线17、18、12单击Apply拾取线11、25单击Apply拾取线9、26单击OK将所以的面加在一起Main Menu: Preprocessor ->Modeling-Operate >Booleans-Add >Areas单击Pick All2．定义两个关键点（用来定义旋转轴）Main Menu>Preprocessor>Create>Keypoints-In Active CSNPT输入50，单击ApplyNPT输入51，Y输入6，单击OK。

有限元技术基础实验指导书力学和机械学研究所编天津理工大学机械工程学院2010.10引言一、有限元技术基础实验的重要性：作为一种数值方法，有限元方法在许多工程领域得到了广泛的使用，和分析法相比，有限元方法可以解决许多复杂结构和复杂边界条件的问题。

随着计算机软件和硬件的迅速发展，有限元方法不仅在解决线性问题起到了重要作用，也在解决非线性问题中起到了关键作用。

有限元技术基础实验属于实践性的实验。

通过实验，可以使学生了解有限元计算的实施过程，学会用大型通用有限元软件进行结构分析的基本思路、方法和技巧；掌握二、三维实体模型及有限元模型的创建，实施分析计算，正确认读和保存分析结果；可以深化理论知识，使理论和实际结合起来；可以培养学生具有一定的设计分析方案的能力、利用分析的原始数据处理以获得分析结果的能力、运用文字表达技术报告的能力等。

通过实验初步学会大型多物理场分析软件ANSYS的使用，为对于进一步使用软件解决工程问题，为毕业设计和毕业论文奠定基础是本实验的主要目的。

二、有限元技术基础实验的内容：1．熟悉ANSYS软件的启动，界面，熟悉主要菜单和功能菜单，进行有限元分析的主要步骤，如预处理，前处理，求解，后处理。

进行有限元分析的菜单方法和命令流方法。

2．结合具体问题，进行有限元分析计算，学习选择分析类型；学习创建几何模型，输入材料参数，选择单元类型，划分单元；学习施加位移和载荷边界条件；学习使用后处理功能查看和保存计算结果；学习编写实验报告等。

三、有限元技术基础实验的要求：有限元技术基础实验所用的设备包括计算机和有限元计算软件，进行数据处理的相关软件。

在正式上机前必须认真阅读实验指导书，作好上机的准备，保证实验的顺利进行。

实验一支架结构的应力分析概通过实验帮助学生学会用ANSYS软件进行结构分析的主要步骤。

一、实验目的：1．掌握Ansys软件的基本使用方法，会用菜单方法建立实体模型、有限元模型，给定材料参数，学习施加分布载荷和集中载荷的方法，能够正确施加边界条件和进行求解。

实验指导书
实验项目名称：刚架计算
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
使学生掌握利用FEAP有限元软件计算带刚架应力、变形、位移方法。

二、实验内容和要求
利用FEAP求解平面刚架的应力、变形、位移，要求学生学会使用FEAP有限元软件解决相关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
如下图所示刚架，弹性模量为MPa
μ,各杆件横截面
=，2.0=
2⨯
E5
10
ρ，求各点的位移及内力。

3.0⨯，3
m
m3.0
=
kg
2500m
/
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；学习刚架结构求解。

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，输出刚架应力、位移最大值及其发生的相应位置，并输出支座反力，校核平衡条件。

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、分析和对比。

（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、请自行求解几个常见的框架结构问题。

《有限元分析及应用》上机习题上机习题要求：1）独立完成3个上机题，并完成一份分析报告。

分析报告中要对所计算的问题和建模过程做详细说明，以图表形式分析计算结果。

2）结题报告中的字体，图标要求：大标题，三号，黑体；小标题，四号，宋体；正文，小四，宋体；图号、图名、表号、表名都采用五号，宋体。

报告中的所有字母，数字采用Times New Rome。

从ANSYS导图采用硬拷贝“hard copy”，图片长度一般采用10cm。

3）连同前面布置的作业，作为结课报告，一起上交。

结课报告的内容包括作业和一份上机分析报告，用A4纸打印或者手写，要求字迹工整。

结课报告的首页是：《有限元分析及应用》上机报告任课教师：聂志峰学生姓名：×××，学号：×××，班级：×××。

******************************************************************************** 习题1：研究对象是某工业厂房带牛腿钢筋混凝土排架柱，相关尺寸标注如图1.1所示，密度2.5×103Kg/m3，弹性模量30.0GPa，泊松比0.2，分析这一结构在自重及屋架和吊车梁载荷作用下的内力及变形情况。

习题2：钢制压力容器，内径D i = 800mm，平封头高度h =120mm，筒体壁厚t = 24mm，内压p = 8MPa，材料为16MnR，弹性模量E = 200GPa，泊松比ν = 0.3，圆筒总体长度2400mm。

首先对该容器进行应力分析，确定最大应力处及相应的应力集中系数，并作为以下带沟槽封头容器分析比较的参照。

重点体会应力分布敏感区域细化网格对计算结果的影响。

习题3：一侧固定的方板如图3.1所示，长宽均为1m，厚度为5cm，方板的右侧受到均布拉力Mpaq的作用。

材料的弹性模量为GPa=200=E，泊松比为0.3。

课程实验准备、组织、方案及要求1、实验目的在学习掌握有限元分析基本知识、基本理论和方法的基础上，通过三个单元的实际上机操作，熟悉MSC.Autoforge 非线性分析软件的功能、分析步骤、前后处理、载荷工况和提交分析的参数设置定义，初步掌握使用该软件分析材料塑性成型问题的技能，并为日后使用其它商用有限元分析软件打下基础。

同学们必须在上机前熟悉商用有限元软件MSC.Autoforge 的功能及菜单，了解参数设置和定义。

2、上机作业背景参数及要求详见《上机指导书》。

3、上机实验安排4、实验报告每人独立完成实验报告。

要在实验报告上注明相应的机位号。

实验报告提交。

上机实验报告在上机后一周内由各班学习委员统一收齐后提交，逾期不收。

5、其它实验者应遵守仿真实验室的规章和管理条例。

团结合作，爱护公物，保持安静与环境卫生。

课程上机实验指导书1 背景参数与要求1.1 上机题目中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真已知参数下：轧辊直径：840mm，辊身长度：2500mm；转速：80 rpm；轧件入口厚度：180mm，宽度：1800mm，长度：1000mm；轧制方式：纵轧，压下量：36mm( = Δ H /H 20%)；轧件材质：C22开轧温度：1250℃（温度均匀）。

1.2 要求用有限元法对轧制过程进行3-D 弹塑性力学分析，并给出以下结果：（1）最终轧制状态图（2）分析轧件最大宽展量∆B (mm)并给出稳定轧制时的相对宽展量∆B / B *% ；（3）评估稳定轧制时的单位压力p（MPa）；（kN）。

（4）打印轧制力随时间的变化图，并指出最大轧制压力Pma x2 上机步骤2.1 文件操作在开机后，进入分析系统前，先在 D 盘下建立自己的子目录。

子目录名必须为自己的学号，如你的学号为029014145，则子目录名为029014145。

建立的方法是在桌面上用鼠标左键双击“我的电脑”，进入D盘根目录，按鼠标右键，从弹出的菜单中选择“新建”—“建立文件夹”，建立新文件夹，然后将“新建文件夹”改为自己的子目录名（学号）。

实验一ANSYS软件环境及典型实例分析一、实验目的：熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。

二、实验设备：微机，ANSYS软件。

三、实验内容：ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。

四、实验步骤：1、ANSYS界面介绍：ANSYS软件功能非常强大，应用范围很广，并具有友好的图形用户界面（GUI）和优秀和程序架构。

基于Motif标注的GUI主要由主窗口和输出窗口组成。

随着版本的不断升级，ANSYS界面不断改进，不同版本间的界面存在着较大差别。

下面介绍ANSYS的用户界面。

（1）主窗口ANSYS的主窗口主要由以下5个部分组成。

①Utility菜单这些菜单主要通过ANSYS的相关功能组件起作用，比如文件控制、参数选择、图像参数控制及参数输入等。

②Input Line(Input Window命令输入窗口)命令输入窗口（也称为命令栏）用于显示程序的提示信息并允许用户直接输入命令，简化分析过程。

③工具栏（Toolbar）工具栏主要由按钮组成，这些按钮都是ANSYS中的常用命令。

用户可以根据工作类型定义自己的工具栏以提高分析效率。

④主菜单（Main Menu）主菜单包括了ANSYS最主要的功能，分为前处理器（Preprocessor）、求解器（Solution）、通用后处理器（General Postprocessor）、设计优化器（Design Optimizer）。

展开主菜单可以看到非常多的树状建模命令，这也是ANSYS7.0版本和以前版本的一个显著差别。

虽然菜单的外观改变了，但是菜单结构没有变化，这对ANSYS用户平滑升级非常有利。

⑤图形窗口（Graphic Windows）图形窗口用于显示分析过程的图形，实现图形的选取。

在这里可以看到实体建模各个过程的图形并可查看随后分析的结果。

（2）输出窗口（Output Windows）输出窗口用于显示程序的文本信息，即以简单表格形式显示过程数据等信息。

有限元及ACAD上机实验(电气级)一、最低软件环境Windows XP及以上Ansoft Maxwell、AutoCADMicrosoft Office二、题目1、绘制给定的电机二维截面图。

2、完成该电机的电磁场有限元分析。

3、基本假设◆假设为单位电机（轴向长度1m，每相绕组匝数1匝）。

◆6/4极、8/6极电机，相对两极正向串联，构成一相，形成两极磁场；12/8极电机，相互垂直四极串联，构成一相，形成四极磁场。

励磁安匝只对一相绕组施加。

◆冲片材料DR510-50。

◆尺寸单位：mm。

◆SRM x-x-0、-7、-145、-18、-225、-30表示定子极中心线与转子槽中心线的夹角，分别为0度、7度、14.5度、18度、22.5度、30度。

◆绕组未给尺寸，可以近似绘制。

三、基本要求1、提交AutoCAD图。

2、求给定位置磁化曲线，磁链=f(磁势)，曲线至少由四个数据点组成；求解磁场分布、气隙磁场波形等。

3、请写出详细实验报告（格式参见附录），并打印上交。

4、提交实验报告电子版、有限元工程文件（不需要包括结果）和AutoCAD文件，请打包压缩成一个文档，以学号+姓名为文件名，上传至FTP。

5、时间期限：考试3周前上交。

实验名称一.题目1、绘制给定的电机二维截面图。

2、完成该电机的电磁场有限元分析。

3、基本假设◆假设为单位电机（轴向长度1m，每相绕组匝数1匝）。

◆6/4极、8/6极电机，相对两极正向串联，构成一相，形成两极磁场；12/8极电机，相互垂直四极串联，构成一相，形成四极磁场。

励磁安匝只对一相绕组施加。

◆冲片材料DR510-50。

◆尺寸单位：mm。

◆SRM x-x-0、-7、-145、-18、-225、-30表示定子极中心线与转子槽中心线的夹角，分别为0度、7度、14.5度、18度、22.5度、30度。

◆绕组未给尺寸，可以近似绘制。

二.环境Windous 10系统、autoCAD2010、ANSOFT Maxwell15.0（32-bit）三.实验数据、结果分析1.AutoCAD建模（1）首先绘制6个圆，圆心在原点（0,0）处，直径分别为26、47、64、64.5、100、120。