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《弹性力学有限元》上机作业一、一带孔条形板形状、尺寸如图所示，l=300mm，w=200mm，r=20mm，h=30mm，t=5mm，板两端受均布拉力作用，q=100MPa。
已知材料的弹性模量和泊松比分别为E=210GPa，μ=0.3，求板有孔截面上的理论应力集中系数k。
报告要求：1．简述建模过程；2．画出应力分布规律图；3．求出应力集中系数；4．思考：变形最大的地方是不是应力也最大？提示：1．平面应力问题，取1/4结构进行建模，采用N、mm、MPa单位制。
2．创建矩形：（0，0）（150，100），Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create-Areas-Rectangle-3．创建矩形：（0，0）（20，30）4．创建直角扇形：（0，30）（R=0-20，θ=0-90°）-Modeling-Create-Areas-Circle-Partial Annulus5．从大矩形减法小矩形和扇形：Main Menu-Preprocessor-Operate-Booleans-Subtract6. 创建单元类型：-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete-Solid-Plane42\82\182\183, Option-Plane Stress with thickness input7. 建立实常数：-Preprocessor-Real constant- Add/Edit/Delete-给单元厚度5mm8. 定义材料模型及其属性：-Preprocessor-Material- Material Models-左窗口Material Model Number 1, 右窗口Structural-Linear-Elastic-Isotropic给出弹性模量和泊松比及密度。
9. 网格剖分：Main Menu-Preprocessor-Meshing Tools-, 注意随时保存模型。
ansys课程设计第一题（平面问题）：如图所示零件，所受均布力载荷为q,分析在该作用力下的零件的形变和应力状况，本题简化为二维平面问题进行静力分析，零件材料为Q235。
一.前处理步骤一创建几何实体模型1.创建图形。
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS输入节点1(0,0) 2(0,150) 3(150,150) 4(300,150) 5(300,86) 6(130,86)点ok. Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >in Active CS用光标点1，2点，2,3点，3，4点，4，5点，5，6点连成直结，点Apply；连完点“OK”Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary >By lines步骤二进行单元属性定义1定义单元类型。
Main Menu>Proprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete弹出对话框中后，点“Add”。
双弹出对话框，选“Solid”和“8 node 42”,点“OK”，退回到前一个对话框。
2.设置单元选项点“Element Type”对话框中的“Options”K3 处选：Plans strs (表示选平面应力单元没有厚度)K5处选：Nodal stree(表示需要额外输出单元节点应力) K6处选：No extra output.3.定义材料属性Main Menu>Proprocessor>Material Props>Material Models. 弹出对话框，双击Structural>Liner>Elastic>Isotropic。
ANSYS有限元分析第一次大作业班级：08机械汽车姓名：高若珲学号：20087814解：1. 设定已知量、未知量。
设AB、BC、CD、DE、EF、FG、AG、AF、BF、BE、CE杆的单元刚度矩阵分别为K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11。
设A、B、C、D、E、F、G点在x、y方向的位移分别为：Uax、Uay、Ubx、Uby、Ucx、Ucy、Udx、Udy、Uex、Uey、Ufx、Ufy、Ugx、Ugy。
设AB、BC、CD、DE、EF、FG、AG、AF、BF、BE、CE杆相对于x轴的角度为：r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11。
设A、B、C、D、E、F、G点在x、y方向的外力分别为Fax、Fay、Fbx、Fby、Fcx、Fcy、Fdx、Fdy、Fex、Fey、Ffx、Ffy、Fgx、Fgy。
设AB、BC、CD、DE、EF、FG、AG、AF、BF、BE、CE杆的长度分别为：L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11。
设AB、BC、CD、DE、EF、FG、AG、AF、BF、BE、CE杆的内力分别为：F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11。
设弹性模量为E、表面积为A。
2．根据题目列出已知量。
210/=NE⨯108m42=⨯10A-8mUax=0、Uay=0、Ugy=0。
Fbx=4KN、Fby=0、Fcx=5KN、Fcy=0、Fdx=6、Fdy=0、Fex=0、Fey=0、Ffx=0、Ffy=0、Fgx=0。
r1=pi/2、r2=pi/2、r3=pi/2、r4=arcsin(-2/sqrt(5))、5=arcsin(-2/sqrt(5))、r6=arcsin(-2/sqrt(5))、r7=-pi、r8=pi/4、r9=-pi、r10=arcsin(2/sqrt(5))、r11=-pi。
工程软件应用及设计实习报告实习时间：一．实习目的：1.熟悉工程软件在实际应用中具体的操作流程与方法，同时结合所学知识对理论内容进行实际性的操作.2.培养我们动手实践能力，将理论知识同实际相结合的能力，提高大家的综合能力，便于以后就业及实际应用.3.工程软件的应用是对课本所学知识的拓展与延伸，对我们专业课的学习有很大的提高，也是对我们进一步的拔高与锻炼. 二．实习内容（一）用ANSYS软件进行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 PaR1=0.3R2=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）题目解释：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/chen2.定义单元类型和材料属性1.设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK2.选择单元类型.执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 8node 82 →applyAdd/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OKOptions…→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23.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33.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) →OK2. 生成管道截面.ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical →ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In Active Coord →依次连接1,2,3,4点→OK 如图4图4Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条边→OK →ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 如图5图53.拉伸成3维实体模型Preprocessor →Modeling→operate→areas→along normal输入2，如图6所示图64.生成有限元网格Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→V olumes Mesh→Tet→Free,.采用自由网格划分单元.执行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-V olume-Free，弹出一个拾取框，拾取实体，单击OK按钮.生成的网格如图7所示.图75.施加载荷并求解1.施加约束条件.执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取前平面，单击OK按钮，弹出如图8所示的对话框，选择“U Y”选项，单击OK按钮.图8同理，执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement-On Areas，弹出一个拾取框，拾取左平面，单击OK按钮，弹出如图8所示的对话框，选择“U X”选项，单击OK按钮.2.施加载荷.执行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Pressure-On Areas，弹出一个拾取框，拾取内表面，单击OK按钮，弹出如图10所示对话框，如图所示输入数据1e8，单击OK按钮.如图9所示.生成结构如图10图9图103.求解.执行Main Menu-Solution-Solve-Current LS，弹出一个提示框.浏览后执行file-close，单击OK按钮开始求解运算.出现一个【Solution is done】对话框是单击close按钮完成求解运算.6.显示结果1.显示变形形状.执行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Deformed Shape，弹出如图11所示的对话框.选择“Def+underformed”单选按钮，单击OK按钮.生成结果如图12所示.图11图122.列出节点的结果.执行Main Menu-General Posproc-List Results-Nodal Solution，弹出如图13所示的对话框.设置好后点击OK按钮.生成如图14所示的结果图13图143.浏览节点上的V on Mises应力值.执行Main Menu-General Posproc-Plot Results-Contour Plot-Nodal Solu，弹出如图15所示对话框.设置好后单击OK按钮，生成结果如图16所示.图15图167.以扩展方式显示计算结果1.设置扩展模式.执行Utility Menu-Plotctrls-Style-Symmetry Expansion，弹出如图17所示对话框.选中“1/4 Dihedral Sym”单选按钮，单击OK按钮，生成结果如图18所示.图17图182.以等值线方式显示.执行Utility Menu-Plotctrls-Device Options，弹出如图19所示对话框，生成结果如图20所示.图19图20结果分析通过图18可以看出，在分析过程中的最大变形量为418E-03m，最大的应力为994E+08Pa,最小应力为257E+09Pa.应力在内表面比较大，所以在生产中应加强内表面材料的强度.。
目录一、题目描述 (2)二、问题分析 (2)1、结构说明 (2)2、已知条件 (2)3、求解方法 (3)三、求解过程 (3)1、求解整体刚度矩阵 (3)2、列出刚度方程 (3)3、求解刚度方程 (4)四、结果说明 (4)1、各节点位移和受力列表 (4)2、结构各单元内力图 (5)五、作业总结 (5)1、题目分析总结 (5)2、题目结果验证 (5)备注 (7)1、求解单元刚度矩阵的MATLAB程序： (7)2、求解整体刚度矩阵的MATLAB程序： (8)3、解刚度方程的MATLAB程序： (9)4、求解各点位移和支座反力的ANSYS程序。
(9)一、 题目描述根据结构的受力示意图，求出各节点的位移和支座反力。
以下结构单元参数均取,杆件截面积为,, 。
图1-1 结构示意图二、 问题分析1、结构说明这是求解平面桁架结构的平衡问题，在结构中有包括水平杆和倾斜杆，在这个过程中先将本题中的结构离散化，其中有8个节点和13个单元节点编号如图1-1所示，单元编号由其两端的节点编号组成。
单元结构尺寸列表如下。
2、已知条件单元结构尺寸表杆单元 i 点 j 点 长度 倾角 12 1 2 2 0 1 0 16 1 6 26.6 23 2 3 2 0 1 0 26261901876 54 32 128 2 8 4534 3 4 2 0 1 038 3 8 2 90 0 145 4 5 2 0 1 047 4 7 1 90 0 148 4 8 31557 5 7 333.468 6 8 26.678 7 8 333.43、求解方法解题的基本思路是根据单元的参数和平面桁架的刚度矩阵，写出各单元的刚度矩阵，然后整合进整体刚度矩阵，引入边界条件后得到整体刚度矩阵方程，解这个方程就可以得到各节点的位移和受力情况。
在进行后处理，利用结构力学的知识可以得到各单元的内力图。
下面就按照这种解题思路进行求解。
三、求解过程1、求解整体刚度矩阵已知平面桁架元的单元刚度矩阵是：有这个刚度矩阵可以算出各单元的刚度矩阵。
工程图学大作业学号：姓名：按图1尺寸建立轴承座的实体模型（因结构和载荷的对称性，只建立了一半模型），尽量采用六面体网格划分轴承座的单元，径向力P1=100N，轴向均布压力载荷P2=20N。
要求按小论文格式写：（1）建模过程。
简单叙述；（2）网格划分。
简单叙述，列出分割后的实体图和网格图，并说明单元和节点数；（3）加载过程。
详细叙述加载部位和加载过程（附图）；（4）计算结果。
列出米塞斯等效应力、第一主应力和变形图，并进行强度分析；（5）学习体会（孔到两边线距离均为15mm）（一）、建模过程1、生成轴承座底板首先按照题目所给的数据操作生成矩形块；P1 P2再生成圆柱体，并且沿着X轴方向复制生成另一个对称的圆柱体；最后，拾取矩形块作为母体，再拾取两个圆柱体，进行体相减操作，从而生成轴承座底板，结果如下图所示：2、生成支撑部分把坐标系移到轴承座底板的右顶角处，生成一个长宽高分别为30、15、35的矩形块；再把坐标系移动到刚生成的矩形块右上角，并且沿Y轴按逆时针方向旋转900，生成一个半径为30的1/4圆；再把坐标系移动到最前边的圆心处，再分别生成一个半径为17、高度为22和一个半径为20、高度为3的两个圆，然后进行两次体相减操作，减去辆圆柱体，从而生成支撑部分，结果如下图所示：：3、合并重合的关键点执行Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items命令，弹出Merge Coincident or Equivalently Defined Items对话框，在Label后面的选择框中选择Keypoints，单击OK按钮。
4、生成肋板先合并重合的关键点，然后打开点编号控制器，通过创建关键点来创建一个三角形面，再向右拉伸3个单位，最后的生成结果如下图所示：5、通过镜像操作生成全部轴承座模型，粘接所有体，结果如下图所示：6、粘接所有体执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>V olumes 命令，弹出Glue V olumes拾取框，单击Pick All按钮。
平行四边形机构受力分析1.问题描述图1所示平行四边形机构，曲柄长200 mm，连杆长73 mm，各杆截面为40×5，其中宽度为40 mm，厚度为5 mm。
现在连杆上表面加1 MPa的三角分布的压力，求各杆的强度和变形。
图1平行四边形机构2.分析步骤2.1模型导入通过SolidWorks 2012建模，建立相应的机构。
此机构中，曲柄和摇杆都为200mm，连杆73mm，曲柄，摇杆和曲柄都垂直。
然后再输入到Ansys 12.0中，如图1所示。
图2Ansys 12.0模型【注意事项】这步骤中要注意文件格式的转换，在SolidWorks文件中要将文件转换成*.x_t格式。
在Ansys 12.0导入时，要将文件放大1000倍，在IMOVE Existing volumes will be中选择Moved,如图3所示。
图3设置放大倍数2.2定义单元类型及材料属性(1)定义单元类型：在Library of Element Types对话框中，在左右列表中分别选择Structural Solid和Brick8node185选项，单击OK。
(2)定义材料属性：在Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1对话框中，在EX和PRXY文本框中分别输入2e5和0.3，在MU文本框中输入0.2。
退出菜单。
2.3分割模型便于划分单元，分析精确，故将模型划分。
2.3.1分割曲柄和摇杆由于曲柄和摇杆模型相同，故这里只介绍曲柄模型的分割。
如图4所示。
图4分割曲柄模型【注意事项】曲柄有两个耳环，耳环分别与圆柱销接触，故这里将两个耳环与曲柄整体模型分割开来。
由于曲柄模型中与机架相接触，也存在耳环，不便于划分网格，故也将分割开来。
2.3.2分割连杆连杆的分割和曲柄的分割相同，也将耳环与连杆整体分割开来，如图5所示。
图5分割连杆2.4划分网格2.4.1划分曲柄和摇杆网格由于曲柄和摇杆模型相同，故这里只介绍曲柄模型网格的划分。
分析目的：在生活中我们经常会看到各种各样的输气管道，有的输气管道里面装的气体是有毒气体，有的输气管道里面装的是高温物体，管道里面的气体是一定不能被泄露的一旦泄露讲造成巨大的灾难，特别是在夏天，当气温升高，气管里面的气压增大，很容易造成安全隐患，所以，我们有必有对气管的安全问题进行分析，坚决保证输气管道的安全。
、材料参数：弹性模量：E=200GPa；泊松比：v=0.26；结构参数：外径：R1=0.6m；内径：R2=0.4m；壁厚：T=0.2m；边界条件：输气管在使用的时候气管内部受到载荷：P=1MPa的压强，气管一般不运动，不考虑位移情况。
5、加载求解1、选择main menu→analysis type→new analysis命令，出现new analysis对话框，选择分析类型为static2、通过lines命令，显示所有线段3、选择unitity menu→select→entities命令，出现select entities对话框，在第一个下拉菜单中选择lines，在第二个下拉菜单中选择by num/pick，在第三栏中选择fromfull，单击ok按钮，出现select lines拾取菜单，用鼠标在ansys显示窗口选择编号为l3、l6、l10、l12的线段。
4、选择utility menu→select→entities命令，出现select entities对话框，在第一个菜单中选择nodes在第二个下拉菜单中选择attached to，在第三栏中选择lines，all，在第四栏中选择from full。
5、选择main menu→solution→define loads→apply→structual→pressure→on nodes命令，出现apply pres on nodes拾取菜单，如图，单击pick all按钮，出现applypres onnodes对话框，进行设置。
问题的描述以及求解的部分结果问题描述:如图所示有一矩形截面的外伸梁，外伸端长度为a=1m，跨度l=2m，外伸端受到W=10KN/m的均布载荷的作用。
矩形截面的截面面积为A=45cm2，高度h=0.25，弹性模量E=200GPa，泊松比u=0.3，抗弯惯性矩Iz=5000cm4，求此外伸梁跨中的最大挠度。
问题分析：该问题属于静力学分析中的梁分析，矩形截面的外伸梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。
根据该梁的结构特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。
根据该问题的具体情况，此问题为矩形截面外伸梁的平面弯曲问题，在ANSYS分析中选用二维梁单元BEAM188。
由于此模型在支座和跨中可能出现最大挠度和最大应力，因此在这些位置处都应该设置节点进行分析。
利用Ansys有限元工程软件对此问题进行静力学分析此问题可得如下一些图形：图1：外伸梁模型图图2：变形图经Ansys计算可得如下弯矩图和剪力图：图3：弯矩图图4：剪力图Beam3Beam3单元描述：Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。
单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。
本单元更详细的说明见《ANSYS, Inc. Theory Reference》，其它的二维梁单元还有塑性梁单元Beam23及非对称变截面梁Beam54。
上图（略）给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统。
单元由两个节点、横截面面积、横截面惯性矩、截面高度及材料属性定义。
初始应变通过Δ/L给定，Δ为单元长度L（由I，J节点坐标算得）与0应变单元长度之差。
如果不计环向作用本单元也可进行轴对称体的分析，如对螺栓、带缝圆柱等。
在轴对称分析时输入的面积和惯性矩应是全截面的。
剪切变形量（SHERAR）是可选的，如给SHERAR赋值为0则表示忽略剪切变形（相关细节见Shear Deflection），当然剪切模量（GXY）只有在考虑剪切变形时才起作用。
问题描述：一天然气输送管道的横截面及受力如图1所示，在其内表面承受气体压力P的作用，求管壁的应力场分布。
管道几何参数：外径R1=0.6m，内径R2=0.4m，壁厚t=0.2m管道材料参数：弹性模量E=200Gpa，泊松比v=0.26.载荷“P=1MPA图1问题分析：由于管道沿长度方向的尺寸远大于管道的直径，在计算过程中忽略管道的断面效应，认为在其长度方向无应变产生，即可将该问题简化为平面应变问题，取管道横截面建立几何模型求解。
求解步骤：1、设置工作路径，定义工作文件名。
输入工作目录E:\ansys,工作文件名设置为zuoye2、定义单元类型1）选择main menu>preprocessor>element type>add/edit/delet 单击add,选中structural solid然后选中quad 8node 82,在element type number 文本框中输入1，单击ok。
2）设置单元属性：点击option,将K3设置成plan stir w/thk，其余选项采用默认设置。
如图2所示图23）单击element type 对话框上的close按钮，关闭对话框。
3、定义材料性能参数1）选择preprccessor>material props>material models命令2）依次单击structral、linear、elastic、isotropic选项，在出现的对话框中，EX文本框中输入2E11，在PRXY文本框中输入0.26.单击OK，关闭对话框。
如图3所示图34、生成几何模型1）Main Menu>Preprocessor>Create>areas>circle>partial annulus命令。
在出现的对话框里，WPX文本框中输入0，在WPY文本框中输入0.6，在rad-1文本框中输入0.4，在theta-1文本框中输入0，在rad-2文本框中输入0.6，在theta-12文本框中输入90，如图4所示，单击ok关闭。
ansys作业基于Ansys的直齿齿轮接触应⼒分析研究⽣姓名：段晓溪班级：材加6班学号：S130********指导教师：⾼⼠友教授⽬录第1章研究任务简介 (2)1.1题⽬描述： (2)1.2题⽬分析： (2)第2章 Pro/e建模 (3)2.1 在Pro/e环境下对齿轮建模 (3)2.2 创建过程 (3)2.3 Pro/e中3D模型 (3)2.4装配 (3)第3章 CAE分析 (4)3.1 建模过程 (4)3.1.1设定分析作业名和标题 (4)3.1.2 定义单元类型 (5)3.1.3 定义材料属性 (6)3.1.4 3D模型导⼊ (7)3.1.5 对实体划分⽹格 (8)3.1.6 模型简化说明：以⽚体代替实体分析 (9)3.1.7 导⼊2D齿轮外形Ansys中建模 (9)3.1.8 对齿⾯划分⽹格 (13)3.1.9 定义接触对 (13)3.2 定义边界条件并求解 (17)3.2.1 施加位移边界 (17)3.2.2 施加第⼀齿轮位移载荷及第⼆个齿轮位移边界 (18) 3.3模拟结果分析与处理 (19)3.3.1 查看von Mises等效应⼒ (19)3.3.2 查看接触应⼒ (20)3.3.3接触应⼒集中点分析 (21)第4章结论 (21)第5章参考⽂献 (22)第1章研究任务简介1.1题⽬描述：基于ansys的直齿齿轮接触应⼒分析计算分析模型如图1.1所⽰图1.1两接触齿轮的平⾯图（截⾯图）基本参数：齿数：20 齿数：20厚度： 4 厚度：4强性模量：2.06E11 强性模量：2.06E11摩擦系数：0.1 摩擦系数：0.1泊松⽐v=0.26 泊松⽐v=0.261.2题⽬分析：在开式齿轮传动以及硬齿⾯闭式齿轮传动的⼯作过程中，轮齿会在载荷的作⽤下发⽣弯曲折断，所以,我们必须进⾏齿根弯曲强度的计算[1]。
根据参数化建模原理以及轮齿齿廓的数学模型,在Pro/E软件中建⽴轮齿的三维模型,之后导⼊Ansys环境中进⾏接触应⼒分析。
一、问题描述如图所示为一矩形薄板上带有两个圆孔，板厚0.5mm,两端受均布载荷P=1000Pa，弹性模量：EX = 220GPa，泊松比：PRXY = 0.3二、问题求解过程如下：因为模型的结构和载荷的对称性，只要用模型的右半部分即可。
1.定义工作文件名及工作标题（1）定义工作文件名：单击Utility Menu → File → Change Jobname在弹出对话框里输入文件名“boban”，单击OK。
图1.1（2）定义工作标题：单击Utility Menu → File → Change title 在弹出的对话框中输入工件标题名“boban”,单击OK。
图1.22.定义单元类型选择Main Menu → Preprocessor → Element → Add/Edit/Delete ,单击“Add”出现“Library of Element Types”对话框，选择“Solid,8node183”,如图所示：图2.13.定义材料属性选择Main Menu → Preprocessor → Material Props → Material Models，弹出“Define Material Models Behavior”对话框，在“ Material Models Available”列表中一次选择 Structural → Linear → Elastic → Isotropic,在弹出的对话框中使 EX = 2.2e11,PRXY = 0.3,单击“OK”如图所示：图3.14.创建几何模型（1）选择Main Menu → Preprocessor →Modeling → Create → Areas →Rectangle→ By Dimensions命令，输入如图所示：图4.1（2）选择Main Menu → Preprocessor →Modeling → Create → Areas →Circle → By Dimensions命令，输入如图所示：图4.2（3）生成结果如图所示：图4.3（4）移动面2操作如图所示图4.4（5）移动结果如图所示图4.5（6）将面2从面1中减去，生成面3如图所示：图4.65.划分网格（1）选择Main Menu → Preprocessor →Meshing → Size Cntrls → Manual Size → Lines → Picked Lines命令,拾取图线如图所示：图5.1（2）网格划分结果如图所示：图5.26求解加载和计算（1）选择Main Menu → Solution →Analysis Type → New Analysis命令,在弹出的对话框中进行下图操作：图6.1（2）对单元进行加载如图所示图6.2图6.3图6.4图6.5图6.6（3）选择Main Menu →Solution →Load Step Opts → Out Ctrls → Solu Printou命令,操作如图：图6.7（4）加载结果如图所示：图6.87.求解后处理（1）Main Menu → General Postproc →Plot Results → Deformed Shape命令，操作如下图：图7.1（2）变形前后几何形状的轮廓曲线如图所示：图7.2（3）Main Menu → General Postproc →Plot Results → Contour Plot→ Nodal Solu 命令，操作如下图：图7.3(4) 移场的等值曲线图，如图下图所示：图7.4（5）Main Menu → General Postproc →Plot Results → Contour Plot→ Nodal Solu 命令，操作如下图：（6）等效应力场等值曲线如下图所示：图7.6（7）Utility Menu →PlotCtrls →Style →Symmetry Expansions →Periodic /Cyclic Symmetrym 命令，弹出Periodic /Cyclic Symmetrym Expansions对话框，在Select type of cyclic symmetry 选项区域选择1/4dihedral Sym,单击“OK”，完整的位移场等值线图如下所示：图7.7。
有限元大作业学院：机械工程学院专业：机械工程及自动化班级：姓名：学号：日期：题号：135题目：如图1所示的托架，其顶面承受100N的均匀分布载荷，托架通过有孔的表面固定在墙上，托架是钢制的，杨氏模量E=1*1011Pa，泊松比v=0.3，试通过ANSYS输入其变形图及托架的von Misese应力分布。
（题中in单位换成mm，如1in= 25.4mm,图中所示每个尺寸分别乘以：11）该题的实际模型及尺寸如图2所示。
图1 显示原始尺寸的模型图2 转化尺寸后的模型1前处理1.1改变文件名。
单击File\Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在jobname框中输入Entity Analysis，单击OK，退出Change Jobname对话框。
1.2改变工作目录。
单击File\Change directory,浏览至桌面AnsysCourse文件夹，单击确定，退出浏览文件夹对话框。
1.3改变文件标题。
单击File\change Title,弹出Change Title 对话框，在Title框中输入Entity Analysis。
单击OK，退出Change Title对话框。
1.4将背景设置为白色。
单击PlotCtrls\Style\Colors\Reverse Vodeo选项，将背景设为白色。
1.5过滤界面。
单击ANSYS Main Menu菜单中Preferences，弹出Preferences for GUI Filtering对话框，勾选Structural。
单击确定，退出Preferences for GUI Filtering对话框。
1.6选择单元类型。
单击ANSYS Main Menu菜单中Preprocessor \Element Type—Add/Edit/Delete,弹出Element Types对话框，单击Add，弹出Library of Element Types对话框，在左侧的单元类型中选择Solid，右侧的单元类型中选择Brick 8node 45，单击OK，退出Library of Element Types对话框，返回到Element Types对话框，单击Close,退出Element Types对话框。
目录问题描述 (2)ANSYS分析步骤 (3)加载并求解 (14)结果分析 (18)建议和体会 (24)一、问题描述在旋转机械中通常会遇到轴与轴承、轴与齿轮、轴与盘连接的问题，根据各自的不同情况可能有不同的连接形式。
但大多数连接形式中存在过盈配合，也就是涉及到接触问题的分析。
这里以某转子中轴和盘的连接为例，分析轴和盘的配合应力以及将轴从盘中拔处时盘轴连接处的应力情况。
本实例的轴为一等直径空心轴，盘为等厚度圆盘，其结构及尺寸如图1所示。
由于模型和载荷都是轴对称的，可以用轴对称方法进行分析。
这里为了后处理时观察结果更直观，我们采用整个模型的四分之一进行建模分析，最后将其进行扩展，来观察整个结构的变形及应力分布、变化情况。
盘和轴用同一种材料，其性质如下：图1.盘轴结构图二、ANSYS分析步骤2.1 设置分析标题首先我们通过完成如下工作来建立本实例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析标题，定义单元类型，定义材料性能，建立结构几何模型、进行网格划分等。
根据本实例的结构特点，我们将首先建立代表盘和轴的两个1/4圆环面，然后对其进行网格划分，得到有限元模型。
本实例为进行如图1所示的盘轴结构的接触分析，属于非线性结构分析范畴。
跟前面实例一样，为了在后面进行菜单方式操作时的方便，需要在开始分析时就指定本实例分析范畴为“Structural”。
本实例的标题可以命名为：“Analysis of a Axis Contacting a hole in a Disc”，具体的操作过程如下：1.选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname，将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框，如图2所示。
在Enter new jobname (输入新文件名)文本框中输入文字“CH20”，为本分析实例的数据库文件名。
并单击New log and error files (新的日志和错误文件)单选框，使其变为“Yes”，为本实例的分析过程创建新的日志。
高速弹丸侵彻混凝土靶板一，问题描述一个直径D=15mm,长度L=43mm的圆柱弹丸，材料为钢，以1500m/s的速度侵彻两层混凝土靶板。
混凝土靶板尺寸为400mm╳400mm╳60mm,四周边界固定，试模拟混凝土靶板的破坏现象。
二，建模分析混凝土靶板采用*MAT_SOLID-CONCRETE,采用四分之一模型，三维实体单元划分网格。
对称面上施加对称边界约束，靶板边界施加固定约束。
弹丸和混凝土靶板之间采用侵蚀接触。
采用cm-g-µm单位制。
计算时间为50µms,每1µs输出一个结果数据文件。
三，求解步骤第一步：设置工作目录和工作文件1，D盘新建文件夹penetration3d-concrete.2，启动Ansys 10.0,弹出10.0Launcher窗口，如下图在simulation enviroment 下拉框中选择ANSYS, 在License下拉框中选择ANSYS LS—DYNA;3，单击File Management 选项卡，弹出工作目录和工作文件设置窗口，单击Browse 按钮，在Working Directory框中选择D：\penetration3d-concrete，在Job Name 框中输入penetration3d-concrete，单击Run按钮，进入ANSYS 操作界面。
如图第二步：选择单元类型1，选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框；如图2，单击Add按钮，弹出Library of Element Type对话框；3，在Library of Element Types选择栏中选择LS—DYNA Explicit 3D Solid 164,单击OK按钮，关闭对话框；4，在Element Types对话框中单击Options按钮，弹出Solid 164 Element Types Options对话框；5，在Solid Element Formulation 栏中激活Const.Stress(def)选项，在Material Continuum栏中激活Lagrangian选项，单击OK按钮，关闭对话框；6，在Element Types对话框中单击Close按钮，关闭对话框。
问题描述如图所示，为一个轴承座。
弹性模量为30e6，泊松比0.35.轴承孔圆周上受到1000ＭＰa恒定的推力载荷，在轴承孔的下半部分受到5000ＭＰa的径向压力载荷的情况。
更改文件名（1）更改文件名：File>Change Jobname…(2) 输入文件名：输入"zhouchengzuo"，选中New log and error Files，点击OK定义单元属性定义单元类型1为10节点的SOLID92.选择Main Menu>Preprocessor> Element Type>Add/Edit/Delete单击Add按钮选择Structural-Solid,并在相应的列表中选择Tet10Node92,如图所示，单击OK键，单击Close按钮。
定义材料属性。
选择Main Menu>Preprocessor>Material Model命令，在材料属性窗口中分别双击Structure、Linear、Elastic，在EX文本框中输入30e6，在PEXY文本框中输入0.35，如图所示，单击OK按钮。
创建模型创建基座模型。
选择MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Block>By Dimensions命令，弹出Create Block by Dimensions 对话框，输入X1=0,X2=5,Y1=0,Y2=1.5,Z1=0,Z2=4.5。
如图所示：单击OK按钮，生成如图所示的模型平移并旋转工作平面。
选择Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by Increments命令，单击Apply按钮，在XY,YZ,ZX,Angles处输入0，－90，0，如图所示。
单击OK按钮，生成如图所示的工作平面。
创建圆柱体。
选择菜单MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Cylinder> Solid Cylinder对话框，在Radius文本框中输入0.5，在Depth文本框中输入－2，如图所示：单击OK按钮，生成如图所示的模型。
*********大学焊接结构及断裂分析大作业（有限元分析）——应力集中系数计算班级：教师：教授学生：学号：时间：一、背景介绍实际生产的构件，绝大多数不是界面均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生“缺口效应”，从而影响金属材料的力学性能。
研究缺口试样在弹性状态下的应力分布，在一薄板边缘开缺口，并且承受拉应力σ作用，当板材处于弹性范围时，缺口界面上的应力如图1所示。
其应力分布式不均匀的，在缺口根部产生应力集中，其最大应力取决于缺口的几何参数（形状、深度、角度及根部曲率半径），以根部曲率半径影响最大，缺口越尖锐，应力越大。
图1 薄板缺口拉伸时弹性状态下的应力分布缺口引起的应力集中程度通常用应力集中系数K t表示，K t定义为缺口净截面上的最大应力σmax与平均应力σ之比，即K t=σmax σ平均应力σ有两种定义：一种是净面积应力，为缺口净截面上的名义应力，如图2中的A-A截面；二为毛面积应力，为构建无缺口时的应力，图2中B-B截面。
图2 平均应力模型K t值与材料性质无关，只决定于缺口的几何尺寸。
基于此研究在不同曲率半径下的应力集中系数的变化情况。
计算时，选择哪个截面将对K t大小有一定的影响，通常净面积应力计算结果偏小，毛面积应力计算结果偏大，比较保守。
文献[4]中介绍了一种通过路径积分计算许用平均应力的方法。
二、题目概况薄板尺寸如图3所示，选取长80mm、宽20mm、厚度为5mm的Q235薄板，在一边开一3mm宽，4mm深的缺口，缺口尖端曲率半径ρ分别取0.25mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm，使用ANSYS建模计算不同曲率半径时的应力集中系数。
图3 构件尺寸图三、ANSYS有限元分析经典的ANSYS分析流程可以分为以下几步骤：问题的描述→建立几何模型→定义材料属性→定义单元类型→定义单元实常数→划分网格→设置边界条件→求解→后处理→结果分析。
3.1 问题分析因为沿Z轴的尺寸小于其他两个轴的尺寸，薄板的中面为平面，其所受外力，包括体力均平行于中面Oxy面内，并沿厚度方向Oz不变。
而且薄板的两个表面不受外力作用，因此该问题可以看成二维平面问题去解决，能够满足计算要求。
但是为了使得计算具有普适性、计算结果更具准确性，选取三维实体模型进行有限元分析并获得计算结果，与二维实体模型的结果进行对比。
对三维实体模型的分析做主要的陈述。
3.2 建立几何模型建立需要的几何模型，ANSYS除了能够利用自带的功能建立模型，同时也能够与其他CAD系统进行连接，进而直接导入实体模型。
该处选择利用solidworks三维建模，按照图3所示构件尺寸图建立实体模型，保存为“***.x_t”类型文件。
模型的导入：（1）使用solidworks软件绘制并保存好文件后，打开ANSYS软件执行File>Import>PARA命令，选择相应的文件，CAD模型便自动导入到ANSYS中，（2）显示实体：执行Plot Ctrls>Style>Solid Model Facets>normal Facting，结果如图4所示。
图4 ANSYS三维实体模型3.3 定义材料属性由于在ANSYS中没有固定的单位制，但是所有的参数单位必须统一起来，因此执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Check Geom>KP distance命令，选择侧面上的两节点测量板宽，显示宽度为0.02，可知此时单位统一为国际单位制，对输入的材料参数进行单位换算。
实例中材料选择为Q235，设置材料的参数：弹性模量E=2.11×1011Pa,泊松比μ=0.33，材料密度ρ=7.858×103kg/m3。
执行：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models命令，弹出Define Material Model Behavior 对话框。
执行：Structural>Linear>Elastic>Isotropic/Density分别输入弹性模量以及泊松比/密度如图5所示。
3.4 定义单元类型执行：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Dele命令，弹出Element Type 对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Type 对话框，选择Solid 单元，选中SOLID185单元，如图6所示。
3.5 定义单元实常数由于选择的是实体Solid单元，不设置单元实常数。
3.6 网格划分网格划分是建模中非常重要的一个环节，网格划分的好坏将直接影响到计算结果的准确性和精度。
对于应力集中处网格划分的密一些。
ANSYS主要包括四种网格划分方法：自由划分、映射划分、扫略划分和自适应分网，在本报告中选择使用映射分网的方法。
在使用工作平面切割实体模型后，执行Main Menu: Preprocessor>Meshing>Mesh Tool>(Size Controls) lines>Set拾取两条直边，点击OK弹出Element Size on pick Lines对话框，在NDIV处输入分割份数，如图7所示，然后执行：Apply>Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped>Mesh>Pick All (in Picking Menu) >Close( the Mesh Tool window)，完成网格的划分，如图8所示。
图5 材料属性的定义图6 单元类型的选择图7 mesh tool 工具条进行网格参数设计图8 ρ=0.25时的网格划分3.7 设置边界条件在定义边界约束条件时，需要考虑材料的屈服强度，Q235钢的屈服强度δs=235Mpa，选取构件的安全系数为1.3，因此给薄板一端施加P=175.37Mpa的拉力，另外一端固定约束。
执行：Main Menu: Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>on Areas 弹出Apply U,ROT on Areas施加约束全约束选择ALL DOF，如图9所示。
执行：Main Menu: Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas，弹出Apply PRES on areas对话框，在V ALUE Load PRES value 中输入-175.37E6。
加载完成后使用箭头显示所加载的载荷，执行：PlotCtrls>Symbols…在打开的对话框里，选择Show pres and convect as复选框为Arrows, 至此，加载过程结束。
结果如图10所图9 约束加载操作图10约束加载示意3.8 求解及后处理求解的工作主要在求解模块（SOLUTION）中进行。
执行Main Menu ：Solution>Solve>Current LS命令，进行求解运算。
执行Main Menu：General Postproc>plot Result命令，选择对应选项。
即可显示变形前后的构件图，如图11所示。
图11 加载前后构件变形执行Main Menu：General Postproc>Plot Result>Contour Plot>Nodal Solu命令，打开Contour Nodal Solution Data对话框，执行Nodal Solution>Stress>von Mises stress 命令，显示米塞斯等效应力图如图12所示。
图12 构件当量应力云图3.9 后处理及结果分析完成计算后，通过ANSYS的后处理模块来查看计算得到的结果。
从图12中得知，缺口处应力最大，且在该区域有明显的应力集中现象，缺口根部应力最大，且最大应力为σmax=1.40×109Pa，并且远离缺口，应力逐渐减小，并趋于均匀。
采用路径积分的方式计算净截面上的平均应力。
通过后处理中的路径处理进行操作，执行Main Menu：General Postproc>Path Operations>Define Path>By Nodes弹出图形选择对话框，依次选取两点（一点为缺口根部应力最大处，一点为另一边对应的一点），点击确认弹出“By Nodes”对话框，如图13所示，输入路径名称。
图13 按节点定义路径执行General Postproc>Path Operations>Map onto Path命令，弹出图14所示对话框，选择要映射的结果项“von Mises SEQV”,即可显示定义的路径并命名为“stress1”。
图14 映射数据到路径执行General Postproc>Path Operations>Plot Path Item>On Graph命令，选择要显示应力分布“stress1”，即可得到到应力分布，如图15。
图15 路径上的应力分布对图15所示的应力曲线进行路径积分，然后将积分值除以路径长度即可得净截面面积上的名义应力分布。
执行General Postproc>Path Operations>integrate命令，弹出图16积分选项设置对话框，按照图示进行设置，命名结果为”P-SEQV”，单击“OK”。
图16 积分选项设置显示路径上的应力积分，执行General Postproc>Path Operations>Plot Path Item>On Graph，弹出对话框，只选择“P-SEQV”，即可得到路径上的应力积分，如图17所示。
图17 路径上的应力积分从图中得到，曲线的峰值为3.177969×106Pa，因此可得名义应力：σ0=∫σdss=3.177969×1061.6×10−2=1.986×108Pa因此可以得到在缺口尖端曲率半径为ρ=0.25mm时的集中系数：K t=σmaxσ=1.40×1091.986×108=7.0493四、曲率半径为0.5、1.0、1.5mm时的计算按照上述操作流程，得到曲率半径ρ=0.5、1.0、1.5mm时的结果。
4.1 ρ=0.5mm时的结果ρ=0.5时，图18所示为变形图，图19所示为结构当量云图。
