5第二章 直接有限元模型建模4后处理

复合材料用有限元分析引言复合材料是由不同类型的材料组合而成的，具有优异的力学性能和轻质化的特点，在航空航天、汽车工程、建筑结构等领域得到广泛应用。

有限元分析是一种常用的工程分析方法，可用于预测复合材料结构在受力过程中的应力和变形情况。

本文将介绍复合材料用有限元分析的基本原理、建模过程、分析方法和结果解读。

有限元分析基本原理有限元分析基于有限元法，将复杂的结构分割成许多简单的单元，再利用数学方法求解这些单元的力学行为，最终得出整个结构的应力和变形情况。

复合材料的有限元分析一般采用3D固体单元或板单元，考虑复合材料的各向异性和层合板的分层结构。

有限元分析的基本原理可以总结为以下几个步骤：1.确定有限元模型：–根据复合材料结构的几何形状和材料性质，选择适当的有限元单元类型。

–确定网格划分方案，将结构划分为单元网格。

–确定边界条件和加载方式，包括约束条件和外部加载。

2.确定单元性质：–根据复合材料的材料力学性质，将其转化为有限元单元的材料刚度矩阵。

–考虑各向异性和分层结构，将材料刚度矩阵进行相应的转换。

3.确定单元相互连接关系：–根据结构的几何体系，确定单元之间的连接关系，包括单元之间的约束和边界条件。

4.求解方程组：–根据单元的刚度矩阵和边界条件，建立整个结构的刚度矩阵。

–考虑加载情况，求解结构的位移和应力。

5.结果后处理：–分析结构的应力和变形分布，评估结构的安全性和性能。

–对结果进行解读和优化。

复合材料有限元分析的建模过程复合材料的有限元分析建模过程与传统材料的有限元分析类似，但在材料性质和单元连接方面存在一些特殊性。

下面是复合材料有限元分析的建模过程的简要步骤：1.几何建模：–根据实际结构的几何形状，利用建模软件（如Solidworks或CATIA）进行3D建模。

–根据复合材料的分层结构，将各层材料的几何形状分别绘制。

2.材料定义：–根据复合材料的材料属性，定义合适的材料模型和参数。

–考虑复合材料的各向异性和分层结构，定义材料的力学参数。

有限元的实施步骤引言有限元方法是一种用于求解工程问题的数值分析方法。

它通过将连续问题离散化为有限个小单元，然后以计算机模拟的方式求解这些小单元上的方程来近似求解原始问题。

本文将介绍有限元方法的实施步骤，并使用Markdown格式进行编写。

步骤一：建立几何模型1.确定几何模型的尺寸、形状和边界条件。

2.使用几何建模工具创建几何模型，例如计算机辅助设计（CAD）软件。

3.将几何模型导出为适合有限元分析的文件格式，例如.STL或.IGES。

步骤二：划分网格1.将几何模型划分为有限个小单元，通常是三角形或四边形。

2.划分网格时，需要考虑到准确度和计算效率的平衡。

3.在划分网格时，要注意避免产生倾斜或退化的单元。

步骤三：确定材料属性1.确定物体的材料属性，例如弹性模量、泊松比、密度等。

2.如果需要，可以使用实验方法或材料数据库来获得材料属性数据。

步骤四：建立边界条件1.确定边界条件，例如加载、约束条件等。

2.边界条件可以是力、位移或温度等。

3.边界条件的选择要考虑到模拟对象的实际情况以及所需的分析目标。

步骤五：建立数学模型1.选择适当的数学模型，例如弹性力学、热传导等。

2.根据数学模型建立有限元方程，例如弹性力学中的应力平衡方程。

步骤六：求解有限元方程1.将有限元方程转化为线性代数方程组。

2.使用数值方法（例如矩阵求解方法）求解线性代数方程组，得到近似解。

3.可以使用现有的数值计算软件（例如MATLAB、Python等）来实现求解过程。

步骤七：后处理结果1.对求解结果进行后处理，例如计算变形、应力、温度等。

2.可以使用可视化工具将结果以图形的形式展示出来，进一步分析和评估模拟结果。

结论有限元方法是一种求解工程问题的重要数值分析方法，它通过将连续问题离散化为有限个小单元来近似求解原始问题。

本文介绍了有限元方法的实施步骤，包括建立几何模型、划分网格、确定材料属性、建立边界条件、建立数学模型、求解有限元方程和后处理结果等。

有限元建模的流程The finite element modeling process involves several key steps that are crucial for obtaining accurate and reliable results. Firstly, the problem domain must be defined, which involves identifying the specific geometry and boundaries of the system being analyzed. This step ensures that the model accurately reflects the real-world conditions under investigation.有限元建模的流程包括几个关键步骤，这些步骤对于获得准确可靠的结果至关重要。

首先，必须定义问题域，这涉及识别被分析系统的特定几何形状和边界。

这一步确保模型能够准确反映所研究的真实世界条件。

Next, the material properties of the system are specified. This includes information such as the elastic modulus, density, and any other relevant material characteristics that affect the behavior of the model. Accurate material properties are crucial for obtaining meaningful results from the finite element analysis.接下来，需要指定系统的材料属性。

这包括弹性模量、密度以及影响模型行为的其他相关材料特性等信息。

有限元软件的学习和后处理操作1. ABAQUS软件理论的学习：本次使用的有限元软件为ABAQUS。

首先，简单介绍下本款软件的特点和优势：ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。

ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。

并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具，ABAQUS 除了能解决大量结构（应力/ 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/ 应力耦合分析）及压电介质分析。

ABAQUS所能计算的领域非常广阔，包括如下：静态应力/位移分析：包括线性，材料和几何非线性，以及结构断裂分析等动态分析粘弹性/粘塑性响应分析：粘塑性材料结构的响应分析热传导分析：传导，辐射和对流的瞬态或稳态分析质量扩散分析：静水压力造成的质量扩散和渗流分析等耦合分析：热/力耦合，热/电耦合，压/电耦合，流/力耦合，声/力耦合等非线性动态应力/位移分析：可以模拟各种随时间变化的大位移、接触分析等瞬态温度/位移耦合分析：解决力学和热响应及其耦合问题准静态分析：应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题退火成型过程分析：可以对材料退火热处理过程进行模拟海洋工程结构分析。

本次所模拟的是管道受端压力、端力矩作用下并在附加水压的情况下发生弹性变形时的状态，属于静态应力/位移分析。

单元库：ABAQUS包括内容丰富的单元库，单元种类多达562种。

它们可以分为8个大类，称为单元族，包括：实体单元、壳单元、薄膜单元梁单元、杆单元、刚体元、连接元。

其有不同的模块解决不同情况下的有限元计算问题，包括Abaqus/CAE，有限元建模、后处理以及过程自动化的完整解决方案；Abaqus/Standard，适合求解静态和低速动力学问题。

有限元法分析与建模课程设计报告学院：专业：机械设计制造及其自动化指导教师：学生：学号：摘要有限元分析已经在教学、科研以工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具：综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、事例分析这几个方面。

而本软件含有多种有限元分析的能力，包括性简单的静态分析到复杂的非线性动态分析。

一个典型的ANSYS分析过程可以分为三步：建立模型、加载并求解、查看分析结果。

处于初学期的我们应该强调有限元的实质理解和融会贯通。

关键词：有限元，建立模型，加载并求解，查看分析结果，ANSYS目录目录 (I)第一章引言 (1)1.1有限元法及其基本思想 (1)1.2本文所研究问题定义分析 (1)第二章有限元分析的准备工作 (2)2.1进入ANSYS新建文件 (2)2.2ANSYS偏好设置 (2)2.3设置单元类型 (3)2.4定义材料参数 (4)2.5生成几何模型 (5)2.5.1生成特征点 (5)2.5.2生成球体截面 (6)2.6创建网格 (8)第三章有限元模型的前处理和求解 (11)3.1模型施加约束 (11)3.1.1给水平直边施加约束 (11)3.1.2给竖直边施加约束 (11)3.1.3给内弧施加径向的分布载荷 (12)3.2求解结果 (14)第四章有限元模型的后处理和结果分析 (16)4.1结果显示 (16)4.2退出系统 (18)总结 (20)参考文献 (21)第一章引言1.1有限元法及其基本思想所谓有限元法（FEA），其基本思想是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。

求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至个集合体上的场函数。

第二讲创建有限元模型第二讲目的及学习内容（续）第讲Part F. 单元属性定义材料属性、单元类型以及实常数.Part G. 划分网格划分网格的主要步骤；使用默认设置对几何模型划分网格；单元尺寸大小. Part H: 模型建立后的检查Part I. 修改有限元模型Part IPart J: 直接生成有限元模型Part K: Select选择和部件Part A.Part A实体建模的概念实体模型(Solid modeling)及有限元模型S lid d li)建模的最终目的是：获得正确可靠的有限元网格模型←保证网格具有正确的形状，单元大小合适、密度分布合理，适合于施加边界条件和荷载，保证变形前后都具有合理单元形状，场量（变形、应力）分布描述清晰。

——这是优秀有限元分析的有合理单元形状，场量（变形应力）分布描述清晰关键所在。

ANSYS的建模功能非常强大。

的建模功能非常强大ANSYS提供了两种建模方法——实体模型和有限元直接模型◆实体模型。

指的是几何实体（点、线、面和体）——建模时先建立实体模型指的是几何实体（点线面和体），再利用ANSYS提供的分网工具划分为有限元模型；◆有限元直接模型。

包括节点和单元——建模时，直接建立节点并利用节点创建单元，从而直接获得有限元模型。

建单元从而直接获得有限元模型实体建模和有限元直接建模各有优缺点。

实体模型四种实体图元–体(3D模型) 由面围成，代表三维实体。

–面(表面) 由线围成。

代表实体表面、平面形状、壳、三维曲面。

–线(可以是空间曲线) 以关键点为端点，代表物体的边。

–关键点(位于3D空间) 代表物体的角点。

•硬点：属于关键点，在网格划分中必须要划分成结点的关键点。

属于关键点在网格划分中必须要划分成结点的关键点AreasKeypointsLinesAreaVolume——点适合于建立规则的图元。

12 6 Y 34X Z 5通过Autocad导入几何实体模型Autocad的空间建模功能非常强大，可以利用它来建立更为复杂的几何实体模型。

ansys有限元求解基本方法-回复ANSYS有限元求解基本方法ANSYS（Analysis System）是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件，它在解决各种结构力学问题中展现出了强大的求解能力。

本文将介绍ANSYS中有限元求解的基本方法，包括前处理、网格划分、加载和约束条件的设置、求解和后处理等步骤。

一、前处理在使用ANSYS进行有限元求解之前，首先需要准备模型并进行前处理。

这包括对模型进行几何建模、材料属性定义、截面属性定义等步骤。

通过ANSYS提供的建模工具，我们可以将实际结构转化为数学模型。

此外，还需要为模型添加边界条件和初始条件，以便后续的求解过程中使用。

二、网格划分网格划分是有限元分析的关键步骤之一。

它将模型分割成许多小的网格单元，每个单元内的物理量可以通过数学公式进行近似计算。

在ANSYS中，网格划分可以使用不同类型的单元来实现，如三角形单元、四面体单元、六面体单元等。

划分后的精度和效率将直接影响到后续的求解结果。

三、加载和约束条件设置在进行有限元求解之前，需要给模型施加适当的加载和约束条件。

加载条件指的是施加在结构上的额外力或位移。

可以通过在模型上添加点荷载、面荷载或体积荷载等方式来实现。

约束条件则是模型上的限制，如固支条件、弹簧支座、对称边界等。

这些条件将起到限制结构运动和变形的作用。

四、求解在完成前处理和加载约束条件设置之后，就可以进行求解。

ANSYS通过解析优化的算法和求解器，对给定的模型和约束条件进行求解。

其中，有限元法是一种常用的求解方法。

在求解过程中，ANSYS会对每个单元上的物理量进行计算，并逐步迭代直到收敛为止。

求解结果可以包括应力、应变、位移等物理量。

五、后处理求解完成后，需要对求解结果进行后处理。

这包括对应力、应变和位移等物理量的分析和可视化。

ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以生成各种图表和图像来展示求解结果，如云图、变形图、位移云图等。

此外，还可以对结果进行进一步的计算和分析，以满足工程实际需要。

机械有限元 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解有限元分析的基本概念，掌握有限元方法在工程中的应用。

2. 学会建立机械结构的有限元模型，包括网格划分、材料属性赋予及边界条件设置。

3. 掌握使用有限元分析软件进行求解，并能够对结果进行正确解读。

技能目标：1. 能够运用所学知识对简单的机械结构进行有限元建模和分析。

2. 培养学生运用计算机辅助工程软件解决问题的能力，特别是有限元分析软件的操作技巧。

3. 提高学生将理论应用于实践，解决实际工程问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械工程领域专业知识的兴趣，激发学生探索未知问题的热情。

2. 强化学生团队合作意识，通过小组讨论与合作完成课程项目。

3. 增强学生的工程责任感，认识到作为一名工程师在确保结构安全与优化设计中应承担的角色。

本课程针对高年级或研究生阶段的学生，他们具备一定的力学和数学基础，课程性质以理论教学与上机实践相结合为主。

课程目标旨在通过具体的学习成果，如完成有限元模型建立与分析报告，来巩固学生的理论知识，提升实践技能，并培养积极的学术态度和工程价值观。

1. 有限元分析方法概述：介绍有限元分析的基本原理、发展历程及其在工程中的应用。

- 教材章节：第一章 有限元分析方法简介2. 有限元模型的建立：讲解有限元模型建立的过程，包括结构简化、几何建模、网格划分等。

- 教材章节：第二章 有限元模型的建立3. 材料属性与边界条件：介绍材料属性的设置、边界条件的施加及接触问题的处理。

- 教材章节：第三章 材料属性与边界条件4. 有限元求解与结果分析：讲解有限元求解的步骤，结果解读与分析方法。

- 教材章节：第四章 有限元求解与结果分析5. 实践案例分析：通过具体案例，让学生动手操作有限元分析软件，进行实际结构分析。

- 教材章节：第五章 有限元分析案例6. 课程项目：组织学生分组进行项目实践，完成一个完整的有限元分析项目，包括项目报告撰写。

- 教材章节：第六章 课程项目与实践教学内容按照教学大纲的安排，系统性地进行组织，确保学生能够逐步掌握有限元分析的理论知识，并通过实践案例和课程项目，将所学知识应用于实际工程问题中。