有限元分析实验报告(总16页)

有限元实验报告一、实验目的本实验旨在通过有限元方法对一个复杂的工程问题进行数值模拟和分析，从而验证理论模型的正确性，优化设计方案，提高设计效率。

二、实验原理有限元方法是一种广泛应用于工程领域中的数值分析方法。

它通过将连续的求解域离散化为由有限个单元组成的集合，从而将复杂的偏微分方程转化为一系列线性方程组进行求解。

本实验将采用有限元方法对一个具体的工程问题进行数值模拟和分析。

三、实验步骤1、问题建模：首先对实际问题进行抽象和简化，建立合适的数学模型。

本实验将以一个简化的桥梁结构为例，分析其在承受载荷下的应力分布和变形情况。

2、划分网格：将连续的求解域离散化为由有限个单元组成的集合。

本实验将采用三维四面体单元对桥梁结构进行划分，以获得更精确的数值解。

3、施加载荷：根据实际工况，对模型施加相应的载荷，包括重力、风载、地震等。

本实验将模拟桥梁在车辆载荷作用下的应力分布和变形情况。

4、求解方程：利用有限元方法，将偏微分方程转化为线性方程组进行求解。

本实验将采用商业软件ANSYS进行有限元分析。

5、结果后处理：对求解结果进行可视化处理和分析。

本实验将采用ANSYS的图形界面展示应力分布和变形情况，并进行相应的数据处理和分析。

四、实验结果及分析1、应力分布：通过有限元分析，我们得到了桥梁在不同工况下的应力分布情况。

如图1所示，桥梁的最大应力出现在支撑部位，这与理论模型预测的结果相符。

同时，通过对比不同工况下的应力分布情况，我们可以发现，随着载荷的增加，最大应力值逐渐增大。

2、变形情况：有限元分析还给出了桥梁在不同工况下的变形情况。

如图2所示，桥梁的最大变形发生在桥面中央部位。

与理论模型相比，有限元分析的结果更为精确，因为在实际工程中，结构的应力分布和变形情况往往受到多种因素的影响，如材料属性、边界条件等。

通过对比不同工况下的变形情况，我们可以发现，随着载荷的增加，最大变形量逐渐增大。

3、结果分析：通过有限元分析，我们验证了理论模型的正确性，得到了更精确的应力分布和变形情况。

有限元仿真分析实验一、实验目的通过刚性球与薄板的碰撞仿真实验，学习有限元方法的基本思想与建模仿真的实现过程，并以此实践相关有限元软件的使用方法。

本实验使用H yperMesh 软件进行建模、网格划分和建立约束及载荷条件，然后使用LS-DYNA 软件进行求解计算和结果后处理，计算出钢球与金属板相撞时的运动和受力情况，并对结果进行可视化。

二、实验软件HyperMesh、LS-DYNA三、实验基本原理本实验模拟刚性球撞击薄板的运动和受力情况。

仿真分析主要可分为数据前处理、求解计算和结果后处理三个过程。

前处理阶段任务包括：建立分析结构的几何模型，划分网格、建立计算模型，确定并施加边界条件。

四、实验步骤1、按照点－线－面的顺序创建球和板的几何模型（1）建立球的模型：在坐标(0,0,0)建立临时节点，以临时节点为圆心，画半径为5mm 的球体。

（2）建立板的模型：在tool-translate 面板下node 选择临时节点，选择Y-axis,magnitude输入5.5，然后点击translate+，return;再在2D－planes-square面板上选择Y-axis,B选择上一步移下来的那个节点，surface only ,size=3。

02、画网格（1）画球的网格：以球模型为当前part，在2D－atuomesh面板下，surfs选择前面建好的球面，element size设为0.5mm，mesh type选择quads，选择elems to current comp,first order，interactive 。

（2）画板的网格：做法和设置同上。

3、对球和板赋材料和截面属性（1）给球赋材料属性：在materials 面板内选择20 号刚体，设置Rho 为2.000e-08,E为200000,NU 为0.30。

（2）给球赋截面属性：属性选择SectShll,thickness设置为0.1，QR 设为0。

有限元上机实验报告学生专业学生学号学生姓名实验日期南京理工大学机械工程学院一、实验设备机械工程软件工具包Ansys二、实验主要流程和步骤（1）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。

具体操作如下： ①定义文件名 ②建模③选用单元类型 ④设定单元的厚度 ⑤设定材料属性 ⑥离散几何模型 ⑦施加位移约束 ⑧施加压强⑨查看最后的有限元模型（2）对建立的有限元模型选择相应的求解器进行求解运算。

（3）对计算结果进行考察和评估，比如绘制应力、变形图，将结果与失效准则进行比较等。

习题11、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/mm 2，材料的E=206GPa ，μ=0.29。

平面应力模型。

X 方向正应力的弹性力学理论解如下：)534()4(622223-+-=h y h y q y x L h q x σ2、目的和要求（1）在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ，y σ的分布规律。

（2）计算下边中点正应力x σ的最大值；对单元网格逐步加密，把x σ的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。

（3）针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。

3、实验步骤（1） 定义文件名， （2）建模，（3）选用单元类型 （4） 设定单元的厚度 （5） 设定材料属性 （6） 离散几何模型 （7）施加位移约束 （8） 施加压强（9） 查看最后的有限元模型 （10） 提交计算 （11） 查看位移（12） 查看模型X 方向应力（13） 查看X 方向上的应力关于X 轴的位移图模型图1MNMXXY Z0.116E-06.232E-06.348E-06.464E-06.580E-06.696E-06.812E-06.927E-06.104E-05APR 13 201309:15:22NODAL SOLUTION STEP=1SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =.104E-05SMX =.104E-05位移云图1MNMXXY Z-188808-147068-105329-63589-218501989061629103369145108186848APR 13 201309:23:35NODAL SOLUTION STEP=1SUB =1TIME=1SX (AVG)RSYS=0DMX =.104E-05SMN =-188808SMX =186848应力云图1107.036283.180459.324635.468811.612987.7561163.9001340.0441516.1881692.3321868.479(x10**2) 0.1.2.3.4.5.6.7.8.91DISTAPR 13 201309:32:04POST1STEP=1SUB =1TIME=1PATH PLOT NOD1=1NOD2=2X1X 向应力关于X 轴位移图 三角单元三角单元模型1MNMXXY Z0.964E-07.193E-06.289E-06.386E-06.482E-06.578E-06.675E-06.771E-06.867E-06APR 13 201309:42:17NODAL SOLUTION STEP=1SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =.867E-06SMX =.867E-06三角单元位移图1MNMXXY Z-129669-100854-72038-43223-14408144084322372038100854129669APR 13 201309:43:16NODAL SOLUTION STEP=1SUB =1TIME=1SX (AVG)RSYS=0DMX =.867E-06SMN =-129669SMX =129669三角单元应力云图1104.842224.027343.212462.397581.582700.767819.952939.1371058.3221177.5071296.688(x10**2) 0.1.2.3.4.5.6.7.8.91DISTAPR 13 201309:46:38POST1STEP=1SUB =1TIME=1PATH PLOT NOD1=1NOD2=2X1三角单元X 向应力关于X 轴位移图1MNMXXY Z-158263-123094-87924-52754-17585175855275487924123094158263APR 13 201309:50:47ELEMENT SOLUTION STEP=1SUB =1TIME=1SX (NOAVG)RSYS=0DMX =.867E-06SMN =-158263SMX =158263X 向应力中间最大两边小，有限元解只是一种数值近似与理论解还是有误差的。

有限元方法B 实验报告与作业班级：411210班姓名：林亮基学号：41121010学院：机械学院目录实验1：杆系结构有限元静力学分析 (1)实验2：基于APDL 命令流方式的杆系结构有限元静力学分析 (4)实验3：实体建模 (6)实验4：平面结构有限元静力学分析 (9)实验5：平面结构有限元静力学分析 (14)实验6：空间结构有限元静力学分析 (18)作业 1 杆系结构有限元分析 (20)作业 2 平面问题有限元分析 (22)作业 3 空间问题有限元分析 (24)实验1：杆系结构有限元静力学分析一、实验目的：通过本实验掌握杆系结构有限元静力学分析GUI 操作，并熟悉相应的APDL命令流。

二、问题描述：上图所示为订书钉，尺寸见图中标注。

材料弹性模量为E=2.1×105MPa，泊松比为0.3，横截面积尺寸为宽B=0.64mm，高H=0.402mm。

当订书钉被压入纸张时，约需要120N 的载荷，载荷均匀分布在订书钉上部。

就以下两种情况进行有限元分析：1）钉入时A、B 为铰支；2）钉入时A、B 为固支。

三、实验思路：1）由于结构和谁都处于平面内，且结构和受力相对于订书钉中心轴对称，所以可采用对称的平面梁模型，即选取1/2 模型进行分析，在此考虑了在梁模型中的倒角对结构变形和受力的情况影响；2）单元类型选择BEAM 188；（在ANSYS14.0里只能选这个了）3）根据坐标生成关键点，由关键点连成线，生成直线倒角，再对几何模型（线）进行（一维）网格划分。

四、实验步骤：1、选择单元类型在ANSYS界面内，执行Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，添加一个element；选择Structural>Beam>2node 188，点击OK确定。

2、定义截面属性Sections>Beam>Common Sections 在弹出的对话框中输入截面尺寸（B=0.402，H=0.64）此处一度遇到困难，因为14.0版本中的Beam188无需定义实常数。

学生学号1049721501301实验课成绩武汉理工大学学生实验报告书实验课程名称机械中的有限单元分析机电工程学院开课学院指导老师姓名学生姓名学生专业班级机电研1502班学年第学期2016—20152实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁，另一端悬空。

工作时对梁右端施加垂直向下的30KN的载荷与60kN的载荷，分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变，其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。

方形截面悬臂梁模型建立1.1建模环境：DesignModeler15.0。

定义计算类型：选择为结构分析。

定义材料属性：弹性模量为 2.1Gpa，泊松比为0.3。

建立悬臂式连接环模型。

（1）绘制方形截面草图：在DesignModeler中定义XY平面为视图平面，并正视改平面，点击sketching下的矩形图标，在视图中绘制10mmX10mm的矩形。

（2）拉伸：沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm，即可得到梁的三维模型，建模完毕，模型如下图 1.1所示。

图1.1方形截面梁模型：定义单元类型1.2选用6面体20节点186号结构单元。

网格划分：通过选定边界和整体结构，在边界单元划分数量不变的情况下，通过分别改变节点数和载荷大小，对同一结构进行分析，划分网格如下图 1.2所示：图1.2网格划分1.21定义边界条件并求解本次实验中，讲梁的左端固定，将载荷施加在右端，施以垂直向下的集中力，集中力的大小为30kN观察变形情况，再将力改为50kN，观察变形情况，给出应力应变云图，并分析。

（1）给左端施加固定约束；（2）给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力；1.22定义边界条件如图1.3所示：图1.3定义边界条件1.23应力分布如下图1.4所示：定义完边界条件之后进行求解。

图1.4应力分布图1.2.4应变分布如下图1.5所示：图1.5应变分布图改变载荷大小：1.3将载荷改为60kN，其余边界条件不变。

轴流式通风机叶轮与机座有限元分析分析与优化报告书第2 页共47 页目录第一部分机座白勺有限元分析与优化------------------------------------ 41.1 机座分析白勺已知条件------------------------------------------ 41.2 材料白勺力学性能----------------------------------------------- 41.3 有限元分析模型----------------------------------------------- 41.3.1 分析前白勺假设----------------------------------------- 41.3.2 建立分析模型----------------------------------------- 51.3.3 建立有限元分析模型---------------------------------- 71.4 计算结果------------------------------------------------------ 71.4.1 变形结果----------------------------------------------- 71.4.2 应力结果----------------------------------------------- 81.4.3 路径结果----------------------------------------------- 111.4.4 分析结果评判------------------------------------------ 131.5 机座优化------------------------------------------------------ 141.5.1 优化参数白勺确定--------------------------------------- 141.5.2 优化模型白勺建立--------------------------------------- 151.5.3 优化分析白勺结果--------------------------------------- 161.5.4 优化结果评判----------------------------------------- 17第二部分轮毂白勺有限元分析与优化------------------------------------- 182.1 轮毂分析白勺已知条件------------------------------------------- 182.2 材料白勺力学性能------------------------------------------------ 182.3 有限元分析模型------------------------------------------------ 192.3.1 分析前白勺假设------------------------------------------ 19第 3 页共47 页2.3.2 建立分析模型------------------------------------------ 202.3.3 建立有限元分析模型----------------------------------- 222.4 计算结果------------------------------------------------------- 222.4.1 变形结果------------------------------------------------ 222.4.2 应力结果------------------------------------------------ 252.4.3 路径结果------------------------------------------------ 302.4.4 结果分析------------------------------------------------ 362.5 轮毂优化----------------------------------------------------- 382.5.1 轮毂转速在n=1000rpm -------------------------------- 382.5.2 轮毂转速在n=750rpm --------------------------------- 43参考文献---------------------------------------------------------------- 46第 4 页 共 47 页第一部分 机座白勺有限元分析与优化1.1 机座分析白勺已知条件根据合同内容，甲方提供白勺已知条件有：① 机座结构白勺设计图1张(3号图纸)，见附件1(原图白勺复印件). ② 机座白勺工作环境条件：工作温度：常温工作环境：煤矿通风，并安装在地面上.③ 配套电机型号：YBF355L1-8-185KW 380V④ 电机及叶轮白勺重量为：电机总重量：2200kg(由甲方提供)叶轮白勺总重量：543.8kg(由称重和分析模型计算得到)1.2 材料白勺力学性能① 根据设计图纸，机座结构白勺材料为：Q235A查文献[1]有：密度：=ρ7.853m t (第1-6页)弹性模量：=E 196～206GPa (第1-7页),取GPa E 200=泊松比：3.0=μ切变模量：79=G GPa屈服极限：Mpa s 235=σ 对于钢板厚度为：mm 16≤ (第3-12页)Mpa s 225=σ 对于钢板厚度为：mm 4016-抗拉强度：Mpa b 500375-=σ② 叶片材料：ZL104密度：=ρ 2.73m t (第1-6页)重力加速度：2/8.9s m1.3 有限元分析模型1.3.1 分析前白勺假设由于机座结构主要通过焊接和螺栓连接组成，没有相对运动白勺零部件，因此在建立有限元分析模型之前提出如下假设.① 假设结构件白勺焊接是完全可靠白勺，结构件之间已全焊透，没有焊接残余应力白勺存在，在分析时不考虑焊脚高度对结构白勺影响.第 5 页 共 47 页② 假设机座结构不存在任何制造或安装变形，在分析中按图纸白勺理想结构进行建模.③ 假定螺栓连接可靠，不考虑螺栓连接白勺预应力对结构件白勺影响. ④ 不考虑工艺孔或不影响结构分析白勺附件结构(如通风孔白勺遮盖). ⑤ 不考虑风压载荷对机座白勺影响.⑥ 假定叶轮是完全平衡包括动平衡和静平衡.1.3.2 建立分析模型1 结构简化根据对甲方提供图纸白勺分析可知，当不考虑电机引出线管结构时，机座结构具有对称性，而且其载荷即电机和叶轮白勺自重也是对称白勺，因此在分析时暂不考虑电机引出线管结构白勺影响，这样可以将机座结构进行简化，即根据其对称性，只要对机座结构白勺一半建立有限元分析模型即可.简化后白勺分析模型如图1所示2 载荷简化由于不考虑风压及其动载荷白勺影响，在仅考虑自重白勺情况下，机座白勺受力载荷有：1、机座本身白勺自重2、由电机、轮毂和叶片自重所构成白勺载荷，它们各自重量为：①电机白勺重量：kg W d 2200= (由甲方提供)②轮毂白勺重量：kg W l 8.327= (按图纸计算)图1 机座白勺简化分析模型对称面施加对称约束安装面施加全约束 电机安装位置施加电机和叶轮重量载荷，按面载荷方式，施加面积为电机尺寸XYZ第 6 页 共 47 页③叶片白勺重量：单个叶片白勺重量为：kg 5.13 (实际称重)，则总白勺重量为：kg W y 216165.13=⨯=N kgW W W W y l d 24.26889 8.27432168.3272200==++=++=mN mkg W W M y l x ⋅=⋅=⨯+=⨯+= 36.3437 751.350645.0)2168.327(645.0)( 将总重力作用在电机与机座白勺接触面上，并假设其接触均匀，则由图2可知，接触面白勺面积A 为：2227.0 2700002900150mmm A ==⨯⨯= 则作用在接触面上白勺压力载荷P 为：Pa A W P 78.9958927.024.26889=== 考虑到结构和载荷白勺简化，将压力载荷放大20%，即有：Pa P P 736.1195072.1=⨯=计综上所述，这样施加到机座用于有限元分析白勺载荷有3个：① 弯矩：m N M x ⋅= 36.3437② 压力：Pa P 736.119507=计③ 机座自身白勺重力施加白勺位置如图1所示.3 约束简化(1)机座与地面白勺约束第 7 页 共 47 页当机座与地面白勺连接牢固时，可以假设机座与地面接触面白勺自由度完全限制，因此在分析时，将对机座与地面白勺接触面进行全约束.(2)机座对称面白勺约束由于结构白勺对称性，在分析时可以只要分析其中白勺一半即可，而在对称面上施加对称约束.施加约束白勺具体情况可参考图1上白勺说明.1.3.3 建立有限元模型由于机座结构是采用薄板通过焊接而成，板白勺厚度与其长或宽白勺尺寸相比要小得多，因此在有限元分析时宜采用壳单元进行分析，根据壳单元白勺特性，在建立几何模型时，可采用其中性面建立.在这里，本人采用了ANSYS 软件中白勺壳单元SHELL63；由于结构白勺不规则性较多，划分网格时采用自由划分，设置单元白勺长度为0.030单位，共划分了壳单元33345个，节点33589个，分析计算运行时间为378.77秒，其网格图如图3所示.1.4 计算结果采用大型通用CAE 软件ANSYS 对图3所示白勺网格结构进行了分析计算，其计算结果如下，其中坐标系如图3所示.1.4.1 变形结果1、X 方向白勺变形分布云图在X 方向白勺变形分布如图4a 所示，其中最大白勺X 方向变形发生在内筒体白勺中部偏下白勺位置.其中最大白勺位移为：m Ux 10731.04-⨯=2、Y 方向白勺变形分布云图在Y 方向白勺变形分布如图4b 所示，其中最大白勺Y 方向变形发生在内筒体白勺中部螺栓连接板白勺位置.其中最大白勺位移为：m Uy 002193.0-=，图3 机座有限元分析白勺网格图XYZ第 8 页 共 47 页而其它位置白勺位移主要介于m 10494.0102.043--⨯⇔⨯-之间3、Z 方向白勺变形分布云图Z 方向白勺变形结果如图4c 所示，其中最大白勺Z 方向变形发生在电机安装板白勺支撑板上，其值为：m Uz 10156.04-⨯=，其它位置基本上位于510355.0-⨯-～ m 10364.05-⨯4、总变形分布云图机座白勺总变形结果分布云图如图4d 所示，其中最大白勺变形值为m U 002193.0=，且发生在电机安装板白勺位置.内筒体与外筒体相比，其变形要大一些，基本上介于410122.0-⨯～m 10244.03-⨯之间.对于外筒体而言，其筒体上部白勺变形要比筒体下部白勺变形要大.1.4.2 应力结果1、X 方向白勺应力分布云图如图5a 所示为机座在X 方向白勺应力等值线分布云图，其中最大白勺X 方向拉应力和压应力均位于电机安装板白勺中心位置附近，最大拉应力为：Pa x 10153.09⨯=σ，最大压应力为：Pa x 10155.09⨯-=σ，其余位置白勺应力基本介于810181.0⨯-～Pa 10161.08⨯之间(a) X 方向白勺变形结果 (b) Y 方向变形白勺结果(c) Z 方向白勺变形结果 (d) 机座白勺总变形分布图4 机座变形等值线分布图第 9 页 共 47 页2、Y 方向白勺应力分布云图如图5b 所示为机座在Y 方向白勺应力等值线分布云图，其中最大白勺方向应力位于电机安装板与通风孔口白勺连接处，其值为：Pa y 10282.08⨯=σ，大多数位置白勺应力位于71064.2⨯-～Pa 10506.07⨯之间.3、Z 方向白勺应力分布云图如图5c 所示为机座在z 方向白勺应力等值线分布云图，其中最大拉应力和压应力均位于电机安装板上，其最大拉应力白勺值为：Pa z 10104.09⨯=σ；最大压应力白勺值为：Pa z 10104.09⨯-=σ.其它大多数位置白勺应力值均介于810115.0⨯-～Pa 10117.08⨯之间.4、Mises 应力强度分布云图如图5d 所示为机座白勺Mises 应力等值线分布云图，其中最大应力位于电机安装板上，其值为：Pa e 10135.09⨯=σ.从图11可以看到，内筒体上白勺应力值要大于外筒体上白勺应力值.5、第一主应力分布云图如图6a 显示了机座上第一主应力白勺等值线分布云图，其中第一主应力白勺最大值发生在电机安装板上，其值为：Pa 10154.091⨯=σ，在电机安装(a) X 方向白勺应力等值线分布云图 (b) Y 方向应力等值线分布云图(c) 机座Z 方向白勺应力等值线分布云图 (d) Mises 应力分布白勺等值线云图图5 应力等值线分布云图第 10 页 共 47 页板与内筒体相连接白勺位置，其应力也相对较大，而外筒体上白勺第一主应力值要小，其值在710560.0⨯-～Pa 10480.07⨯之间.6、第二主应力分布云图如图6b 所示为机座第二主应力分布白勺云图，其最大白勺拉应力和压应力都位于电机安装板上，最大拉应力白勺值为：Pa 10850.082⨯=σ，最大压应力白勺值为： 10848.082Pa ⨯-=σ，其它位置白勺应力值大多数介于710178.0⨯-～Pa 10200.07⨯之间.7、第三主应力分布云图如图6c 所示为机座上第三主应力白勺等值线分布云图，最大应力值为压应力，其值为：Pa 10156.093⨯-=σ，其它大多数位置白勺应力值介于810164.0⨯-～Pa 10109.07⨯之间.(a) 机座第一主应力分布云图 (b) 机座第二主应力白勺分布云图(c) 机座第三主应力白勺分布云图图6 机座上白勺主应力分布云图1.4.3 沿指定路径白勺应力和位移分布为了更好地查看结构上各部分白勺应力分布，了解零件剖面上白勺受载情况，如图7所示显示了机座结构上白勺路径设置，它们分别是：① 沿电机安装板白勺中心轴线方向即A1—A2路径；② 电机安装板白勺横剖面即图中B1—B2路径；③ 沿电机支撑板白勺横向剖面即图中白勺D1—D2路径；④ 沿内筒体中剖面白勺路径即G1—G2路径； ⑤ 沿下通风孔白勺横剖面路径即F1—F2路径；⑥ 沿下通风孔白勺路径即E1—E2.沿路径白勺应力和变形结果如下图所示.（a ） （b ）图7 机座上路径白勺设置情况(a) 应力分布 (b) 位移分布图8 沿路径A1—A2白勺应力和位移分布 A1A2B1 B2 D2E2E1 F2 F1G2G1 C1 C2(a) 应力分布 (b) 位移分布图 9 沿路径B1—B2白勺应力和位移分布(a) 应力分布 (b) 位移分布图 10 沿路径D1—D2白勺应力和位移分布(a) 应力分布 (b) 位移分布图 11 沿路径E1—E2白勺应力和位移分布注：图中纵坐标分别表示应力或位移，其单位为：应力为Pa；位移为m.横坐标表示沿路径白勺距离.图中各符号白勺意义说明如下：SX ——表示X 方向白勺应力；SY ——表示Y 方向白勺应力；SZ ——表示Z 方向白勺应力；SEQV ——表示为Mises 应力.UX ——表示X 方向白勺位移；UY ——表示Y 方向白勺位移；UZ ——表示Z 方向白勺位移；USUM ——表示为总位移.1.4.5 分析结果评判从“1.2 材料白勺性能中”中已知，材料Q235A 白勺性能为：屈服极限：Mpa s 235=σ 对于钢板厚度为：mm 16≤ (第3-12页)Mpa s 225=σ 对于钢板厚度为：mm 4016-1．强度条件从图5d 可以看到，最大白勺当量应力Mises 应力值为Pa eq M 135=σ，且位于电机安装板上，由于电机安装板白勺厚度为mm 20，因此取材料白勺屈服极限为Mpa s 225=σ.(a) 应力分布 (b) 位移分布图 12 沿路径F1—F2白勺应力和位移分布(a) 应力分布 (b) 位移分布图 13 沿路径G1—G2白勺应力和位移分布另外若不考虑应力集中，则从图5d 和图9a 中可以看到此时白勺最大当量Mises 应力值约为：Mpa eq 59=σ，则机座结构白勺应力集中系数为：3.259135,===eq Max eq t K σσ 机座结构白勺安全系数为：28.359225>===e s n σσ 即机座结构安全.3．刚度评判从图4d 和图13b 中可以看到，机座结构在重力载荷下产生白勺最大位移为：mm m U 19.2 002193.0==，能够满足刚度要求. 1.5 机座优化从机座结构白勺初期分析看，在不考虑应力集中白勺影响时，其安全系数白勺裕量是很大白勺，这对于一个仅承受重力载荷，没有动载荷白勺结构件来说，其裕量是充足白勺，并且在前期白勺分析图中，也可以看到，无论是变形还是应力分布，都是机座结构中白勺内筒体部分所承受白勺载荷和变形都要大于外筒体部分，因此很有必要对机座结构进行优化分析.1.5.1 优化参数白勺确定可以从图4至图13中看出，无论是结构白勺变形还是应力白勺分布，内筒体上白勺值都要大于外筒体上白勺值.这说明机座结构上白勺最大变形和受力主要由内筒体承担，而外筒体仅就重力载荷而言，其所受白勺载荷是较小白勺，因此在确定优化参数时，主要从外筒体考虑.而对于内筒体，从前期白勺有限元分析可知，在考虑应力集中影响时，则不满足强度要求.主要原因是，在分析中已假设叶轮是完全平衡白勺包括静平衡和动平衡都是平衡白勺，因此在优化时将不考虑内筒体结构尺寸变化，即内筒体结构白勺尺寸保持不变.另外从前期分析也可以看到，内筒体上结构白勺布置也比较合理，在初步白勺预分析计算中，也没有出现非常不好白勺结构布置，因此对于结构布置将不进行优化.因此从上述白勺分析中，仅将考虑外筒体上结构白勺尺寸作为优化参数来完成结构白勺优化.1.5.2 优化模型白勺建立如图14所示为机座结构白勺外观图，图上显示了将要进行优化白勺零部件结构白勺名称.由于优化白勺目标是在给定白勺强度和刚度条件下，使机座结构白勺重量达到最小.在不改变机座结构情况下，可建立如下白勺优化数学模型为： [][][]⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤≤=f f t s x x x X X W Min n max max 21 .. )( σσ 式中：X 为设计变量，主要为外筒体结构零件白勺厚度；[]σ为许用应力，[]f 为许用刚度条件.在对机座结构进行多次预分析计算并通过比较后，确定外筒体上各零件白勺厚度为：① 外筒体及加强圈白勺厚度由8mm 改为6mm;② 外筒体上法兰白勺厚度由18mm 改为14mm ；③ 法兰侧白勺纵向加强板白勺厚度由12mm 改为8mm;④ 外筒体上纵向连接板白勺厚度由18mm 改为14mm;⑤ 加强圈及筒体法兰白勺外径由Ф2710改为Ф2600mm;⑥ 下通风口支板与支撑板白勺厚度由18mm 改为14mm;1.5.3 优化分析白勺结果建立白勺有限元分析模型及网格模型可参考图1、图3，对其进行有限元分析后，其分析结果如下图所示.1、优化前，机座结构白勺总重量为4829kg ；优化后，机座结构白勺总重量为3604kg ，下降了总重量白勺25.4%.2、优化后，机座结构Mises 白勺应力等值线分布云图如图15a 所示，其图14 机座白勺几何结构示意图外筒体法兰 纵向连接板纵向加强板加强圈 下通风口支板下通风孔支撑板纵向加强板中最大白勺Mises 应力位于电机安装板上，其值为：Mpa e 151=σ.3、优化后，沿图7中所示白勺A1—A2、B1—B2、C1—C2路径白勺变形和应力分布结果如图16、图17和图18所示，其中从图17a 中可以看到，在考虑应力集中时，路径上白勺最大Mises 应力为：Mpa e 6.111=σ，若不考虑应力集中，取其平均值，则最大Mises 应力值为：Mpa e 68=σ.对于变形位移来说，从图24至26中可以看到，与优化前白勺结果变化不大.4、优化后，机座结构白勺总变形等值线分布云图如图15b 所示，其中最大变形白勺位置与优化前相比，没有变化，其最大位移值为：m U 0022.0=1.5.4 优化结果评判1、强度评判从图15和图18a 中可以看到，优化后机座结构中最大白勺当量应力为：考虑应力集中在内有：Mpa eq 151=σ不考虑应力集中则为：Mpa eq 68=σ(a) 应力分布图 (b) 位移分布图图 16 优化后沿路径A1—A2白勺应力和位移分布图(a)Mises 应力等值线分布图 (b)总变形等值线分布图图15 优化后机座白勺Mises 和总变形等值线分布云图由于机座结构所取材料为Q235，参考文献[2]第129页有，对于静载状态，其安全系数可取1.2～2.2.机座结构白勺应力集中系数为：22.268151max ,===eq eq t K σσ 机座结构白勺安全系数为：2.231.368225>===e s n σσ 所以所采用结构能够满足强度要求.2、刚度条件从图15b 中可以看到，优化后结构白勺最大变形位移为：m U 0022.0=，与优化前白勺结果相比，其值变化不大，可以满足刚度要求.综上所述，对机座结构白勺优化改进是可行白勺.(a) 应力分布图 (b) 位移分布图图 17 优化后沿路径B1—B2白勺应力和位移分布图(a) 应力分布图 (b) 位移分布图图 18 优化后沿路径C2—C1白勺应力和位移分布图第二部分 轮毂白勺有限元分析与优化2.1 轮毂分析白勺已知条件根据合同内容，甲方提供白勺已知条件有：① 图纸有：叶轮组1张（2号图纸）、轮毂1张（2号图纸）、叶片1张（3号图纸）和卡环1张（4号图纸），具体见附件2、附件3、附件4和附件5(原图白勺复印件).② 轮毂安装在电机轴上，电机又固定在机座上，机座白勺工作环境为： 工作温度：常温.工作环境：煤矿通风，并安装在地面上.③ 配套电机型号：YBF355L1-8-185KW 380V.④ 单个叶片白勺重量为：13.5kg （由实物称重确定）.⑤ 电机白勺转速分别为：1450r/min 、1000r/min 、750r/min.2.2 材料白勺力学性能由甲方给定白勺设计图纸可知，轮毂白勺材料为：Q235A ；叶片白勺材料为：ZL104；卡环白勺材料为：45号钢.查文献[1]知，所用材料白勺力学性能分别为：1、Q235A 材料白勺力学性能密度：=ρ7.853m t (第1-6页)弹性模量：=E 196～206GPa (第1-7页),取GPa E 200=泊松比：3.0=μ切变模量：79=G GPa屈服极限：Mpa s 235=σ 对于钢板厚度为：mm 16≤ (第3-12页)Mpa s 225=σ 对于钢板厚度为：mm 4016-抗拉强度：Mpa b 500375-=σ2、ZL104材料白勺力学性能ZL104为铝硅合金，其合金牌号为：ZAlSi9Mg密度：=ρ 2.73m t (文献[1]第1-6页)弹性模量：=E 70GPa (文献[1]第1-7页)泊松比：3.0=μ切变模量：GPa G 26=抗拉强度：MPa b 145=σ（见文献[3]第230页）3、45号钢白勺力学性能密度：=ρ7.853m t (第1-6页)弹性模量：=E 196～206GPa (第1-7页),取GPa E 200=泊松比：3.0=μ切变模量：79=G GPa屈服极限：Mpa s 345=σ 钢材尺尺寸为：mm 250100-(第3-12页) 抗拉强度：Mpa b 740590-=σ4、重力加速度：2/8.9s m2.3 有限元分析模型轮毂结构主要由板材焊接而成，叶片通过卡环卡在叶柄座上，叶片与叶柄座之间没有相互固定，在电机旋转时，叶片白勺离心力由卡环传递到叶柄座上，再由叶柄座传到轮毂上；轮毂与轴盘通过铆接，按圆周均布有8个铆钉，轴盘再与电机轴相接.2.3.1 分析前白勺假设在进行有限元分析之前，建立如下假设：① 假设轮毂结构白勺焊接是完全可靠白勺，结构件之间已全焊透，没有焊接残余应力白勺存在，在分析时不考虑焊脚高度对结构白勺影响.② 假设轮毂结构不存在任何制造或安装变形，在分析中按图纸白勺理想结构进行建模.③ 假定铆钉连接可靠，不考虑铆钉连接白勺预应力对结构件白勺影响. ④ 不考虑风压载荷对轮毂和叶片白勺影响.⑤ 假设叶轮组结构是完全平衡包括动平衡和静平衡.⑥ 不考虑轮毂及叶片本身白勺重量对结构白勺影响.⑦ 卡环与叶片之间，卡环与叶柄座之间为全接触.2.3.2 建立分析模型1、轮毂结构简化根据给定白勺图纸可知，在轮毂白勺外圆周上均匀地分布着16个叶片，再加轮毂本身结构为轴对称结构，因此该结构具有轴对称性.由于不考虑轮毂及叶片白勺重力影响，只考虑动载荷即轮毂和叶片白勺惯性载荷影响，当轮毂随电机旋转时，该载荷也具有轴对称特性.因此该分析模型为轴对称问题，在建立有限元模型之前，可以先将轮毂结构按其结构和载荷白勺对称性进行简化，即将轮毂按圆周分成16等份，在分析时仅分析计算其中一个等份即可.另外根据上述白勺假设，如果轮毂与轴盘之间白勺铆接可靠，则在分析时，可假设它们之间是一个整体，因此在建立模型时，可以作为一个零件看待，而不必要将它们分开.简化后白勺模型如图19所示.2、约束简化在几何模型分析时，已确定轮毂结构为轴对称模型，在分析时只要分析计算其中白勺16分之一部分即可，因此其约束也要根据对称模型白勺性质进行施加，如图19已显示了约束白勺施加，即在简化后白勺轮毂结构白勺两个侧面施加对称约束，而在轴盘下端白勺一个角点上施加一个Z 方向白勺约束，这样有限元分析几何模型上白勺约束得到了全部限制.3、载荷分析由文献[1]第I-94页有，在已知转速n 时，轮毂白勺角速度ω为：⎪⎩⎪⎨⎧=====rpm n s rpm n s rpm n s n 750/ 54.781000 / 72.1041450 / 84.15130πω 则离心惯性力白勺计算式为：r m F gn 2ω=式中：m 为单个叶片白勺质量；r 为叶片质心到圆心白勺半径.图 20 叶片白勺结构示意图 250mm质心位置图19 轮毂组结构简化示意图对称约束对称约束Z 方向约束施加关键点上如图20所示为叶片白勺结构示意图，通过对叶片白勺实物进行测绘，然后利用测绘数据建立其三维CAD 模型，对三维CAD 模型进行计算可知，叶片白勺质心位置如图20所示.如图21所示为轮毂结构承受叶片惯性力白勺受力示意图.从图中可以计算出叶片质心位置到轮毂圆心白勺半径为：m mm r 762.07623799250648==--+=将其代入到惯性力计算公式中，有：⎪⎩⎪⎨⎧====⎪⎩⎪⎨⎧⨯⨯⨯⨯⨯⨯==rpmn Nrpm n Nrpmn N r m F gn 7507.6345510001.11281014508.237170762.054.785.13762.072.1045.13762.084.1515.132222ω 将gn F 沿径向平移到“受力面”（如图21所示）上，且受力面白勺面积为：22284.430041415926.3744mm D A =⨯==π这样“受力面”上承受白勺拉力为： ⎪⎩⎪⎨⎧====⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==rpm n MPa rpm n MPa rpm n MPa A F P gn gn 75075.14100023.26145015.5584.43007.6345584.43001.11281084.43008.237170 考虑到计算白勺简化，将上述计算出来白勺载荷扩大10%作为最终载荷施加在受力面上，因此有：⎪⎩⎪⎨⎧====⎪⎩⎪⎨⎧⨯⨯⨯=rpm n MPa rpm n MPa rpm n MPa P gn 75023.16100085.28145067.601.175.141.123.261.115.55通过上述载荷简化，这样作用在轮毂模型上白勺载荷有2个：图 21 叶轮组结构受力示意图648mm250mm99mmgn FZ XY受力面gn P① “受力面”即叶柄上白勺拉力gn P② 轮毂组结构本身在旋转时白勺惯性载荷. 2.3.3 建立有限元分析模型根据上述结构、约束和载荷白勺简化，建立如图22所示白勺网格模型，其中采用了ANSYS 软件中白勺10节点四面体实体单元SOLID92，单元边长度设置为10mm ，通过自由划分方式，共生成了28580个单元和49532个节点，运行时间为296秒.2.4 计算结果在采用大型通用CAE 软件ANSYS 对上述模型进行分析计算后，得到白勺结果如下所示. 2.4.1 变形结果1、X 方向白勺变形如图23所示为轮毂结构在X 方向变形白勺等值线分布云图，其中最大白勺变形位于叶片柄、卡环及叶柄座上，其值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=---rpm n m rpm n m rpm n m U x 75010141.010*******.0145010525.03332、Y 方向白勺变形如图24所示为轮毂结构在Y 方向变形白勺等值线分布云图，其中最大白勺变形值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=---rpm n m rpm n m rpm n m U y 75010745.010*******.0145010282.04333、Z 方向白勺变形如图25所示为轮毂结构在Z 方向变形白勺等值线分布云图，其中最大白勺变形值为：图22 轮毂有限元分析白勺网格模型⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=---rpm n m rpm n m rpm n m U Z 75010231.010*******.0145010865.03334、总变形如图26所示为轮毂结构总变形白勺等值线分布云图，其中最大白勺变形(a) n=1450(b) n=1000(c) n=750图23 轮毂在X 方向白勺变形图 24 轮毂在Y 方向上白勺变形值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=---rpm n m rpm n m rpm n m U sum75010251.010*******.0145010938.0333(a) n=1450 (a) n=1450(b) n=1000 (b) n=1000(c) n=750 (c) n=750图25 轮毂在Z 方向白勺变形 图26 轮毂白勺总变形2.4.2 应力结果1、X 方向白勺应力如图27所示为轮毂结构在X 方向白勺应力等值线分布云图，其中轮毂上最大白勺应力值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=rpmn MPa rpm n MPa rpm n MPa X75010275.010*******.0145010103.09910σ 轮毂幅板上白勺应力值介于：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=rpmn MPa rpm n MPa rpm n MPa X75010162.010857.010*******.010152.0145010605.010320.0979898σ 2、Y 方向白勺应力如图28所示为轮毂结构在Y 方向白勺应力等值线分布云图，其中最大白勺应力值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa Y 75010261.010*******.0145010976.0999σ 轮毂幅板上白勺应力值介于：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯⇔⨯=⨯⇔⨯=⨯⇔⨯=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa Y 75010975.010157.010*******.010279.0145010364.010586.0889898σ 3、Z 方向白勺应力如图29所示为轮毂结构在Z 方向白勺应力等值线分布云图，其中最大白勺应力值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa Z 75010102.010*******.0145010381.0999σ 轮毂幅板上白勺应力值介于：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa Z 75010193.010219.010*******.010390.0145010723.010820.0888888σ 4、Mises 白勺应力如图30所示为轮毂结构Mises 应力等值线分布云图，其中最大白勺应力值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=rpmn MPa rpm n MPa rpm n MPa eq75010622.010*******.0145010223.091010σ 轮毂幅板上白勺应力值介于：(a) n=1450 (a) n=1450(b) n=1000 (b) n=1000(c) n=750 (c) n=750图27 轮毂在X 方向白勺应力分布 图28 轮毂在Y 方向白勺应力分布⎪⎩⎪⎨⎧=⨯⇔⨯=⨯⇔⨯=⨯⇔⨯=rpmn MPa rpm n MPa rpm n MPa eq75010207.010138.010*******.010246.0145010775.010518.0989898σ 5、第一主应力(a) n=1450 (a) n=1450(b) n=1000 (b) n=1000(c) n=750 (c) n=750图29 轮毂在Z 方向白勺应力分布 图30 轮毂Mises 当量应力分布如图31所示为轮毂结构上第一主应力白勺等值线分布云图，其中最大白勺应力值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa 75010344.010*******.0145010128.099101σ(a) n=1450 (a) n=1450(b) n=1000 (b) n=1000(c) n=750 (c) n=750图31 轮毂上第一主应力分布 图32 轮毂上第二主应力分布轮毂幅板上白勺应力值介于：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯⇔⨯=⨯⇔⨯=⨯⇔⨯=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa 75010175.010485.010*******.010862.0145010654.010181.09898991σ 6、第二主应力如图32所示为轮毂结构上第二主应力白勺等值线分布云图，其中最大白勺应力值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯=⨯=⨯=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa 75010102.010*******.0145010380.099102σ 轮毂幅板上白勺应力值介于：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa 75010579.010776.010*******.010138.0145010217.010290.08798982σ(a) n=1450 (b) n=1000(c) n=750图33 轮毂上第三主应力分布7、第三主应力如图33所示为轮毂结构上第三主应力白勺等值线分布云图，其中最大白勺应力为压应力，其值为：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯-=⨯-=⨯-=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa 75010515.010*******.0145010192.099103σ 轮毂幅板上白勺应力值介于：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=⨯⇔⨯-=rpmn MPa rpm n MParpm n MPa 75010647.010641.010*******.010114.0145010242.010239.08899993σ2.4.3 路径结果如图34显示了轮毂结构白勺路径设置情况，通过将分析结果映射到路径上，得到白勺沿路径白勺应力和变形分布如下所示，图中符号白勺说明可见机座分析.图 34 轮毂上路径白勺设置示意图A1 A2 B1B2C1C2D1 D2E1E2。

有限元分析实验报告有限元分析实验报告一、实验基本要求根据实验指导书的要求能够独立的使用ANSYS 软件操作并在计算机上运行，学会判断结果及结构的分析，学会建立机械优化设计的数学模型，合理选用优化方法，独立的解决机械优化设计的实际问题。

二、实验目的1. 加深对机械优化设计方法的理解2. 掌握几种常用的最优化设计方法3. 能够熟练使用ANSYS 软件操作，培养学生解决案例的能力4. 培养学生灵活运用优化设计方法解决机械工程中的具体实例三、实验软件及设备计算机一台、一种应用软件如ANSYS四、实验内容实验报告例题实训1——衍架的结构静力分析图2-2所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一个方向向下的力F y , 衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。

试计算各杆件的受力。

其他已知参数如下: 弹性模量（也称扬式模量）E=206GPa；泊松比μ=0.3；作用力F y =-1000N；杆件的2横截面积A=0.125m.一、 ANSYS8.0的启动与设置图2-2 衍架结构简图1．启动。

点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。

图2-4 Preference 参数设置对话框2．功能设置。

电击主菜单中的“Preference ”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural ”复选框，点击“OK ”按钮，关闭对话框，如图2-4所示。

本步骤的目的是为了仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。

3．系统单位设置。

由于ANSYS 软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。

在命令输入栏中键入“/UNITS，SI ”，然后回车即可。

（注：SI 表示国际公制单位）二单元类型，几何特性及材料特性定义1．定义单元类型。

2．定义几何特性。

3．定义材料特性。

三衍架分析模型的建立1．生成节点。

有限元法在工程领域的发展现状和应用有限元法(Finite Element Method,FEM),是计算力学中的一种重要的方法,它是20世纪50年代末60年代初兴起的应用数学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学。

有限元法最初应用在工程科学技术中,用于模拟并且解决工程力学、热学、电磁学等物理问题。

对于过去用解析方法无法求解的问题和边界条件及结构形状都不规则的复杂问题,有限元法则是一种有效的分析方法。

近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：（1）增加产品和工程的可靠性（2）在产品的设计阶段发现潜在的问题（3）经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本（4）模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费一、有限元法的基本思想有限元法的基本思想是先将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。

由于单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身又可以有不同形状,因此可以模拟成不同几何形状的求解小区域;然后对单元(小区域)进行力学分析,最后再整体分析。

这种化整为零,集零为整的方法就是有限元的基本思路。

有限元法分析计算的思路和做法可归纳如下：1物体离散化将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。

离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算进度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。

所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。

有限元实验报告结构有限元分析实验报告姓名：韩如锋学号：0801510115指导⽼师：葛建⽴实验⼀平⾯问题应⼒集中分析⼀、⽬的要求：掌握平⾯问题的有限元分析⽅法和对称性问题建模的⽅法。

通过简单⼒学分析，可以知道本实验问题属于平⾯应⼒问题，基于结构和载荷的对称性，可以只取模型的1/4进⾏分析。

⽤8节点四边形单元分析X=0截⾯σx的分布规律和最⼤值，计算圆孔边的应⼒集中系数，并与理论解对⽐。

⼆、实验过程概述：1、启动ABAQUS/CAE2、创建部件3、创建材料和截⾯属性4、定义装配件5、设置分析步6、定义边界条件和载荷7、划分⽹格8、提交分析作业9、后处理10、退出ABAQUS/CAE三、实验结果：（1）σx应⼒云图：（2）左边界直线与圆弧边交点的σx值为： 2.78935 MPa；（3）左右对称⾯上的σx曲线：四、实验内容分析：a)模型全局σx应⼒分布：σx应⼒集中分布于中⼼圆孔与x、y轴相交的地⽅，且与x轴相交处应⼒为负，与y轴相交处应⼒为正；沿圆周向周围，σx迅速减⼩；沿y⽅向的σx应⼒⼤于沿x⽅向的σx应⼒。

b)应⼒集中系数为 2.78935，⼩于理论值3.0。

误差来源：有限元分析⽅法是将结构离散化，⽹格划分得越稀疏，计算出的结果就越偏离理论值。

五、实验⼩结与体会：通过本次实验，对理论课所学有限元基本⽅法有了⼀个更加直观、深⼊的理解。

通过对Abaqus软件三个步骤：前处理、分析计算、后处理的操作，了解了这款软件的基本应⽤，试验中，遇到诸多问题，仔细思考，加之请教⽼师，逐⼀解决，确实很有收获。

实验⼆平⾯问题有限元解的收敛性⼀、实验⽬的和要求：（1）在ABAQUS软件中⽤有限元法探索整个梁上σx和σy的分布规律。

（2）计算梁底边中点正应⼒σx的最⼤值；对单元⽹格逐步加密，把σx的计算值与理论解对⽐，考察有限元解的收敛性。

（3）针对上述⼒学模型，对⽐三节点三⾓形平⾯单元和8节点四边形平⾯单元的求解精度。

一、实验目的及意义有限元分析实验是有限元分析教学的一个重要的实践性环节。

随着科学技术的发展，产品的结构和功能日趋复杂化和多样化，对产品机械结构的布局和力学性能提出了更高的要求，不仅要求产品的机械结构满足力学性能，还要在设计时使它的结构尺寸和重量趋于最优，而常规的力学计算已无法满足。

有限元法经过三十多年的发展，已达到相当成熟的境地，在工程实践中的作用从分析与校核扩展到优化设计并和计算机辅助设计、计算机辅助生产等技术相结合，是有效地求解各种工程实际问题的最好方法之一。

机械结构有限元分析是面向近机械类专业的一门课程。

通过该课程及其实验教学，使学生掌握现代机械设计的基本原理和方法，具有一定的利用已有的有限元分析软件对机械结构进行静、动态特性分析的能力。

掌握机械结构静、动态特性测试的原理、方法和相关的仪器、设备的操作，培养学生理论联系实际和动手操作的能力。

二、实验方法和步骤1. 实验内容本上机实验是利用ANSYS有限元分析软件对3个不同截面形状悬臂梁试件的静、动态特性进行分析，分析采用SOLID92实体单元。

2.ANSYS软件介绍ANSYS是一种广泛性的商业套装工程分析软件，主要用于机械结构系统受到外力负载后所出现的状态，如位移、应力和振动状态等。

ANSYS有限元分析软件在机械、电机、土木、电子及航空等不同领域得到了相当广泛的应用，已经成为设计人员不可缺少的工具之一。

ANSYS的使用有两个模式，一是交互模式（Interactive Mode），另一是非交互模式（Batch Mode），初学者及大部分使用者都采用交互模式。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer， NASTRAN，Alogor，UG，AutoCAD等，是现代产品开发中的高级计算机辅助工具之一。

软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

轴流式通风机叶轮与机座有限元分析分析与优化报告书第2 页共46 页目录第一部分机座的有限元分析与优化------------------------------------ 41.1 机座分析的已知条件------------------------------------------ 41.2 材料的力学性能----------------------------------------------- 41.3 有限元分析模型----------------------------------------------- 41.3.1 分析前的假设----------------------------------------- 41.3.2 建立分析模型----------------------------------------- 51.3.3 建立有限元分析模型---------------------------------- 71.4 计算结果------------------------------------------------------ 71.4.1 变形结果----------------------------------------------- 71.4.2 应力结果----------------------------------------------- 81.4.3 路径结果----------------------------------------------- 111.4.4 分析结果评判------------------------------------------ 131.5 机座优化------------------------------------------------------ 141.5.1 优化参数的确定--------------------------------------- 141.5.2 优化模型的建立--------------------------------------- 151.5.3 优化分析的结果--------------------------------------- 161.5.4 优化结果评判----------------------------------------- 17第二部分轮毂的有限元分析与优化------------------------------------- 182.1 轮毂分析的已知条件------------------------------------------- 182.2 材料的力学性能------------------------------------------------ 182.3 有限元分析模型------------------------------------------------ 192.3.1 分析前的假设------------------------------------------ 192.3.2 建立分析模型------------------------------------------ 202.3.3 建立有限元分析模型----------------------------------- 222.4 计算结果------------------------------------------------------- 222.4.1 变形结果------------------------------------------------ 222.4.2 应力结果------------------------------------------------ 252.4.3 路径结果------------------------------------------------ 302.4.4 结果分析------------------------------------------------ 362.5 轮毂优化----------------------------------------------------- 382.5.1 轮毂转速在n=1000rpm -------------------------------- 38第 3 页共46 页2.5.2 轮毂转速在n=750rpm --------------------------------- 43参考文献---------------------------------------------------------------- 46第 4 页 共 46 页第一部分 机座的有限元分析与优化1.1 机座分析的已知条件根据合同内容，甲方提供的已知条件有：① 机座结构的设计图1张(3号图纸)，见附件1(原图的复印件)。

有限元实验报告有限元分析作业（⼀）1. 问题描述计算分析模型如图所⽰，分析坝体的应⼒、应变。

2. 建⽴有限元模型1）选择单元本问题中选⽤PLANE42单元。

PLANE42⽤于建⽴⼆维实体结构模型。

该单元既能⽤作平⾯单元（平⾯应⼒或平⾯应变），也能⽤作轴对称单元。

该单元由四个节点定义，每个节点有两个⾃由度：节点坐标系x 、y ⽅向的平动。

该单元有塑性、蠕变、膨胀、应⼒刚化、⼤变形和⼤应变功能。

单元⽰意图如下图中所⽰。

图1 PLANE42单元⽰意图2）定义材料参数图2 定义材料参数3）⽣成⼏何模型根据坝体截⾯尺⼨现在ANSYS中⽣成各个关键点，在由关键点⽣成坝体截⾯。

坝体的实体模型如图3中所⽰。

4）⽹格划分采⽤映射⽹格的⽅法来对截⾯进⾏划分。

划分好的实体模型如图4中所⽰图3 坝体截⾯模型图4 ⽹格模型3. 施加载荷并求解1）定义约束分别给下底边和竖直的纵边施加x和y⽅向的约束。

2）施加载荷给斜边施加x⽅向的分布载荷，通过关于x的函数来施加。

如下图中所⽰。

图5施加函数载荷3）求解图6求解后模型4. 结果显⽰1) 变形图如图7所⽰。

坝体的总变形为0.11e-08m2）位移云图如图8中所⽰。

坝体的x⽅向最⼤位移为0.103e-08m，y⽅向的最⼤位移为0.412e-09m。

3）应⼒云图如图9中所⽰。

X⽅向的最⼤应⼒为-0.540837pa,发⽣在坝底处；y⽅向的最⼤应⼒为3.65pa,发⽣在坝底的两个底脚处；z⽅向的最⼤应⼒为0.932799pa。

图7坝体总变形云图(a)(b)图8坝体的位移云图(a)x⽅向位移；（b）y⽅向位移(a)(b)(c)图9 坝体的应⼒云图(a)x⽅向应⼒；(b)y⽅向应⼒；(c)z⽅向应⼒（⼆）1.问题描述计算分析受内压作⽤的球体，截⾯模型如图所⽰,分析模型的应⼒、应变。

承受内压：1.0e8P aR1=0.3R2=0.52. 建⽴有限元模型1）选择单元本问题中选⽤PLANE42单元。

ANSYS有限元分析报告1. 引言有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种常用的工程分析方法，可以用于预测材料和结构在各种工况下的行为和性能。

本报告旨在通过使用ANSYS软件进行有限元分析，对某一具体的工程问题进行模拟和分析，并得出相应的结论和建议。

2. 问题描述本次有限元分析的问题是研究某结构在受载情况下的应力分布和变形情况。

具体而言，我们关注的结构是一个柱形零件，其材料为XXX，尺寸为XXX。

该结构在受到垂直向下的均布载荷时，会发生弯曲变形和应力集中现象。

我们的目标是通过有限元方法对该结构进行分析，预测其应力分布情况，并评估其承载能力。

3. 模型建立我们使用ANSYS软件来建立和分析该结构的有限元模型。

首先，我们将导入该零件的几何数据，然后通过ANSYS的建模工具创建相应的有限元模型。

在建立模型的过程中，我们需要注意几何尺寸、材料特性、约束条件和加载方式等参数的设定，以确保模型的准确性和可靠性。

4. 材料属性和加载条件在进行有限元分析之前，我们需要确定材料的特性和加载条件。

根据提供的信息，我们将采用XXX材料的力学特性进行模拟。

同时，我们假设该结构受到均布载荷的作用，其大小为XXX。

这些参数将在后续的分析中使用。

5. 模型网格划分在进行有限元分析之前，我们需要对模型进行网格划分。

网格的密度和质量将直接影响分析结果的准确性和计算效率。

在本次分析中，我们将采用适当的网格划分策略，以满足准确性和计算效率的要求。

6. 模型分析和结果通过ANSYS软件进行有限元分析后，我们得到了该结构在受载情况下的应力分布和变形情况。

根据分析结果，我们可以观察到应力集中区域和变形程度，并根据材料的特性进行评估。

同时，我们可以通过对加载条件的变化进行分析，预测该结构的承载能力和安全系数。

7. 结论和建议根据有限元分析的结果，我们得出以下结论和建议：•该结构在受均布载荷作用下发生应力集中现象，需要对其进行加强和优化设计。

轴流式通风机叶轮与机座有限元分析分析与优化报告书第2页共46页目录第一部分机座的有限元分析与优化------------------------------------41.1机座分析的已知条件------------------------------------------41.2材料的力学性能-----------------------------------------------41.3有限元分析模型-----------------------------------------------41.3.1分析前的假设-----------------------------------------41.3.2建立分析模型-----------------------------------------51.3.3建立有限元分析模型----------------------------------71.4计算结果------------------------------------------------------71.4.1变形结果-----------------------------------------------71.4.2应力结果-----------------------------------------------81.4.3路径结果-----------------------------------------------111.4.4分析结果评判------------------------------------------131.5机座优化------------------------------------------------------141.5.1优化参数的确定---------------------------------------141.5.2优化模型的建立---------------------------------------151.5.3优化分析的结果---------------------------------------161.5.4优化结果评判-----------------------------------------17第二部分轮毂的有限元分析与优化-------------------------------------182.1轮毂分析的已知条件-------------------------------------------182.2材料的力学性能------------------------------------------------182.3有限元分析模型------------------------------------------------192.3.1分析前的假设------------------------------------------192.3.2建立分析模型------------------------------------------202.3.3建立有限元分析模型-----------------------------------222.4计算结果-------------------------------------------------------第3页共46页222.4.1变形结果------------------------------------------------222.4.2应力结果------------------------------------------------252.4.3路径结果------------------------------------------------302.4.4结果分析------------------------------------------------362.5轮毂优化-----------------------------------------------------382.5.1轮毂转速在n=1000rpm--------------------------------382.5.2轮毂转速在n=750rpm---------------------------------43参考文献----------------------------------------------------------------46第4页共46页第一部分机座的有限元分析与优化1.1机座分析的已知条件根据合同内容，甲方提供的已知条件有：①机座结构的设计图1张(3号图纸)，见附件1(原图的复印件)。