有限元分析上机习题

1. ANSYS交互界面环境包含交互界面主窗口和信息输出窗口。

2. 通用后处理器提供的图形显示方式有变形图、等值线图、矢量图、粒子轨迹图以及破裂和压碎图。

3. ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场和耦合场分析于一体的有限元分析软件。

4. 启动ANSYS0.0的程序，进入ANSY交互界面环境，包含主窗口和输出窗口。

5. ANSYS?序主菜单包含有前处理、求解器、通用后处理、时间历程后处理器等主要处理器, 另外还有拓扑优化设计、设计优化、概率设计等专用处理器。

6. 可以图形窗口中的模型进行缩放、移动和视角切换的对话框是图形变换对话框。

7. ANSYS软件默认的视图方位是主视图方向。

8. 在ANSYS^如果不指定工作文件名，则所有文件的文件名均为file 。

9. ANSYS的工作文件名可以是长度不超过64 个字符的字符串，必须以字母开头，可以包含字母、数字、下划线、横线等。

10. ANSYS^用的坐标系有总体坐标系、局部坐标系、工作平面、显示坐标系、节点坐标系、单兀坐标系和结果坐标系。

11. ANSYSi序提供了4个总体坐标系，分别是：总体直角坐标系,固定内部编号为0;』体柱坐标系，固定内部编号为; 总体球坐标系，固定内部编号为2;总体柱坐标系，固定内部编号为5。

12. 局部坐标系的类型分为直角坐标系、柱坐标系、球坐标系和环坐标系。

13. 局部坐标系的编号必须是大于或等于_!1—的整数。

14. 选择菜单路径Utility Menu f WorkPlane—Display Working Plane ，将在图形窗口显示工作平面。

15. 启动ANSYSS入ANSY咬互界面环境，最初的默认激活坐标系（当前坐标系）总是总体直角坐标系。

16. ANSYSS体建模的思路（方法）有两种，分别是自底向上的实体建模和自顶向下的实际建模。

17. 定义单元属性的操作主要包括定义单元类型、定义实常数和定义材料属性等。

有限元课程实训结课上机参考例题题 1：图1所示薄板左边固定，右边受均布压力P=100Kn/m 作用，板厚度为0.3cm ；试采用如下方案，对其进行有限元分析，并对结果进行比较。

(1)三节点三角形单元；（2个和200个单元）(2)四节点矩形单元； （1个和50个单元）(3)八节点等参单元。

（1个和20个单元）图 1 题 2：图2所示为一带圆孔的单位厚度（1M ）的正方形平板，在x 方向作用均布压力0.25Mpa ，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对平板进行有限元分析，并对以下几种计算方案的计算结果进行比较：（1） 分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；（2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算；注：在y 轴上，孔边应力的精确解为：MPa x 75.0-=σ，在x 轴上，孔边应力的精确解为：MPa y 25.0=σ图 2题 3：图3所示为带方孔（边长为80mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）图 3题 4：图4所示为一隧道断面，其内受均布水压力q，外受土壤均布压力p；试采用不同单元计算断面内的位移及应力，并分别分析q=0或p=0时的位移和应力分布情况。

(材料为钢，隧道几何尺寸和压力大小自行确定)图 4题 5：图5所示一简化直齿轮轮齿截面，高h=60mm，齿根宽b=60mm，齿顶宽c=25mm，齿顶作用力P=10Kn；试采用不同单元分析轮齿上位移及应力分布，并只指出最大应力位置。

图 5题 6：图6所示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较：(1)分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；(2)分别采用不同数量的三节点常应变单元计算；(3)当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。

《机械结构有限元分析》课程大作业机械工程学院题目一. 设一平面桁架结构,如图所示1所示，由7根钢管铰接而成，每根钢管长度均为1000mm，桁架两端为固定支承，每根钢管的横载面均为外径150mm，内径110mm。

已知钢管材料的弹性模量E=2.1×105N/mm2,图1许用应力[σ]=180MPa, 载荷F1=30000N, F2=20000N试校核各杆强度。

解：1.操作主菜单中的Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>in Active CS命令，弹出对话框,在“Keypoint number”栏中输入用户自定义的编号，在“X,Y,Z location in actibe CS”栏中输入各点坐标值，每一关键点坐标完成后，点“Apply”命令，所有关键点建立完成后，点击“OK”命令。

1（0,0） 2（500,866） 3（1000,0） 4（1500,866） 5（2000,0）2．创建直线：操作主菜单中的Preprocessor> Modeling>Create>Lines>Straight Line命令，弹出对话框，用光标依次点1，2；2，3；3，1；3,4；4,5；5,3；完成后点“OK”，屏幕上会出现桁架杆图形。

3．定义单元类型操作主菜单中的Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,弹出对话框，点击“Add”，弹出“Library of Element Types”对话框，选“Link-2D spar 1”单元4. 材料性质的选择操作主菜单中的Preprocessor>Material Props>Materia Models, 弹出对话框。

双击Structural>Linear>Elastic>isotropic ，在弹出的对话框中，在EX一栏中输出弹性模量E=2.1×105N/mm2,PRXY为泊松比05 元参数的确定在定义单元类型后，还要输入单元的一些参数。

有限元分析入门实训考题（第1版）李建宇编著天津科技大学机械工程学院2012年4月题目1 选题者：(a) (b) (c)一、题目内容图示平面刚架结构.二、题目要求（1）采用有限元法手工求解；（2）写出完整的求解步骤，包括：a) 离散化：单元编号、节点编号；b) 单元分析：单元刚度矩阵，单元节点等效载荷向量；c) 单元组装：总体刚度矩阵，总体位移向量，总体节点等效载荷； d) 边界条件的引入及总体刚度方程的求解；e) B 点的位移，A 、C 处支撑反力及弯矩图、剪力图和轴力图的计算。

（3）刚度方程的集成与求解可采用Matlab 、Excel 等工具软件辅助完成； （4）利用Ansys 求解，并与手算结果比较.（5）利用A4纸完成题目，打印或手写均可以； （6）简要说明各成员主要负责完成的工作。

一、题目内容图示平面刚架结构。

二、题目要求（1）采用有限元法手工求解；（2）写出完整的求解步骤，包括：a)离散化：单元编号、节点编号；b)单元分析：单元刚度矩阵，单元节点等效载荷向量；c)单元组装：总体刚度矩阵，总体位移向量，总体节点等效载荷；d)边界条件的引入及总体刚度方程的求解；e)B点的位移，A、C处支撑反力及弯矩图、剪力图和轴力图的计算。

（3）刚度方程的集成与求解可采用Matlab、Excel等工具软件辅助完成；（4）利用Ansys求解，并与手算结果比较.（5）利用A4纸完成题目，打印或手写均可以；（6）简要说明各成员主要负责完成的工作。

一、题目内容如图所示的三垮梁，E=30e6 psi，I=305 in4。

（lb,ft,in,psi为英制单位）二、题目要求（1）采用有限元法手工求解；（2）写出完整的求解步骤，包括：a)离散化：单元编号、节点编号；b)单元分析：单元刚度矩阵，单元节点等效载荷向量；c)单元组装：总体刚度矩阵，总体位移向量，总体节点等效载荷；d)边界条件的引入及总体刚度方程的求解；e)求B点的位移，A、C、D、E处支撑反力及弯矩图和剪力图。

有限元分析课上机习题上机习题要求：1）习题1、2为必做题，习题3、4选做其中之一，习题5、6选做其中之一。

2）独立完成4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简要分析，以图表形式分析计算结果。

3）上交分析报告和4个上机题的日志文件（*.log 文件），不要提交.db 文件，日志文件要求清楚、简洁。

习题1：选用Plane82单元分析如图1所描述的水坝受力情况，设坝体材料的平均密度为2g/cm 3，考虑自重影响，材料弹性模量为。

按水坝设计规范，在坝体底部不能出现拉应力。

分析坝底的受力情况，是否符合要求。

建模和分析过程参考上机指南中的Project2。

按以下步骤施加体力：1) 在材料属性中设定密度：ANSYS Main Menu →Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Density →Dens: 2000施加重力载荷：ANSYS Main Menu →Solution →Define Loads →Apply →Structural →Gravity →ACEL Y: 9.8 →OKR1=0.3R2=0.5图1 水坝截面图 图2 受温度载荷的圆筒示意图习题2、如图2所示的短圆筒，内半径为0.3m ，外半径为0.5m ，高度为1m 。

假定圆筒内、外壁温度均为200℃，上端面温度为300℃,下端面绝热，导热系数为40w/mc°，计算圆筒的温度场分布。

建模和分析过程参考上机指南中的Project4。

习题3、由等直杆构成的平面桁架如图3所示，等直杆的截面积为25cm2，弹性模量为E=2.1e5 Mpa，所受的集中力载荷为1.0e8N。

建模过程参考上机指南中的Project5。

分析该桁架的强度是否符合要求，给出约束节点的支反力、杆件受力以及受力节点的位移。

载荷：1.0e8 N图3 超静定桁架图4（a）超静定粱的受力与约束图4（b）粱的截面习题4、矩形截面超静定粱的受力与约束情况如图4（a）所示，截面如图4（b）所示，b=20mm,h=80mm ，材料的弹性模量为Mpa=，泊松比为0.3。

注：题中E表示材料弹性模量，μ表示泊松比，ρ表示密度。

一静力结构分析1 如图1所示为普通订书钉，E=2.1×105MPa，μ=0.3，横截面尺寸为宽B=0.64mm，高H=0.402mm。

当订书钉被压入纸张时，约需要120N的载荷，载荷均匀地分布在订书钉上部。

以下面两种情况进行有限元分析。

（单位：mm）（1）订入时A、B点为铰支条件；（2）订入时A、B点为固定约束。

图1 载荷和尺寸情况2、小型铁路桥由横截面积为3250mm2的钢制杆件组装而成。

一辆火车停在桥上，其载荷施加在桥梁两侧的桁架上，单侧的桁架如图2所示，等效载荷为F1，F2，E=2.1×105MPa，μ=0.3，ρ=7.8×103kg/m3。

试计算位置R处由于载荷作用而沿水平方向移动的距离以及支反力，同时，分析各个节点的位移和非单元应力。

图2 铁路桥单侧桁架及载荷情况3如图3所示，模型参数为：E=3.0×1010Pa，A1=30m，A2=10m，B=80m，t=20m，p=2200Pa。

有关风载的确定，按照海洋井架行业标准，有以下方法：风压（Pa）=0.6115×风速（m/s）×高度系数×形状系数对于一般的海洋井架及建筑物，高度在30m左右，高度系数取为1.1，形状系数取为1.25，风速取为47.8m/s。

换算出来后得到的风压为2200Pa。

图3 高层建筑物及其风载荷4对于含裂纹体的结构及材料，若按照线弹性力学分析，会在裂纹的尖端处产生应力的奇异性，这时需要计算裂纹尖端处的应力强度因子（对于Ⅰ型裂纹，有K1=σ（πa）1/2），并以应力强度因子作为准则来对材料的裂纹是否扩展进行判断。

图4所示为一块矩形平板，其边缘存在长为a的裂纹，板的两端承受拉应作用。

利用结构上下的对成性，取矩形的一半建立有限元模型，完成看一力σ下工作：（1）球裂纹的张角θ（在施加载荷前=0，θ=0）（2）沿直线AO，画出y方向应力σy沿x变化的曲线图。

有限元分析软件ANSYS上机习题姓名郭静班级船海1203班学号 U9目录Project1 简支梁的变形分析 (1)Project2 坝体的有限元建模与受力分析 (3)Project3 受内压作用的球体的应力与变形分析 (5)Project4 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解 (7)Project5 超静定桁架的有限元求解 (9)Project6 超静定梁的有限元求解 (11)Project7 平板的有限元建模与变形分析 (13)Project1 梁的有限元建模与变形分析计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。

NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。

梁承受均布载荷：1.0e5 Pa图1-1梁的计算分析模型梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）：矩形截面：圆截面：工字形截面：B=, H= R= w1=，w2=，w3=,t1=，t2=，t3=进入ANSYS程序→ANSYSED →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window)定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear→Elastic→Isotropic→input EX:, PRXY:→ OK定义截面ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=，H= →Apply →圆截面：ID=2,R= →Apply →工字形截面：ID=3,w1=，w2=，w3=，t1=，t2=，t3=→OK生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入三个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(5,1)→OK生成梁ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →lines →Straight lines →连接两个特征点，1(0,0),2(10,0) →OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Attributes→Picked lines →OK→选择: SECT:1（根据所计算的梁的截面选择编号）；Pick Orientation Keypoint(s):YES →拾取：3#特征点(5,1) →OK→Mesh Tool →Size Controls) lines: Set →Pick All(in Picking Menu) →input NDIV:5→OK (back to Mesh Tool window) → Mesh →Pick All(in Picking Menu) → Close (the Mesh Tool window)模型施加约束最左端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement → On Nodes→pick the node at (0,0) → OK→select UX, UY,UZ,ROTX → OK最右端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement → On Nodes→pick the node at (10,0) → OK→select UY,UZ,ROTX → OK施加y方向的载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure→On Beams→Pick All→VALI:100000 → OK分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window) →Contour Plot→Nodal Solu →select: DOF solution, UY, Def + Undeformed , Rotation, ROTZ ,Def + Undeformed →OK退出系统ANSYS Utility Menu: File→ Exit →Save Everything→OKProject2坝体的有限元建模与应力应变分析计算分析模型如图2-1 所示, 习题文件名: dam。