带孔平板模型有限元分析

带孔平板模型分析一、问题重述如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。

已知条件：F＝20N/mm，L＝200mm，b＝100mm，圆孔半径r＝20，圆心坐标为（100，50），E＝200Gpa。

板的左端固定。

二、问题分析：从题目中可知这是一个有限元结构分析中的线性静力分析问题，由于只承受薄板长度和宽度方向所构成的平面上的载荷时，厚度方向没有载荷，一般沿厚度方向应力变化可不予考虑，即该问题可转化为平面应力问题。

虽然结构是对称的，但所加载荷不对称，所以不能使用对称模型。

三、问题求解：有限元问题求解一般分为三大步骤：1、建立有限元模型①建立或导入几何模型：结构比较简单，直接在ansys中建模既可。

先建一个长方形然后再中间画一个圆，两者相减即可。

②定义材料属性：主要设置材料的弹性模量以及泊松比：EX=200000，PRXY=0.3。

③划分网格建立有限元模型：网格的划分对结果的影响很大。

在此进行了多种不同方式的网格划分，以便对结果更好的进行分析比较。

单元类型均为PLANE82。

A 采用用户自定义网格尺寸参数，将长方形四条边网格长度都设置为20mm,再进行自由分网。

得到的网格如下图所示。

可以看出这样的网格很不规整，有大有小，有规则的有不规则的。

B 对前一种网格进行了改进，使用映射分网，但由于整个图形不能进行映射分网，所以在建模时将由四个小长方形组成一个大的长方形，中间再减去一个圆。

然后再将这四块用glue命令粘起来。

分网时将四块单独分网，这样就可以使用映射分网。

如下图所示。

可以看出，这样分出来的网格很漂亮，网格大小比较一致，这样求出来的结果更加有信服力。

A 自由划分网格B 映射划分网格2、施加载荷并求解①定义约束：将带孔平板的左侧边线固定，约束线上节点所有自由度。

②施加载荷：在平板右侧施加均匀载荷，1Mpa的拉力。

③设置分析选项并求解：主要求解变形量，应力，以及应变等信息。

3、查看分析结果①查看分析结果：这里主要查看两种网格划分的变形对比分析。

变形量：从图中可以看出，二者的最大的变形量相差不大，因为最大的变形量其实计较小，但是映射分网的结果更加的符合实际情况，更加可信。

A 自由划分网格的变形量B 映射划分网格的变形量等效应力：从图可以看出，最大应力区别还是很大的，位置都在圆顶处，二图中最大与最小相差接近百分之三十，可以看出自由分网的最大应力比较的不可信。

映射分网的网格数比较多，这对其影响还是不小的。

所以在条件许可的情况下尽可能的选择多节点单元，使用映射分网能得到更精确的解，一般情况下增加网格数也能使结果更准确。

A 自由划分网格的等效应力图A 映射划分网格的等效应力图应变：由于二者的变形量不大，可比性很小。

但是映射分网的过渡曲线跟圆滑，线条更美。

A 自由分网的应变图B 映射分网的应变图3、检验分析结果：验证结果是否正确。

①列表显示位移结果数据，因为左侧边上的所有节点已被固定，所以任意节点的位移均应该为零，查看左侧边上的节点位移是否为零可以验证。

②列表显示节点应力值，分析结果与参考数据相吻合，表面ANSYS分析结果可靠。

③列表显示反作用力值，在任何方向上，反作用力总是等于此防线工商的载荷总和。

通过显示反作用力可以检验分析结果是否合理。

以上验证结果都显示此次两种网格划分方法都是可行的，分析结果都是比较可靠的。

四、分析总结熟悉基本的建模操作.掌握定义对称约束和施加均布载荷的操作步骤，可以根据结构及其载荷的分布判断是否可以通过其对称性适当地简化模型。

掌握显示变形图形和应力等值线图的操作，掌握动画显示参数变化的操作步骤，能够显示变形动画；了解基本的验证技巧，特别是通过网格细化并进行结果对比来验证网格密度是否合理。

通过几个实验的比较，网格划分和单元选择对结果的影响非常的大，尤其是对最大等效应力的影响，这就给我们在做类似的实验时提高了依据，要尽可能的选择好的网格，多的单元节点。

还有就是求解问题时要根据实际情况，多多练习，这样才能更好的掌握有限元的精髓。

坝体的有限元建模及应力应变分析一、实验目的：1、掌握ANSYS 软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。

2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。

3、能利用ANSYS 软件对结构进行有限元分析。

二、实验设备：微机，ANSYS 软件。

三、实验内容：计算分析模型如图所示，分析坝体的应力、应变。

四、实验步骤：1 进入ANSYS程序 →ANSYS →change the working directory into yours →input Initial jobname: dam2设置计算类型ANSYS Main Menu : Preferences →select Structural → OK3选择单元类型ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window) → Options… →select K3: Plane Strain →OK →Close (the Element Type window)由于单元类型列表中没有Solid Quad 4node 42此单元类型，所以直接使用命令流：ET,1，424定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural→Linear→Elastic→Isotropic→input EX:2.1e11, PRXY:0.3→OK5生成几何模型✓生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5)→OK✓生成坝体截面ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS→依次连接四个特征点，1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) →OK6网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines:Set →依次拾取两条横边:OK→input NDIV: 15 →Apply→依次拾取两条纵边:OK →input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window)7模型施加约束✓分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement →On lines→pick the lines →OK→select Lab2:UX, UY →OK✓给斜边施加x方向的分布载荷ANSYS 命令菜单栏: Parameters→Functions →Define/Edit→1) 在下方的下拉列表框内选择x ,作为设置的变量；2) 在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：1000*{X}；3) File>Save(文件扩展名：func) →返回：Parameters→Functions →Read from file：将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure →On Lines →拾取斜边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷参数名→OK8 分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK9 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, UX,UY, Def + Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ, Def + Undeformed→OK10 退出系统ANSYS Utility Menu: File→Exit…→Save Everything→OK五、实验总结：1、建模：熟悉基本的建模操作.2、施加载荷和求解：掌握定义对称约束和施加均布载荷的操作步骤，可以根据结构及其载荷的分布判断是否可以通过其对称性适当地简化模型。

3、查看分析结果：掌握显示变形图形和应力等值线图的操作，掌握动画显示参数变化的操作步骤，能够显示变形动画；了解基本的验证技巧，特别是通过网格细化并进行结果对比来验证网格密度是否合理。