矩形板静力有限元分析
现代设计方法实验报告
题目_矩形板静力有限元分析____
编号______10、11、12_________
姓名_______杨操__________
班级_______2 班__________
学号_______20092503__________
1.题目概况
矩形板尺寸如下图1，板厚为5mm。材料弹性模量为52
E=?，泊松
210N/mm μ。根据以下情况进行讨论：
比27
.0
=
图1 计算简图
（1）试按下表的载荷约束组合，任选二种进行计算，并分析其位移、应力分布的异同。
（2）如下图，讨论板上开孔、切槽等对于应力分布的影响。
提示：各种圆孔，椭圆孔随大小、形状、数量，分布位置变化引起的应力分布变化；各种形状，大小的切槽及不同位置引起应力分布的变化等，选择二至三种情况讨论，并思考其与机械零部件的构型的相对应关系。
图2 开孔/切槽示例
1.1基本数据
对第（1）题中矩形板按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析；
对第（2）题矩形板开槽情况按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析；对第（2）题矩形板开槽位置不同的情况按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析；
对第（2）题矩形板开槽形状的不同按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析。
1.2 分析任务/分析工况
由于矩形板的板厚远小于长宽，且沿薄板周围边界承受着平行于薄板平面并沿厚度均匀分布的外力，因此该问题属于平面应力问题。
2.模型建立
2.1单元选择及其分析
在进行有限元分析时，应根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题精度等要求，选择适合暗送秋波分析的单元类型，本次上机实验选择四节点四
边形板单元PLANE 42。实验对象为带厚度的平面应力，因此应设置单元行为方式为Plane strs w/thk,并设置厚度时常数为5。
PLANE 42是二维结构单元，可用于平面应力、平面应变和轴对称问题分析、单元包括四个结点，每个节点两个自由度（即在X 和Y 方向的移动：UX ，UY ），其几何结构、节点和坐标系如图3所示。PLANE 42输入数据包括:节点位置、厚度和材料属性等，输出数据包括各节点位移、各方向应力应变和等效应力等。 2.2模型建立及网格划分
进入ANSYS 前处理，设置完单元类型、时常数和材料属性完成后，在Modeling 模块中建立分析模型，然后借助Meshing 模块划分网格，再用Solution 模块定义边界条件并求解。
为分析没开槽、开槽位置、形状对应力分布的影响，本报告中选取宽20mm 和深度20mm 的槽、槽宽和深度相同但位置不同的槽、位置相同但为直径40mm 的半圆槽。对这三种情况进行分析，其模型和网格如图4—图7所示。
图4 结构一模型及网格
X
Y Z
SEP 30 2006
19:19:56
SEP 30 2006
X
Y Z
图5 结构二模型及网格
图6 结构二模型及网格
图7 结构二模型及网格
2.3 载荷及约束处理
由题可知，cd 边作用有F=1000N 的集中载荷，按照有限元离散化思想，单元之间只在节点产生联系，因此作用在结构上的约束转化到节点上，即：cd 点简支转化为c 点X 向和Y 向灵位移约束（如图8—11中（a ）所示）；ab 点简支转化为a 点X 向和Y 向约束零位移约束，b 点转化为Y 向零位移约束（如图8—图11中（b ）所示）；ac 边固定转化为ac 边上的节点X 向和Y 向零位移约束（如图8—图11中（c ）所示）。
X
Y Z
SEP 30 2006
19:38:33
SEP 30 2006
19:39:57
X
Y Z
SEP 30 2006
20:15:41
SEP 30 2006
20:22:06
SEP 30 2006
19:24:05
SEP 30 2006
19:25:12
（a）cd点简支（b）ab点简支
（c）ac边固定
图8 结构一边界条件
（a）cd 边简支(c) ab边简支
（c）ac边固定
图9 结构二边界条件（开槽位置不同）
（a ）cd 边简支
（b ）ab 简支
（c ）ac 边固定
图 10 结构二边界条件
（a ）cd 边简支 （b ）ab 边简支
SEP 30 2006
19:41:06
SEP 30 2006
19:41:52
SEP 30 2006
20:19:29
SEP 30 2006
20:23:01
（c）ac边固定
图11 结构二边界条件（半圆槽）
3.计算分析
3.1 位移分布及其分析
图12—图15给出了结构一和结构二在3种边界条件下的位移云图。对于简支梁，cd点约束和ab点约束下的位移分布几乎成对称状态；而悬臂梁位移较大，且分布云图呈同心圆状态。
（a）cd边简支（b）ab边简支
（c ）ac 边固定 图12 结构一位移云图
（a ）cd 边简支 （b ）ab 边简支
（c ）ac 边固定
图13结构二位移云图（槽位置的不同）
SEP 30 2006
20:01:51
SEP 30 2006
20:06:55
（a ）cd 边简支 （b ）ab 边简支
（c ）ac 边固定
图14 结构二位移云图
（a ）cd 边简支 （b ）ab 边简支
SEP 30 2006
SEP 30 2006
20:20:35
SEP 30 2006
20:24:06
SEP 30 2006
（c）ac边固定
图15 结构二位移云图（槽形状不同）
结构一和结构二中不同情况下的最大位移比较如表1：
表 1
3.2 应力分布及其分析
图16—图19给出了结构一和结构二在3种边界条件下的等效下的等效应力云图，对于简支梁，cd点约束和ab点约束下的等效应力分布几乎成对称状态，且在位移约束处有较大应力集中，在板的中间部分和未约束的两个顶点的应力较小；对于悬臂梁，在固定边的两个边界上和受到集中力作用的周围有较大应力集中，其他地方的应力较小。
（a）cd边简支（b）ab边简支
（c）ac边固定
图16 结构一位移云图
（a）cd边简支（b）ab边简支
（c）ac边固定
图17 结构二位移云图（槽位置不同）
（a ）cd 边简支 （b ）ab 边简支
（c ）ac 边固定
图18 结构二位移云图
（a ）cd 边简支 （b ）ab 边简支
SEP 30 2006
20:01:08
SEP 30 2006
20:07:23
SEP 30 2006
SEP 30 2006
20:21:02
SEP 30 2006
20:23:42
SEP 30 2006
（c）ac边固定
图19 结构二位移云图（槽形状不同）
结构一和结构二在3种边界条件下的最大等效应力对比见表2，在载荷和约束不变的情况下，由于在位移约束处存在应力集中，因此槽对板的最大等效应力影响较小。
5．心得体会
通过几周的ansys学习，虽然时间很短，但是在老师和学长的指导和帮助下，我们顺利地完成了关于矩形板的静力有限元分析，并且成功地形成了实质性的实验报告。在这个短暂的摸索和学习过程中，有困难，有疑惑，但是得到最多的还是学习上的收获。
首先，ansys是一款英文版的软件，对于英语较差的我，确实是一个很大的挑战。但是在学长耐心的讲解下，让我们一步步的在学习中前进，做到了初步掌握ansys的用途和使用方法。
其次，在有限元分析的过程中，工况的分析、单元的选择、网格的划分、模型的建立等，让我知道了怎么任务中的工况、怎样选择单元及为什么选择这个单元和网格的划分方法，还有面与面之间的简单加减等。
再次，我还学会了怎样加边界约束条件，掌握了加分布载荷和集中载荷的方法，知道计算结果的查看路径及位移和应力云图的识别。
最后还了解到了在使用ansys中的一些小技巧。比如反色、查看节点数、云图颜色的修改等。
在此，我非常感谢学校为我们开设一门如此重要和有趣的实验课，也非常感谢林老师及其弟子对我们的指导和帮助。
有限元非线性计算特点
有限元非线性计算特点 文章通过几个典型的工程计算模型，分析比较有限元线性与非线性计算结果，阐释了有限元非线性计算的特点及优点。 标签：工程计算；线性；非线性 1 引言 有限元单元法已成为强有力的数值解法来解决工程中遇到的大量问题，其应用范围从固体到流体，从静力到动力，从力学问题到非力学问题，有限元的线性分析已被广泛采用。但对于许多航空工程中遇到的问题，如进气道等，仅仅采用线性求解是不真实的，而采用非线性计算将更符号实际情况。本文借助MSC/NASTRAN有限元分析程序，对于典型的工程计算模型分析比较线性与非线性计算结果，从而给出非线性计算相对于线性计算的优点及特点。 2 有限元非线性计算的特点及优点 为了明确有限元非线性计算结果与线性计算结果的差异，更好的展现有限元非线性计算的特点，本节将借助于有限元分析软件MSC/NASTRAN，对一受外载的矩形薄板根据不同的边界条件，进行非线性及线性静力分析，通过分析比较计算结果，说明有限元非线性静力计算中的一些特点。 2.1 非线性与线性计算结果随载荷的变化 首先，给出薄板尺寸、载荷。 模型尺寸：薄板尺寸为500×500×1.5mm。 载荷：受法向气动压力（pressure），气动压力由小到大变化依次为0.01MPa、0.02MPa、0.04MPa、0.08MPa、0.16MPa。 取薄板中央节点位移、应力及薄板边缘中部节点位移，比较线性计算结果和非线性计算结果。在分别进行有限元线性及非线性分析后，给出位移、应力及支反力结果随载荷的变化曲线。图1、图3、图5分别为采用限元线性计算得到的参考点的位移、应力及支反力变化曲线；图2、图4、图6分别为采用有限元非线性计算得到的参考点的位移、应力及支反力变化曲线。 由圖1、3、5可见，采用线性静力分析后，参考点位移、应力、支反力均随载荷增加而线性增大，位移、应力、支反力与载荷呈明显的线性关系，这是线性静力分析的特点。对于本例，可以预言，在其它条件不变的情况下，计算出一套载荷下的结果，就可以按照线性关系求出压力载荷下的位移、应力及支反力结果。
矩形板静力有限元分析
现代设计方法实验报告 题目_矩形板静力有限元分析____ 编号______10、11、12_________ 姓名_______杨操__________ 班级_______2 班__________ 学号_______20092503__________
1.题目概况 矩形板尺寸如下图1，板厚为5mm。材料弹性模量为52 E=?，泊松 210N/mm μ。根据以下情况进行讨论： 比27 .0 = 图1 计算简图 （1）试按下表的载荷约束组合，任选二种进行计算，并分析其位移、应力分布的异同。 （2）如下图，讨论板上开孔、切槽等对于应力分布的影响。 提示：各种圆孔，椭圆孔随大小、形状、数量，分布位置变化引起的应力分布变化；各种形状，大小的切槽及不同位置引起应力分布的变化等，选择二至三种情况讨论，并思考其与机械零部件的构型的相对应关系。
图2 开孔/切槽示例 1.1基本数据 对第（1）题中矩形板按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析； 对第（2）题矩形板开槽情况按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析；对第（2）题矩形板开槽位置不同的情况按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析； 对第（2）题矩形板开槽形状的不同按照三种边界约束条件分别进行位移、应力分析。 1.2 分析任务/分析工况 由于矩形板的板厚远小于长宽，且沿薄板周围边界承受着平行于薄板平面并沿厚度均匀分布的外力，因此该问题属于平面应力问题。 2.模型建立 2.1单元选择及其分析 在进行有限元分析时，应根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题精度等要求，选择适合暗送秋波分析的单元类型，本次上机实验选择四节点四
ANSYS 有限元分析 平面薄板
《有限元基础教程》作业二：平面薄板的有限元分析 班级：机自101202班 姓名：韩晓峰 学号：201012030210 一．问题描述： P P h1mm R1mm 10m m 10mm 条件：上图所示为一个承受拉伸的正方形板，长度和宽度均为10mm ，厚度为h 为1mm ，中心圆的半径R 为1mm 。已知材料属性为弹性模量E=1MPa ，泊松比为0.3，拉伸的均布载荷 q ＝1N/mm 2。根据平板结构的对称性，只需分析其中的二分之一即可，简化模型如上右图所 示。 二．求解过程： 1 进入ANSYS 程序 →ANSYS 10.0→ANSYS Product Launcher →File management →input job name: ZY2→Run 2设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 3选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK → Options… →select K3: Plane Strs w/thk →OK →Close 4定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 1e6, PRXY:0.3 → OK 5定义实常数以及确定平面问题的厚度 A NSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants …→Add/Edit/Delete →Add →Type 1→OK →Real Constant Set No.1,THK:1→OK →Close 6生成几何模型 a 生成平面方板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By 2 Corners →WP X:0,WP Y:0,Width:5,Height:5→OK b 生成圆孔平面 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Circle →Solid Circle →WPX=0,WPY=0,RADIUS=1→OK b 生成带孔板 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans → Subtract →Areas →点击area1→OK →点击area2→OK 7 网格划分 A NSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) Global: Set →SIZE: 0.5 →OK →iMesh →Pick All → Close
结构静力分析
第一章结构静力分析 1．1 结构分析概述 结构分析的定义：结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身等；同时还包括机械零部件，如活塞，传动轴等等。 在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。 静力分析---用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。 模态分析---用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析---用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析---是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。 曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS可进行线性（特征值）和非线性曲屈分析。 显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的分析应用： ●断裂力学 ●复合材料 ●疲劳分析 ●p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分析，单元型 从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元。 1．2 结构线性静力分析 静力分析的定义 静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷）。 静力分析中的载荷 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括： ●外部施加的作用力和压力 ●稳态的惯性力（如中力和离心力） ●位移载荷 ●温度载荷 线性静力分析和非线性静力分析 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形，塑性，蠕变，应力刚化，接触（间隙）单元，超弹性单元等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在下一节中介绍。
过盈配合的有限元分析
过盈配合的有限元分析 工程力学系 张晨朝 20803001
过盈配合的有限元分析 摘要: 在工程应用中,利用接触有限元法建立了内轴与外套过盈配合的有限元力学模型来判断结构设计是否符合要求。针对内轴和外套的过盈配合状态，采用大型通用有限元ANSYS 软件对组合模具进行了有限元分析, 得出了内轴与外套在过盈配合状态下的应力分布规律及接触面压力分布状况, 找到了应力集中位置和大小。结论表明结构配合尺寸设计没有使结构产生变形, 该结构完全符合产品的设计要求。 关键词: 过盈配合; ANSYS Abstract: In the project application, in order to judge whether the structural design meets the requirement, the finite element and mechanical model of the interference joint between inside lining and outside wrap is established by used contact -finite- element methods. Aimed at condition of the interference joint between inside lining and outside wrap, we carry on the finite element analysis based on ANSYS and attain the stress distribution in interference joint; the pressure distribution in contact face and the location and the size of stress concentration. It is concluded that the structure interference joint size of combined die do not make the mold have distortion and the combined die completely meets the product design requirement. Key words: interference joint; ANSYS 1 引言 过盈配合[1]是机械工业中一种常见的零部件组装方式,齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。在工作外载荷作用下,能产生足够的摩擦力,以保证配合件之间不发生任何相对的滑动,同时接触应力又不过大,装配件能正常工作。因此,研究配合面之间的接触应力分布规律是十分重要的。机械设备中常用到轴与孔的配合[2]，为保护机体(如机架、箱体等)在设备运转中不受磨损,通常压装轴套,由轴套与轴配合。设备运转[3]一定周期轴套磨损后更换轴套即可恢复轴孔原尺寸。轴套的外径与机体通常采用静配合,而轴套内径则与轴保持不同精度的动配合。在机械设计中一般都只标出轴套内外径的尺寸及公差,以此来保证装配后形成要求的配合。由于轴套与机体[4]采用过盈配合,其过盈量(D)形成轴套与机体的装配应力,在这种装配应力的作用下,轴套内径将产生一定的收缩量(△),显然,轴套的收缩量(△)与轴套压入机体时的过盈量(D)密切相关,也与轴套和机体的几何尺寸,即两者的壁厚系数及各自材料性能相关。由于轴套的内孔收缩改变了原来的尺寸,也就改变了内孔与轴的配合关系,以致达不到原来的设计要求,容易出现间隙过小,有时甚至试车温度升高而抱轴,严重时会出现轴孔小于轴而不能装配的现象。 2 轴套装配收缩量的理论计算 工程力学中, 一般将外径与内径之比值之大于1.1的圆筒视为厚壁圆筒, 其比值为壁厚系数。在机械零件中,前述机体件之比值分布在1.1～1.5,均属厚壁圆筒,轴套类零件之比值大致分布在1.05～1.35之间。据此,可将轴套压入机体形成的结构简化为两端开口的厚壁圆筒中过盈配合组合圆筒问题。 将铜套镶入座孔在机械装配中经常遇到。过盈配合的铜套直接按图纸加工镶入座孔时,铜套对座孔为过盈配合,常温下压入或打入,内孔就收缩,改变了原来间隙配合的性质,只能重新铰孔或镗孔,才能达到孔尺寸公差要求。为保证套孔和轴的间隙配合,其内孔尺寸公差确定至关重要。 2.1 计算原理 过盈配合的铜套内径加工尺寸的计算[5]依据有四点: (1) 铜套在常温下镶入座孔后,其金属密度变化不大,可以略去不计。
实验一梁结构静力有限元分析(精)
实验一 梁结构静力有限元分析 一、实验目的： 1、 加深有限元理论关于网格划分概念、划分原则等的理解。 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 软件对梁结构进行静力有限元分析。 二、实验设备： 微机，ANSYS 软件（教学版）。 三、实验内容： 利用ANSYS 软件对图示由工字钢组成的梁结构进行静力学分析，以获得其应力分布情况。 A-A B-B 四、实验步骤： 1、建立有限元模型： (1) 建立工作文件夹： 在运行ANSYS 之前，在默认工作目录下建立一个文件夹，名称为beam ，在随后的分析过程中所生成的所有文件都将保存在这个文件夹中。 启动ANSYS 后，使用菜单“File ”——“Change Directory …”将工作目录指向beam 文件夹；使用“Change Jobname …”输入beam 为初始文件名，使分析过程中生成的文件均以beam 为前缀。 选择结构分析，操作如下： GUI: Main Menu > Preferences > Structural (2) 选择单元： 操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Structural Beam >3D 3 node 189 然后关闭Element Types 对话框。 (3) 定义材料属性： 定义弹性模量和泊松比，操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > linear > Elastic > Isotropic 在弹出的对话框中输入材料参数： 杨氏模量(EX)： 2.06e11 泊松比(PRXY)： 0.3 (4) 定义梁的截面类型和尺寸： 操作如下： GUI: Main Menu > Preprocessor > Sections > Beam > Common Sections 选择“工”字型，W1=W2=0.4,W3=0.6,t1=t2=t3=0.015 (5)创建实体模型： F=10000N 6m 6m A A B B
ANSYS进行有限元静力学分析
一、设计大纲概述 1、设计目的 （1）熟悉有限元分析的基本原理和基本方法； （2）掌握有限元软件ANSYS的基本操作； （3）对有限元分析结果进行正确评价。 2、设计原理 利用ANSYS进行有限元静力学分析。 3、设计仪器设备 1）安装windows 2000以上版本的微机； 2）ANSYS 8.0以上版本软件。 4、实验内容与步骤 1）熟悉ANSYS的界面和分析步骤； 2）掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置； 3）掌握ANSYS求解和后处理的一般方法； 4）实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。 二、题目： 如图试样期尺寸为100mm*5mm*5mm,下端固定，上端受拉 力10000N作用。已知该试样材料的应力-应变曲线如图 所示。计算试样的位移分布。
三、分析步骤： 分析：从应力-应变关系可以看出该材料的屈服极限是225MPa 左右，弹性部分曲线的斜率为常数75GPa。之后材料进入塑性变形阶段，应力-应变关系为非线性的。估计本题应力10000/（0.05*.005）=400MPa,因此材料屈服进入塑性，必须考虑材料非线性影响。 （1）建立关键点。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In ActiveCS，建立两个关键点（0，0，0）和（0，100， 0）。 （2）建立直线。单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Staight Line,在关键点1、2之间建立直线。 （3）定义单元类型。单击菜单Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete, 定义单元Structural>Link>2D spar1(LINK1) （4）定义单元常数。单击菜单Main Menu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete, 在弹出的Real Constants for LINK1对话框中，输入 如下的单元几何参数：截面面积AREA=25 出始应 变=0
有限元分析软件及应用
3.5 ANSYS软件加载、求解、后处理技术 3.5.1 ANSYS 3.5.1 ANSYS 荷载概述荷载概述 在这一节中将讨论: 有限元分析软件及应用 8 有限元分析软件及应用 8 A. 载荷分类 3.5 ANSYS 软件加载、求解、后处理技术 3.5 ANSYS 软件加载、求解、后处理技术 B. 加载 C. 节点坐标系 D. 校验载荷 孙瑛 孙瑛 E. 删除载荷 哈哈尔尔滨滨工工业业大学空大学空间结间结构研构研究中心究中心 2010秋 2010秋 SSRC SSRC 1/ 76 S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A
理技术 A. 载荷分类 B. 加载 A. 载荷分类 B. 加载 ANSYS中的载荷可分为: 可在实体模型或 FEA 模型节点和单元上加载自由度DOF - 定义节点的自由度( DOF )值结构分析_ 沿单元边界均布的压力 沿线均布的压力 位移集中载荷 - 点载荷结构分析_力面载荷 - 作用在表面的分布载荷结构分析_压力 在关键点处 在节点处约 约束体积载荷 - 作用在体积或场域内热分析_ 体积膨胀、内生 束 成热、电磁分析_ magnetic current density等实体模型 FEA 模型惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷重力、角速度等 在关键点加集中力在节点加集中力 SSR SSRC C SSR SSRC C 2/ 76 3/ 76 S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A
齿轮轴的静力学有限元分析.
课程论文封面 课程名称：结构分析的计算机方法 论文题目：齿轮轴3的静力学有限元分析学生学号： 学生姓名： 任课教师： 学位类别：学硕
目录 1. HyperMesh软件介绍 (1) 1.1 HyperMesh简介 (1) 1.2 HyperMesh的优势 (1) 2. 齿轮轴3的理论分析 (2) 2.1 齿轮轴3的平面简图 (2) 2.2 齿轮轴3的受力分析 (2) 3. 齿轮轴3的三维建模 (4) 3.1 插入斜齿轮 (4) 3.2 绘制轴的三维模型 (5) 4.齿轮轴3的有限元分析 (7) 4.1 几何模型的编辑 (7) 4.2 网格划分 (12) 4.3 材料属性和单元属性的创建 (19) 4.4 施加约束和载荷 (21) 4.5 求解计算和结果分析 (25)
1. HyperMesh软件介绍 1.1 HyperMesh简介 HyperMesh 是一个高质量高效率的有限元前处理器，它提供了高度交互的可视化环境帮助用户建立产品的有限元模型。其开放的架构提供了最广泛的CAD 、CAE 和CFD 软件接口，并且支持用户自定义，从而可以与任何仿真环境无缝集成。HyperMesh 强大的几何清理功能可以用于修正几何模型中的错误，修改几何模型，从而提升建模效率;高质量高效率的网格划分技术可以完成全面的杆梁、板壳、四面体和六面体网格的自动和半自动划分，大大简化了对复杂儿何进行仿真建模的过程:先进的网格变形技术允许用户直接更改现有网格，实现新的设计，无需重构几何模型，提高设计开发效率:功能强大的模型树视图能轻松应对各种大模型的要素显示和分级管理需要，特别适合复杂机械装备的整体精细化建模。HyperMesh 的这些特点，大大提高了CAE 建模的效率和质量，允许工程师把主要精力放在后续的对产品本身性能的研究和改进上，从而大大缩短整个设计周期。 HyperMesh 直接支持目前全球通用的各类主流的三维CAD 平台，用户可以直接读取CAD 模型文件而不需要任何其他数据转换，从而尽可能避免数据丢失或者几何缺陷。HyperMesh 与主流的有限元计算软件都有接口，如Nastran 、Fluent 、ANSYS 和ABAQUS 等，可以在高质量的网格模型基础上为各种有限元求解器生成输入文件，或者读取不同求解器的结果文件。 1.2 HyperMesh的优势 1 .强大的有限元分析建模企业级解决方案 ●通过其广泛的CAD!CAE 接U 能力以及可编程、开放式构架的用户定制接 口能力，HyperMesh 可以在任意工作领域与其他工程程软件进行无缝连接工作。 ●HyperMesh 为用户提供了一个强大的、通用的企业级有限元分析建模平台， 帮助用户降低在建模工具上的投资及培训费用。 2. 无与伦比的网格划分技术一一质量与效率导向 ●依靠全面的梁杆、板壳单元、四面体或六面体单元的自动网格划分或半自动 网格划分能力，HyperMesh 大大降低了复杂有限元模型前处理的工作量。 3. 通过批量处理网恪划分( Batch Mesher ) 及自动化组装功能提高用户效率 ●批处理网格生成技术无需用户进行常规的手工几何清理及网格划分工作，从 而加速了模型的处理工作。 ●高度自动化的模型管理能力，包括模型快速组装以及针对螺栓、定位焊、粘 接和缝焊的连接管理。 4. 交互式的网格变形、自定义设计变量定义功能 ●HyperMesh 提供的网格变形工具可以帮助用户重新修改原有网格即可自动 生成新的有限元模型。 5. 提供了由CAE 向CAD 的逆向接口 ●HyperMesh 为用户提供了由有限元模型生成几何模型的功能。
薄板的小挠度弯曲问题
第十二章薄板的小挠度弯曲问题知识点 薄板的基本概念 薄板的位移与应变分量 薄板广义力 薄板小挠度弯曲问题基本方程薄板自由边界条件的简化 薄板的莱维解 矩形简支薄板的挠度基尔霍夫假设 薄板应力 广义位移与薄板的平衡 薄板的典型边界条件 薄板自由边界角点边界条件挠度函数的分解 一、内容介绍 薄板是工程结构中的一种常用构件，它是由两个平行面和垂直于它们的柱面所围成的物体，几何特征是其高度远小于底面尺寸，简称板。薄板的弯曲变形属于弹性力学空间问题，由于数学求解的复杂性，因此，需要首先建立应力和变形分布的基本假设。 根据薄板的外载荷和几何特征，外力为横向载荷，厚度远小于薄板的平面宽度，可以忽略一些次要因素，引入一些基本变形假设，抽象建立薄板弯曲的力学模型。薄板的小挠度弯曲理论是由基尔霍夫基本假设作为基础的。 根据基尔霍夫假设，采用位移解法，就是以挠度函数作为基本未知量求解。因此，首先将薄板的应力、应变和内力用挠度函数表达。然后根据薄板单元体的平衡，建立挠度函数表达到平衡方程。 对于薄板问题，边界条件的处理与弹性力学平面等问题有所不同，典型形式有几何边界、混合边界和面力边界条件。 二、重点 1、基尔霍夫假设； 2、薄板的应力、广义力和广义位移； 3、薄板小 挠度弯曲问题的基本方程；4、薄板的典型边界条件及其简化。 §12.1 薄板的基本概念和基本假设
学习要点: 本节讨论薄板的基本概念和基本假设。 薄板主要几何特征是板的中面和厚度。首先，根据几何尺寸，定义薄板为0.5≤δ/b≥1/80，并且挠度小于厚度的五分之一，属于小挠度问题。对于小挠度薄板，在横向载荷作用下，将主要产生弯曲变形。 根据薄板的外载荷和几何特征，外力为横向载荷，厚度远小于薄板的平面宽度，可以忽略一些次要因素，引入一些基本变形假设，抽象建立薄板弯曲的力学模型。 薄板的小挠度弯曲理论是由三个基本假设作为基础的，因为这些基本假设是由基尔霍夫首先提出的，因此又称为基尔霍夫假设。 根据上述假设建立的薄板小挠度弯曲理论是弹性力学的经典理论，长期应用于工程问题的分析。实践证明是完全正确的。 学习思路： 1、薄板基本概念； 2、基尔霍夫假设 1、薄板基本概念 薄板是工程结构中的一种常用构件，它是由两个平行面和垂直于它们的柱面所围成的物体，几何特征是其高度远小于底面尺寸，简称板 薄板的弯曲变形属于弹性力学空间问题，由于数学求解的复杂性，因此，需要首先建立应力和变形分布的基本假设。 薄板的上下两个平行面称为板面，垂直于平行面的柱面称为板边，如图所示。两个平行面之间的距离称为板厚，用δ 表示。平分板厚的平面称为板的中面。 设薄板宽度为a、b，假如板的最小特征尺寸为b，如果δ/b≥1/5，称为厚板；
带孔板的建模及有限元分析Word版
基于SolidWorks带孔板的建模及有限元分析 李军 摘要：利用SolidWorks对带孔矩形板进行虚拟建模，通过赋予板材材质、载荷后进行网格划分，进而进行有限元分析，得出其应力、应变和位移的分布图，并对结果进行分析研究对板材安全性的影响。 关键词：SolidWorks；带孔板；建模；有限元分析 0 SolidWorks简介 Solidworks是一款优秀的三维设计软件，具有十分强大的零件设计功能及装配模块，同时也拥有丰富的后置处理模块。由于其功能强大，新手上手快，应用领域广，所以成为了主流的三维造型软件。经过17年的发展，在全球已经拥有30多万的客户，最新版本为SolidWorks 2011版。在中国SolidWorks在计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助制造、计算机辅助工艺、数据管理等方面为企业提供了强大的动力，使企业在管理、设计和制造方面有了很大的提升。 1 带孔板的模型建立 矩形板材的尺寸为300*180*10mm，孔位于中心，直径为50mm，模型如图1。 图1 带孔矩形板模型 2前置处理 2.1在Command Manager中点击SIMULATION选项，建立新算例，名称默认，确认。 2.2赋予板材材料属性 材料为AISI304，材料属性如表1
表1 材料的属性 模型参考属性零部件 名称:AISI 304 模型类型:线性弹性同向性 默认失败准则:最大von Mises 应力屈服强度: 2.06807e+008 N/m^2 张力强度: 5.17017e+008 N/m^2 弹性模量: 1.9e+011 N/m^2 泊松比:0.29 质量密度:8000 kg/m^3 抗剪模量:7.5e+010 N/m^2 热扩张系数: 1.8e-005 /Kelvin SolidBody 1(凸台-拉伸1)(aisi304带孔矩形钢板静力分析) 曲线数据:N/A 2.3网格生成 在SIMULATION选项中选择“运行”中的“生成网格”，使用默认网格划分。网格 信息如表2，网格信息细节如表3，网格划分后的模型如图2。 表2 网格信息 网格类型实体网格 所用网格器: 基于曲率的网格 雅可比点 4 点 最大单元大小7.44196 mm 最小单元大小7.44196 mm 网格品质高 表3 网格信息细节 节点总数23523 单元总数13612 最大高宽比例 3.9347 单元(%)，其高宽比例< 3 99.7 单元(%)，其高宽比例> 10 0 扭曲单元(雅可比)的% 0 完成网格的时间(时;分;秒): 00:00:03 计算机名: PC-201009062016
有限元分析的典型应用领域
有限元分析的典型应用领域 6-4：对该问题进行有限元分析的过程如下。 (1)进入ANSYS（设定工作目录和工作文件） 程序→ANSYS→ANSYS Interactive →Working directory（设置工作目录）→Initial jobname（设置工作文件名）：Press →Run →OK (2)设置分析特性 ANSYSMain Menu：Preferences…→Structural →OK (3)定义单元类型 ANSYSMain Menu：Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete... →Add…→Solid: Quad 4node 42 →OK（返回到Element Types窗口）→Options…→K3：Plane Strs w/thk（带厚度的平面应力问题）→OK →Close (4)定义材料参数 ANSYSMain Menu：Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic：EX：2.1e11（弹性模量），PRXY：0.3（泊松比）→OK →点击该窗口右上角的“×”来关闭该窗口 (5)定义实常数以确定平面问题的厚度 ANSYSMain Menu：Preprocessor →Real Constants…→Add/Edit/Delete →Add →Type 1 PLANE42 →OK →Real Constant Set No：1（第1号实常数），THK：3.4（平面问题的厚度）→OK →Close （6）生成几何模型 生成上拱形梁 ANSYSMain Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints→In Active CS →NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：-4.5，8.5→Apply →同样输入后5个特征点坐标（坐标分别为（-2.25，8.5），（2.25，8.5），（4.5，8.5），（0，13），（0，10.75））→OK →Lines →Lines →Straight Line 用鼠标分别连接特征点1，2和3，4生成直线→OK→Arcs →By End KPs & Rad →用鼠标点击特征点2，3 →OK →用鼠标点击特征点6 →OK →RAD Radius of the arc：2.25→Apply （出现Warning对话框，点Close关闭）→用鼠标点击特征点1，4 →OK →用鼠标点击特征点5 →OK →RAD Radius of the arc：4.5→OK（出现Warning对话框，点Close关闭）→Areas →Arbitrary →By Lines →用鼠标点击刚生成的线→OK 生成下拱形梁 ANSYSMain Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints→In Active CS →NPT Keypoint number：7，X，Y，Z Location in active CS：-4.5，-8.5→Apply →同样输入后5个特征点坐标（坐标分别为（-2.25，-8.5），（2.25，-8.5），（4.5，-8.5），（0，-13），（0，-10.75）→OK →Lines→Lines →Straight Line →用鼠标分别连接特征点7，8和9，10生成直线→OK →Arcs →By End KPs & Rad →用鼠标点击特征点8，9 →OK用鼠标点击特征点12 →OK →RAD Radius of the arc：2.25→Apply （出现Warning对话框，点Close关闭）→用鼠标点击特征点7，10 →OK →用鼠标点击特征点11 →OK →RAD Radius of the arc：4.5→OK（出现Warning对话框，点Close关闭）→Areas →Arbitrary →By Lines →用鼠标点击刚生成的线→OK 生成两根立柱 ANSYSMain Menu：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle →By 2 Corners →WP X：-4.5，WP Y：-8.5，Width：2.25，Height：17→Apply →WP X：2.25，WP Y：-8.5，Width：2.25，Height：17→OK 粘结所有面
开孔板问题(仅限借鉴)
开孔板的问题（应力集中的问题） 一. 引言 应力集中即Stress concentration，是指受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。 在弹性力学中，这是一类问题，应力在固体局部区域内显著增高的现象。多出现于尖角、孔洞、缺口、沟槽以及有刚性约束处及其邻域。应力集中会引起脆性材料断裂；使物体产生疲劳裂纹。在应力集中区域，应力的最大值（峰值应力）与物体的几何形状和加载方式等因素有关。局部增高的应力值随与峰值应力点的间距的增加而迅速衰减。由于峰值应力往往超过屈服极限而造成应力的重新分配，所以，实际的峰值应力常低于按弹性力学计算出的理论峰值应力。反映局部应力增高程度的参数称为应力集中系数k，它是峰值应力与不考虑应力集中时的应力的比值，恒大于1且与载荷大小无关。 二．产生应力集中的原因 构件中产生应力集中的原因主要有： (1) 截面的急剧变化。如：构件中的油孔、键槽、缺口、台阶等。 (2) 受集中力作用。如：齿轮轮齿之间的接触点，火车车轮与钢轨的接触点等。 (3) 材料本身的不连续性。如材料中的夹杂、气孔等。 (4) 构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹。 (5) 构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷加工、热处理、焊接等而引起的残余应力。这些残余应力叠加上工作应力后，有可能出现较大的应力集中。(6) 构件在加工或运输中的意外碰伤和刮痕。 三．弹性力学中的应力集中 1.工程结构中常开设孔口最简单的为圆孔。 弹性力学研究‘小孔口问题’，应符合 (1)孔口尺寸＜＜弹性体尺寸， 孔口引起的应力扰动局限于小范围内。 (2)孔边距边界较远（＞1.5倍孔口尺寸） 孔口与边界不相互干扰。
大型齿轮与空心轴过盈连接性能分析
【48】?第39卷?第10期? 2017-10 大型齿轮与空心轴过盈连接性能分析 Performance analysis of interference fit between large gear and hollow shaft 王征兵1，刘忠明1，张志宏1，朱帅华2 WANG Zheng-bing 1, LIU Zhong-ming 1, ZHANG Zhi-hong 1, ZHU Shuai-hua 2 （1.郑州机械研究所 研发中心，郑州 450052；2.河南科技大学 机电工程学院，洛阳 471003）摘 要：采用有限元法对过盈连接进行了计算，得到了配合面的真实接触状态；结果表明，配合面接触 压力沿轴向呈U形分布，配合面中部仿真数值与理论计算值吻合较好，两端有较大应力集中。分析了离心力对配合性能的影响，结果表明，低转速时，离心力产生的影响非常有限，但转速一旦超过一定值，接触压力下降较快，此时要使连接可靠，过盈量计算必须考虑离心力作用，并给予补偿。 关键词：空心轴；过盈连接；有限元 中图分类号：TH124 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)10-0048-03 收稿日期：2017-06-02 基金项目：国家科技支撑项目：桥式起重机械轻量化减速器关键技术研究与应用（2015BAF06B02）作者简介：王征兵（1985 -），男，河南郸城人，工程师，主要从事机械传动产品的设计与研发。0 引言 空心轴结构具有质量轻、承载强度高、散热性能好等优点，被广泛地用于起重机械、高速铁路、石油装备、航空航天等领域。过盈连接承载能力强、结构简单、定心性好、无需任何紧固件，而且可避免因采用键槽削弱零件强度的缺点，在以传递动力的孔轴类、齿轮轴类等紧密装配件中得到广泛应用。 过盈配合属于边界条件高度非线性的接触问题，配合面间的接触状态和应力状态都非常复杂。传统计算方法是在假定零件处于平面应力状态、配合面压强均匀分布等前提下进行的，很难精确地计算出配合面的压力分布和应力集中情况，从而影响过盈连接的可靠性和设计质量，存在一定的局限性[1～3]。 本文采用有限元法对过盈配合真实接触状态进行计算，分析可能影响配合性能的相关因素，并与解析法计算结果进行比较分析，探索一种精确、有效、可靠的过盈连接计算方法。 1 过盈连接设计计算 以某规格起重机减速器末级传动为例，减速器额定功率为94.6kW，低速大齿轮与输出轴采用过盈连接方式，输出轴采用空心轴设计。过盈连接的结构尺寸如图1所示。齿轮材料为17CrNiMo6，空心轴材料为 42CrMo，转速为3.04r/min，传递转矩T=297642N .m。 过盈配合计算，需计算出承受传递外负荷所需的最小过盈量 min 和在保证联结件强度条件下被连接件不产 生塑性变形所允许的最大有效过盈量max ，并依此来选 择恰当的过盈配合。 1）最小过盈量 min 计算 要计算承受传递外负荷所需的最小过盈量min ，首 先要计算过盈配合面间所需的最小径向压力P min ，其公 式为： (1) 式中，F，T分别为过盈连接承受的轴向力和转矩；d，l分别为配合公称直径和配合长度；f为配合面间的摩擦系数。 则最小过盈量min 为： (2) 式中，E a 、E i 分别为包容件与被包容件的弹性模 图1 齿轮与空心轴过盈连接结构图
基于ANSYS的轴类零件元静力学分析
基于ANSYS 的轴类零件有限元静力学分析 马超 （山东科技大学 交通学院，车辆工程2011-1） 前言 轴向受弯扭的杆件在工程中的应用非常广泛。齿轮减速器中的齿轮轴承受扭矩的作用，如果扭矩过大，或者轴过于细长，则有可能突然变弯，发生稳定失效。 有限元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法。ANSYS 软件作为一款功能强大、应用广泛的有限元分析软件，不仅具备几何建模的模块，而且也支持其他主流三维建模软件接口，目前在工程技术领域中的应用十分广泛，其有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。文章在基于有限元分析软件ANSYS 的基础上对轴的承载特性进行了分析。 摘要：介绍应用ANSYS 软件分析轴类零件在扭转载荷压力作用下发生形变量和应力分布的情况。 关键词：载荷；轴；ANSYS 一 问题分析求解 下图为一轴类零件结构示意图。该零件在两个滚动轴承处受到轴向和径向约束，左侧键槽侧面受到6000N 的均布载荷，右侧键槽侧面受3000N 的均布载荷。模型材料为钢材料，弹性模量为a MP 11102 ，泊松比为0.3。作出等效应力图和变形图，并进行强度分析。
二轴有限元模型 2.1建立轴零件有限元模型 轴为左右对称结构。在Siemens UG NX8.5中建立该轴三维模型，通过接口导入ANSYS中。 该载荷轴采用Tet 10node 187单元。此单元是一个高阶3维20节点固体结构单元，每个节点有3个沿x、y和z方向平移的自由度，具有二次位移模式，主要适用于位移、变形等方面。如果要求精度高，可较好地剖分；如果要求精度不高，由于单元本身是高阶单元，使用稍微弱一点的网格也可行，能够用于不规则形状，且不会在精度上有任何损失。 2.2网格划分 网格划分的过程就是结构离散化的过程，通常轴模型划分的单元越多越密集，就越能反映实际结构状况，计算精度越高，计算工作量越大，计算时间增长。由于轴结构属于局部不规则几何体，因此采用自动划分法进行网格划分。该划分方法能够在规则与不规则几何体之间自动切换，将单元尺寸设置为SIZE=7，得到轴承座有限元模型的总节点数为73891，总单元数为51808，如下图所示。 2.3载荷分析 根据该阶梯轴的受力特点，以载荷的形式施加到模型上，在该零件两个滚动
基于PANDA框架的非线性静力学有限元
基于PANDA框架的非线性静力学有限元 论文导读：基于PANDA框架。能够分析千万自由度规模的弹塑性静力学问题。非线性求解策略。形成了面向对象有限元并行计算框架PANDA。并行计算，基于PANDA框架的非线性静力学有限元。关键词：PANDA，静力学，非线性，有限元，并行计算 1 引言 特种武器结构复杂，在整个库存到靶序列（Stockpile to TargetSequence，STS）全寿命周期内要经历复杂严酷的载荷和环境条件，结构响应呈现出高度的材料非线性、边界非线性和几何非线性。为提高特种武器的设计、试验和库存维护水平，对武器结构在各种条件下响应的精细建模和分析至关重要，需要充分考虑结构的几何细节和物理内涵，所建立的有限元模型可达上千万自由度规模乃至更高，而传统的商用有限元程序由于国外对我国的出口限制，非线性有限元模型的分析规模被限制在几百万自由度以下，且计算周期较长，无法快速响应设计和维护的需要。 为了提升特种武器的工程数值模拟能力，适应不断提高的武器工程数值模拟需求，迎接和加速由现阶段小规模低效率计算向大规模高效并行计算的转变，2007年中国工程物理研究院启动了院预研重大项目“武器工程大规模并行计算框架研究及基础平台开发”。该项目在已有源码程序的基础上，通过在有限元并行计算方法方面开展研究与软件开发，初步形成了面向对象有限元并行计算框架PANDA，并基于PANDA框架初步开发了可应用于部分静力、振动、冲击和传热武器工
程问题求解的大规模有限元并行计算模拟程序。 针对特种武器研制中的非线性静力学有限元大规模精细分析需求，充分消化吸收开放源代码的程序设计思想和技巧，基于PANDA框架，开发非线性静力学有限元分析所需的单元类型、材料模型、非线性并行求解策略，集成大规模线性方程组并行求解算法，初步形成了可求解小应变、有限应变线弹性和弹塑性静力学问题的非线性静力学程序。悬臂梁弹塑性有限元分析模型达到了千万自由度规模，并行求解时间低于一小时。本文介绍了基于PANDA框架的单元类型、材料模型、非线性求解策略设计，并初步验证了非线性静力学有限元并行计算程序的计算精度和千万自由度规模分析能力。 2 基于PANDA框架的非线性静力学有限元并行计算程序设计 通过中国工程物理研究院的预研重大项目，采用面向对象、层次化、组件化的设计思想，对工程结构非结构网格有限元分析程序的基本数据结构、并行通信、求解控制等方面的共性和可重用部分进行抽象和程序实现，并集成了区域分割、解法器等服务组件，形成了面向对象有限元并行计算框架PANDA，提供经过系统规划设计的应用程序开发接口，以提供服务的形式引导应用程序的设计和实现，初步建立了结构分析有限元并行计算应用程序的集成开发环境。科技论文，并行计算。 基于PANDA框架，结构分析有限元并行计算应用程序的开发工作变得较为简单和高效，程序开发工作量大为减少。在PANDA框架既设的应用软件架构下，应用程序开发者可以将精力集中到本应用程序独