王亞卓有限元課設(shè)

1、17沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙目錄有限元法課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)書2有限元法課程實(shí)訓(xùn)原創(chuàng)性聲明3報(bào)告正文41有限元軟件基本概述42. 分析報(bào)告51）問(wèn)題闡述52）解析法求解53）有限元分析74）結(jié)果分析15心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)17沈陽(yáng)理工大學(xué) 有限元法課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)書學(xué) 院機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化學(xué)生姓名班級(jí)、學(xué)號(hào)訓(xùn)練報(bào)告題目技術(shù)參數(shù)、內(nèi)容及要求：一、 學(xué)習(xí)CAE軟件ANSYS,主要上機(jī)練習(xí)有： 1.平面連桿的靜力學(xué)分析； 2.超靜定桁架的有限元計(jì)算、溫度應(yīng)力的有限元計(jì)算和環(huán)的溫度應(yīng)力的有限元計(jì)算；3.平面梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算； 4.空間梁的靜力學(xué)分析； 5.壓力容器的靜力學(xué)

2、分析；6.機(jī)翼模型的模態(tài)分析；7.壓桿穩(wěn)定臨界載荷計(jì)算；8.過(guò)盈配合與拔銷接觸分析；9.輪子的靜力學(xué)分析；10.軸承座的有限元分析。二、通過(guò)調(diào)研，在工廠、企業(yè)或科研單位進(jìn)行工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，或結(jié)合老師的科研課題，針對(duì)具體工程實(shí)例，應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算。也可參考材料力學(xué)、彈性力學(xué)或機(jī)械設(shè)計(jì)中的問(wèn)題或習(xí)題，如有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指南附錄中的題目進(jìn)行分析計(jì)算：進(jìn)度安排：一、學(xué)習(xí)CAE軟件ANSYS（28學(xué)時(shí)）第1次上機(jī)（4學(xué)時(shí)）：作有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指南中練習(xí)1；第2次上機(jī)（4學(xué)時(shí)）：作有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指南中練習(xí)2；第3次上機(jī)（4學(xué)時(shí)）：作有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指

3、南中練習(xí)3、4；第4次上機(jī)（4學(xué)時(shí)）：作有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指南中練習(xí)5、6、7；第5次上機(jī)（4學(xué)時(shí)）：作有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指南中練習(xí)8；第6次上機(jī)（4學(xué)時(shí)）：作有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指南中練習(xí)9；第7次上機(jī)（4學(xué)時(shí)）：作有限元ANSYS上機(jī)練習(xí)指南中練習(xí)10。二、自擬題目上機(jī)。（第8次上機(jī)，4學(xué)時(shí)）注：該部分練習(xí)需要上機(jī)4學(xué)時(shí)，如果課內(nèi)上機(jī)時(shí)間不夠，學(xué)生可利用課后業(yè)余時(shí)間完成。課程實(shí)訓(xùn)說(shuō)明書撰寫不占用課內(nèi)時(shí)間，由學(xué)生自行安排時(shí)間完成。指導(dǎo)教師（簽字）：安曉衛(wèi) 2012 年 9 月28日教研室主任（簽字）安曉衛(wèi) 2012 年 9月 28 日有限元法課程實(shí)訓(xùn)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:本

4、課程設(shè)計(jì)的所有工作，是在老師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本報(bào)告不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 作者（簽字）： 日 期 ： 年 月 日?qǐng)?bào)告正文1有限元軟件基本概述隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)生產(chǎn)與生活、物資與精神提出了更多更高的要求，這就需要設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代科學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法，開拓思路，提高現(xiàn)代設(shè)計(jì)能力，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、及時(shí)性。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，在

5、我國(guó)機(jī)械制造中，采用有限元方法開發(fā)和設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品已達(dá)到70%以上；在機(jī)械工程、車輛工程、土木工程、航空航天、材料加工工程等領(lǐng)域中從事工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化、材料宏微觀模擬與分析的各類工作和學(xué)位論文中，約有90%以上的論文采用有限元方法作為分析工具，并且有限元方法在其中80%以上的論文中起到?jīng)Q定性的作用；可以看出，有限元分析已經(jīng)成為教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛使用的重要工具。近年來(lái)，有限元分析已從過(guò)去的只有較少數(shù)專業(yè)人員掌握的理論和方法，變成大學(xué)生、研究生、科技工作者、工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員廣泛使用的通用分析工具，一個(gè)重要的原因就是有限元分析商品軟件的普及。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一

6、體的大型通用有限元分析軟件，由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高級(jí)CAD工具之一。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算，哦快和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)絡(luò)劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線型分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度

7、顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如PC、SGI、HP、SUN、DEC、IBM、CRAY等。同時(shí)，近年來(lái)，優(yōu)化設(shè)計(jì)亦是快速發(fā)展。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，運(yùn)用優(yōu)化方法后，使得在設(shè)計(jì)過(guò)程中能不斷選擇設(shè)計(jì)參數(shù)并選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，又能加快設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期。把優(yōu)化設(shè)計(jì)同計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，使設(shè)計(jì)過(guò)程完全自動(dòng)化，已成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要手段。2. 分析報(bào)告1

8、）問(wèn)題闡述 外伸梁及其所受載荷如圖1所示，對(duì)該梁進(jìn)行分析，畫出彎矩圖和剪力圖。求出最大剪力和最大彎矩。圖 12）解析法求解 由平衡方程，求得支座約束力 在支座約束力的梁截面上，剪力為13kN。截面D到C之間的載荷為均布載荷，剪力圖為斜直線。計(jì)算可得截面C上的剪力為（13-2×8）kN=-3kN，即可確定這條直線。截面C和B之間梁上無(wú)分布載荷，剪力圖為水平線。圖 2截面B上有一集中力,從B的左側(cè)到B的右側(cè)，剪力圖發(fā)生突變，變化的數(shù)值即等于。故右側(cè)截面上的剪力為（-3+7）kN=4kN。截面B和E之間無(wú)分布載荷，剪力圖又為水平線。 截面D上的彎矩=0.從D到A部分梁上為均布載荷，彎矩圖為

9、拋物線，在這一段內(nèi)，截面A上的剪力為13kN，彎矩值為16kN·m。在支點(diǎn)A上有13kN的支座反力，故=-16kN·m，=-16kN·m，而A到C點(diǎn)的載荷依然為均布載荷，故AC之間的彎矩仍然為拋物線，故=-12kN·m，而在C處加載的是集中力偶，=10kN。從C的左側(cè)到右側(cè)，彎矩圖有一突然的變化，變化的數(shù)值即等于的數(shù)值，大小為10kN·m，所以在的右側(cè)截面上，=（-12+10）kN·m=-2kN·m。截面C與B間梁上無(wú)分布載荷，彎矩圖為斜直線。經(jīng)計(jì)算可得截面B上=-8kN·m，于是這就確定了這條直線。B到D之間的彎

10、矩圖也為斜直線，因=0，可畫出此斜直線。在截面B上，剪力突然變化，故彎矩圖的斜率也突然變化。圖 3 從剪力圖和彎矩圖中可以看出:最大剪力，最大彎矩為。還可以看出，在集中力截面作用的兩側(cè)，剪力有一突然變化，變化的數(shù)值就等于集中力，在集中力偶作用的截面的兩側(cè)，彎矩有一突然變化，變化的數(shù)值就等于集中力偶矩。3）有限元分析1.有限元分析a.梁的參數(shù)設(shè)定: 長(zhǎng)度 l=12m； 寬度 b= 0.2m； 厚度 h=0.3mb.材料參數(shù): 材料特性應(yīng)理想彈性體的線性問(wèn)題的四個(gè)假定條件，即：滿足完全彈性假定，連續(xù)性假定，均勻性假定，各向同性假定的理想彈性體。所以，它的彈性模量為2.06e11。c.單元選擇: 由

11、于題中梁只受均布載荷、彎矩和剪力，符合梁的2維的單元，BEAM3單元，運(yùn)用于2維問(wèn)題，具有拉伸，壓縮，彎曲特性，對(duì)于在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有3個(gè)自由度x,y方向的平動(dòng)自由度以及繞z軸的旋轉(zhuǎn)自由度，符合BEAM單元家族中的2D elastic3類型。即為二維梁?jiǎn)卧８鶕?jù)梁的幾何參數(shù)，所以參數(shù)定義為：截面積AREA=，面積慣量Izz=,單元高度HEIGHT=。d.梁的邊界條件: 在節(jié)點(diǎn)A處梁受X,Y兩個(gè)方向的約束；節(jié)點(diǎn)E受只受Y方向的約束。e.梁所受的載荷: AC之間作用著均布載荷q=2kN/m，在節(jié)點(diǎn)e處作用著集中力=4kN·m，方向?yàn)?y方向，所以為負(fù)值。在節(jié)點(diǎn)C處作用著集中力偶Me=10kN

12、·m，方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，所以為?fù)值。f.節(jié)點(diǎn)和單元的設(shè)定:由以上分析可知，在x=0處和x=8之間作用著均布載荷q=2kN/m，在x=8出作用著Me=10kN·m的力偶，一個(gè)在4處，有個(gè)固定端，而x=12m處還作用著一個(gè)力. x=10m處有一個(gè)滾動(dòng)支座。支承點(diǎn)應(yīng)該取為節(jié)點(diǎn)。 所以將X=0,X=4,X=8，X=10和X=12設(shè)置為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)均布，采用直接方法，將梁劃分為24個(gè)單元，25個(gè)節(jié)點(diǎn)。2.交互式的求解過(guò)程A.進(jìn)入ANSYS，創(chuàng)建文件1001013303B.創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)圖 4C.選擇單元類型， Beam 2D elastic 3D.定義幾何參數(shù)， AREA:0.06 , IZ

13、Z:0.00045, Height:0.5E.定義材料參數(shù)， EX=2.06e11F.創(chuàng)建單元 i.創(chuàng)建一個(gè)單元再Copy使其所有節(jié)點(diǎn)連接成24個(gè)單元 ii.顯示單元資料。圖 5節(jié)點(diǎn)信息圖 6圖 7單元信息G.施加約束和載荷 i.加載節(jié)點(diǎn)自由度約束1選擇節(jié)點(diǎn)9。2 選擇自由度UX和UY，并在VALUE后為其輸入數(shù)值0。3選擇節(jié)點(diǎn)21。4選擇自由度UY，并在VALUE后為其輸入數(shù)值0。 ii加載載荷1 施加節(jié)點(diǎn)17處的彎矩Me。2 選擇MZ，并在下面的文本框內(nèi)輸入其值-10（逆時(shí)針為正方向）。 3 施加單元1到單元16上的的分布載荷q。 4 選擇單元1到單元16。在LKEY后的文本框內(nèi)輸入數(shù)值1

14、。在VALI和VALJ后的編輯框內(nèi)分別輸入25 在節(jié)點(diǎn)25處加節(jié)點(diǎn)力在第一個(gè)下拉列表中選擇FY，并在下面的文本框內(nèi)輸入其值-4（向上為Y軸正方向）。圖 8H.求解 定義分析類型1 Main Menu：Solution Anslysis Type New Analysis。2 選中Static選項(xiàng)，按下OK按鈕。 求解1 Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。2 瀏覽/STATUS Command窗口內(nèi)的信息后，將其關(guān)閉。圖 9求解信息I.后處理1. Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal

15、Solu. 選擇Displacement vector sum，按下OK按鈕圖 10梁的Y方向變形圖 11列出所有表格資料J.建立單元結(jié)果表 ，計(jì)算節(jié)點(diǎn)彎矩。1. Main Menu：General PostprocElement TableDefine TableAdd2. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入IMOMENT。3. 在左側(cè)列表中選擇By sequence num項(xiàng)。4. 右側(cè)列表中選擇SMICS，項(xiàng)。5. 在右側(cè)列表下的文本框內(nèi)輸入SMICS，6。6. 按下Apply按鈕。7. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入JMOMENT。8. 重復(fù)上面的步驟4和5。9. 右側(cè)列表下的文本框內(nèi)輸入SMICS，

16、12。10. 按下Apply按鈕。11. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入ISHEAR。12. 重復(fù)上面的步驟4和5。13. 右側(cè)列表下的文本框內(nèi)輸入SMICS，2。14. 按下Apply按鈕。15. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入JSHEAR。16. 重復(fù)上面的步驟4和5。17. 右側(cè)列表下的文本框內(nèi)輸入SMICS，8。18. 按下OK按鈕。畫剪力圖1.Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res2.在第一個(gè)下拉列表中選擇ISHEAR，在第二個(gè)下拉列表中選擇JSHEAR，按下OK按鈕。畫彎矩圖 1.Main Menu：General Postpro

17、cPlot ResultsLine Elem Res 2.在第一個(gè)下拉列表中選擇IMOMENT，在第二個(gè)下拉列表中選擇JMOMENT，按下OK按鈕。結(jié)果顯示圖 12剪力圖圖 13彎矩圖4）結(jié)果分析用解析法的解出的結(jié)果是： 最大彎矩 Mmax=0kN·m 最小彎矩 Mmin=-16kN·m 最大剪力 Fmax=5kN 最小剪力 Fmin=-8kN用ANSYS的求解結(jié)果： 最大彎矩 Mmax=-0.2kN·m 最小彎矩 Mmin=-16kN·m 最大剪力 Fmax=-5kN 最小剪力 Fmin=8kN梁的彎矩在有集中力偶的地方會(huì)發(fā)生跳變，而剪力是在有集中力的地方會(huì)有跳變。兩種方法的求解結(jié)果基本一樣，只是在彎矩的結(jié)果有點(diǎn)偏差，且結(jié)果偏向保守，證明在運(yùn)用的方法基本正確。心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)使我學(xué)會(huì)了ANSYS軟件的使用方法，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，加深了對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法這門課程的基本知識(shí)的了解，更加了解的了有限元法在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用，我了解到ANSYS軟件在