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学习的方法


有限元分析的简单应用论文
陶博 (辽宁工业大学 机械学院 机械制造及其自动化专业)

摘要

摘要:现代工业的进步,要完全归功于计算机技术的飞速发展,目前,计算机
在工业方面的应用越来越广泛,将计算机,计算机软件应用于工业产品的开发, 设计,分析和制造,已经成为近代工业提升竞争力的主要方法。其中,有限元分 析就是一个应用

。有限元法是一种先进的 CAE 技术,广泛应用于各个工程领域, 解决复杂的设计和分析问题。 下面是一个三梁平面框架结构的有限元分析。利用 ANSYS 软件。

关键词:有限元 ANSYS 三梁平面框架 前言:随着科技的发展进步,目前的商用有限元软件不仅分析功能几乎覆盖了
所有的工程领域, 其程序的使用也是非常的方便。 当前, 在我国工程界比较流行, 被广泛使用的大型有限元分析软件主要有:MSC/Nastran ANSYS Abaqus Marc Adina 等软件。其中应用最为广泛地当属 ANSYS 软件,它是专门为了分 析有限元而开发的一种软件。分析的领域主要包括以下方面: 1. 静力分析 2. 动力分析 3. 失效和破坏分析 4. 热传导分析 5. 电磁场分析 6. 声场分析 7. 流体分析 8. 耦合场分析 本文所介绍的就是一种借助于 ANSYS 软件对于三梁平面框架的有限元分析的实 例。通过这个实例来说明一下 ANSYS 软件的简单分析应用分析过程。 其模型如下:

(由 caxa 电子图版绘制) 其顶端受均布力作用,用有限元方法分析该结构的位移。结构中各个截面的参 数都为:弹性模量为 300GPa, I ? 6.5 ?10?7 m 4 , A ? 6.8 ?10?4 m2 ,上方受均布载 荷 4167 N / m ,载荷 3000N,完成相应的力学分析。 不管用什么方法进行有限元分析,总体上可以分为三个过程,ANSYS 软件 分析也不例外,三个过程主要包括:前处理,主分析计算,后处理三大部分。 首先对于这个结构进行一个简单的分析:3,4 两点受 X,Y 方向的约束。在 1 处 受一个 X 方向的载荷,在 12 杆上受一个竖直向下的均布载荷。 本结构就直接在 ANSYS 软件中进行建模以及分析。主要包括以下流程:定 义分析的类型,选择单元类型,定义材料参数,定义实常数以确定平面问题的 厚度,生成几何模型,模型施加约束和外载,分析计算,结果显示。 具体步骤如下: (1) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK (2) 选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete… → Add… →beam:2D elastic (3) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models → Structural →Linear →Elastic→ Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) → OK → 鼠标 点击该窗口右上角的“?”来关闭该窗

(4) 定义实常数以确定平面问题的厚度 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add/Edit/Delete → Add → Type 1 Beam3 → OK → Real Constant Set No: 1 ( 第 1 号 实 常 数 ), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close (5) 生成几何模型 生成节点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→ In Active CS → Node number 1 → X:0,Y:0.96,Z:0 → Apply → Node number 2 → X:1.44,Y:0.96,Z:0 → Apply → Node number 3 → X:0,Y:0,Z:0 → Apply → Node number 4 → X:1.44,Y:0,Z:0→OK 生成单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Element → Auto Numbered → Thru Nodes → 选择节点 1, 2(生成单元 1)→ apply → 选择 节点 1, 3(生成单元 2)→ apply →选择节点 2, 4(生成单元 3)→OK 此步骤是 为了利用 ANSYA 软件进行模型的构造, 这也使进行计算的前提步骤, 图形如下:

(6) 模型施加约束和外载 左边加 X 方向的受力 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On Nodes → 选择节点 1→ apply →Direction of force: FX → VALUE:3000 → OK→

上方施加 Y 方向的均布载荷 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Pressure →On Beams →选取单元 1(节点 1 和节点 2 之间)→ apply →VALI: 4167 →VALJ:4167→OK 左、右下角节点加约束 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Displacement → On Nodes → 选取节点 3 和节点 4 → Apply → Lab:ALL DOF → OK 对于这一步骤也是很关键的,正确的施加载荷,和约束对正确的解出这 道题至关重要,而且要分析是集中载荷和均布载荷。图形如下:

(7) 分析计算 ANSYS Main Menu: Solution → Solve → Current LS →OK → Should the Solve Command be Executed? Y→ Close (Solution is done! ) → 关闭文字窗口,这 个步骤是很关键的一步, 这也是为后续结果显示的前提,这个步骤的成功与否关 系着接下来能否得出正确的结果。分析计算如下:

(8) 结果显示 ANSYS Main Menu: General Postproc → Plot Results →Deformed Shape … → Def + Undeformed → OK (返回到 Plot Results)显示结果如下:

以上所有的步骤都是为了通过分析计算得出正确的结果, 这些结果包括不同 节点的不同方向的位移大小,受力,通过这些显示,从中我们能得出受力最大 的节点,位移最大的节点。最后通过不同云图,我们能知道变化趋势。下面是 从中选出的受力以及位移。

此图为位移显示

结论:
本文建立三梁平面框架的有限元模型,进行加载计算。我认为采用 ANSYS 软件进行此类有限元结构的分析,可计算出全面,合理准确的结果。同类问题建 模过程也可采用本文所用的关键点连线的方法, 本例说明该方法在静力计算方面 切实可行,且建模方法简便,可写成特定的命令。只需改变某些参数就可以对同 类问题进行计算。

参考文献:
1. 尹飞鸿。有限元法基本原理及应用。 北京:高等教育出版社,2010.7 2. 张洪信,管殿柱。有限元基础理论与 ANSYS11.0 应用。 北京:机械工业出版 社,2009.11

辽宁工业大学
《有限元法基本原理及应用》 论文

有限元分析的简单应用 姓名:陶博 班级:机制 113 学号:110104085

2014.6.22


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