子午线轮胎有限元分析技术及其应用_图文(精)
日相桥.薮重于午线轮舱有限元分析技术殛其应用 121载重子午线轮胎有限元分析技术及其应用
闫相桥
(哈尔疾工业大学复合材科研究所。最龙江培尔癌150001
擒叠;建立一十轮胎结构有限元分析模型.考虐了轮腑变形的几何非线性、轮胎与地面和轮脂与轮辆的大变形非
线性接麓,轮胎材料的非均匀性、橡腔材料的不可压缩性和钉理非线性及糠艘基复台材辩的各向异性。此外,还探讨
了这种轮胎有限元分析模型在轮胎结构优选中的应用。
美t词;有限元模型}接触约束I结构优选I应变能密度{chd毗en∞n应力
随着计算机技术的发展,有限元分析技术在复杂工程结构中的应用愈来愈显示出巨大的作用。轮胎结构的分析方法也从简化过甚的轮胎模型分析,如梁模型、网络模型、薄膜模型及层合模型等o~,向数值模拟发展o“]。
轮胎结构有限元分析是一项挑战性工作o], 主要困难包括:①轮胎大变形引起的几何非线性‘ ②轮胎是非均质结构,橡胶材料具有不可压缩性和明显的物理非线性,橡胶基复台材料呈现明显的各向异性,⑦轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触。轮胎结构有限元分析模型只有充分考虑这些因素才能有效可靠。例如,如果不合理地考虑橡胶材料的不可压缩性,则可能引起数值计算困难或得到不现实的结果[31l如果采用不完善的模拟轮胎与地面和轮胎与轮辋大变形非线性接触的模型o。],则地面和轮辋对轮胎的单边位移约束条件不能得到精确地满足“],而这对轮胎的结构分析至关重要H】。
本研究建立了一个轮胎结构有限元静态分析模型。在该模型中,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非
均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性。本研究还探讨了轮胎有限元分析技术在轮胎结构优选中的应用。
1轮胎静皱边值问置
1.1平衡方程
令暑为第l类Piola-Kirchhoff应力张量,吼
为定义在初始构形上的体力,则平衡方程为 Di坦+吼=0(1 1.2轮胎太变形的几何描述
为了描述轮胎的大变形,定义下列变换: z—o(X (2 式中,X为初始构形中质点坐标,z为现时构形中质点坐标。于是Green-Lagrangian应变张量(E 和第2类Piola-Kirchhoff应力张量(s可分别表示为
岛4专(羟鬻一颤 (3 S。一舅净jl “ 在这里,Green-Lagrangian应变张量又可以用位移表示为
岛一号c羞+甏+爰整,㈣ 1.3材料模型
(1檬胶材科模型,
在这里,假定橡胶材料的力学非线性性能可以用Mooney-Rivlin应变能密度函数描述:
Ⅳ(J-,L=c1。(f-一3+co。(L一3(6 式中,J,和厶分别为应变第1和第2不变量。cl。和G。为由实验确定的材料常数。对于橡胶材料的不可压缩性用Lagrangian 乘子法解决r“”。 (2帘线一橡胶复合材料模型
子午线轮胎中的带束层及胎体是主要的承载部件,它们均是帘线一橡胶复合材料,其性能呈现明显的各向异性。在用有限元分析技术对轮胎迸
第14届中置轮胎技术研讨会论文集
行分析时,基于帘线一橡胶复合材料划分的单元通常分为两类,一类是单元由单一帘线一橡胶复合材料构成,另一类是单元由两层或两层以上的帘线一橡胶复合材料构成。在这里,对于由单一帘线一橡胶复合材料构成的单元,其材科性能用正交各向异性材料模型模拟,相应的材料常数用Halpin-Tsai方程[1““由组分材料性能确定f而对于由两层或两层以上的帘线一橡胶复合材料构成的单元, 其材料性能用Sun C T等口”提出的层合材料模型来模拟。这里需指出的是,用由两层或两层以上的帘线一橡胶复合材料构成的单元对斜交轮胎进行有限元分析是非常必要的,这是因为斜交轮胎的胎体通常由多层帘线一橡胶复合材料构成,若用由单一帘线一橡胶复合材料构成的单元划分网格,则由于单元和节点数目庞大而使计算难以进行,而用由两层或两层以上的帘线一橡胶复合材料构成的单元划分网格,则由于单元和节点数目相对少得多,从而使计算量大大减小。
1.4位蒋边界条件
本研究采用文献E4]提出的可变约束法来处理轮胎与地面、轮胎与轮辋之问的作用。鉴于轮胎与地面、轮胎与轮辋之间的作用对轮胎结构分析的重要性及可变约束法的新颖性和有效性,对这种方法介绍如下。
轮胎受到来自轮辋和地面(均可视为刚体的双重限位作用,称刚性物体的表面为约束表面。此种约束的特点为:①单边位移约束,即约束表面是不可渗透的;②约束表面只提供挤压和剪切约束力,不能提供拉力。
若记约束表面的方程为
02=9(xl,缸 (7 则第1个约束条件可表示为
z2≥p(z1,..775 z曼rc (8 式中,rc为可能接触面。事实上,式(8给出了检查接触约束合理性的位移条件,即不满足式(8的位移场是不合理的。例如,在轮胎与地面接触的情况下(见图1,接触表面方程(7为
≈一一(R—U (9 此时,第1个约束条件为
z2≥一(R—U (10 U
田l变形和未变群结构示意
若令n(z为轮胎在可能接触面上j处的单在每一步迭代结束后对所有的约柬节点及可能的位外向法矢,用口表示该点处的应力向量,则有约束节点(尚未被约束进行一次校核。
口=∑n (11 (1约束节点的力校核
其法向和切向分量分别为
如图2所示,6为约束表面的外向法矢,而r
“=一?矗 (12 m=1d一(o-6b (13 式中,b为接触面的单位法向矢量(指向接触刚体的外侧为正。这样,第2个约束条件为
z2>p(z1,士3—÷d。=0卫￡n (14a 惫=9(x1,卫s—-’可。≥0z￡只 (t4b 由于在求解过程中接触区域是变化的,必须是约束节点的约束反力。若rn;,?6>O,即表明接触面上存在压力,该点的约束是合理的,在下一步迭代计算中仍将该点约束住;否则约束是不合理的,在下一步计算中将该点解除约束,作为自由节点再进行计算。
(2自由节点的位移校核
按照上面关于单边位移约束的定义,不应该
一 L 上
闫相桥.载重子午线轮胎有限元分析技术及其应用
田2约束节点反力示意
有节点渗透到接触刚体内。但在计算过程中。某些临近约束表面的自由节点有可能渗入到剐性约束面内,此时就有必要对约束条件修正。如图3所示,某一自由
节点的位置在计算中越过了刚性约束面而发生了渗透,说明该节点应被约束住,在下一步迭代计算中将它作为约束节点进行计算。
圈3约束增量示意
由此可见,在求解过程中约束条件是随时变更的,约束记录也随时增删,称这种允许改变的约束为可变约束[“。既然约束是可变的,那么如何变、变多少又是如何确定的呢?为此文献提出了约束增量的概念,其基本原则如下。
(1任何一个驻定不动的约束节点的约束增量为零。
(2当一个自由节点渗人到约束面内时,从该点指向约束面最近的点(垂足矢量即为约束增量 (Au。I
血。=不一, (15 式中,z,为指向垂足的矢径,J为该节点原来位置的矢径。
(3一个约束节点是否滑移取决于约束反力的切向分量与法向分量之比。现将约束节点的约束反力分解为法向分量和切向分量(见图2; r=^+r。 (16 则约束节点滑移量的大小可确定如下t
△‰=0rt l≤I^I卢 (17 △‰=一rt∥ f rt f>f九}_‘‘(18 式中,P为摩擦因数,产7是一个正数,其大小对计算结果没有影响啪。为了保证约束节点滑移之后仍位于约束面内,如图4所示,需由j+△珥点向约束面作垂足交瞳面于c点,则c点成为该约束点的新驻定位置。
∥, ,研万形∥每
~矿’ ∥∥?i
田5约束节点孰盛示意
2虚功方程
令c为右Cauchy-Green形变张量,^为La— grangaian乘予,A和舶分别为轮胎内表面压力
第14届中国轮胎技术研讨会论文集
和体力,则虚功方程为
r r
s;8E吖+l(detC一1dAdV— J%Jvo
r r
I P08udA 4-I qo跏dy (20 J^o J%
式中,第l项是结构的变形虚功,第2项是用La-grangaian乘子处理材料的不可压缩性能[”】,方程右边第1项和第2项分别为表面压力和体力的虚功。
3轮胎有限元分析模型的有效性
本工作利用上述模型开发出轮胎结构有限元分析软件。在该软件中,采用了两种三维等参单元,即八节点六面体单元和六节点五面体单元。对9.00R20子午线轮胎进行分析。图6示出轮胎的截面几何形状和材料分布情况。为了验证本模型,决定改变有限元网格的大小。一般情况下,用粗细不一的有限元网格分析同一问题,若结果一致,刚说明分析模型有效可靠。图7~9示出大小不一的有限元网格,在一个截面内分别有 167,182和313个节点。图10示出整体有限元网格。考虑到轮胎结构及受力的对称性,仅分析其1/4。另外,在对轮胎进行充气加载分析时,由于本模型是三维的,也分析其1/4,尽管此时问题本身是轴对称的。表1示出用不同有限元网格计算的最大截面宽度、接地总反力及接地面积随下沉量的变化。由表l可以看出,不论是充气加载还是下沉量加载,用不同的有限元网格计算的最大截面宽度是非常一致的。另外还可看出在下沉量加载的情况下,用不同的有限元网格计算的接地总反力及接地面积也是非常一致的。因此可以说,本有限元分析软件是非常有效可靠的。
4轮胎结构优选
毫无疑问,有限元分析对轮胎结构优化和质量评估非常重要。然而,这里的难点是如何将二者有机地结合起来。
带束层结构对于子午线轮胎是非常重要的。日本大津轮胎公司提出的轮胎优化理论就涉及到带束层结构。有关带束层结构的专利时常出现。关于带束层结构,应该从几何和材料两方面来考虑。从几何上讲,包括带束层宽度、厚度及铺设角度{从材料上讲,主要是带束层帘线,包括钢丝帘线和芳纶帘线等。
载重子午线轮胎带束层端点附近常发生脱层田6轮胎截面几何形状置材料分布
(167节点l
田B在一个麓面内的有甩元罔格1152节点】飞赘。∥黔一飞泓鼹纛、盔
圈
?
矽
闰相桥.载重子午线轮胎有限元分析技术及其应用
围9在一个截面内的有甩元网格C313节点
围10整体有甩元网格
表1用不周有膜元固捂计算的最大截面宽度、接地息反力厦接地面积随下沉量的变化
项s篡可二笋鲁
破坏,这对轮胎的耐久性影响很大。本研究探讨了载重子午线轮胎带束层宽度的优选问题。在这里处理问题的方法值得探讨。一方面,根据圣维南原理,当研究带柬层宽度优选时,可以仅关注带束层宽度对带束层端点附近应力分析参数的影响。另一方面,经验表明,轮胎结构中存在所谓的双端点问题,即胎体反包端点与带束层端点相互制约的问题,一个端点问题解决了,另一个端点又出现问题。同时,Pottinger 口1研究了轮胎一轮辋约束对轮胎一地面接触力的影响。因此,在研究带束层宽度优选时,不仅关注带束层端点附近的应力分析参数,而且对轮胎关键区域的应力分析参数都进行研究。这些区域是胎体反包端点附近、带束层端点附近、胎肩区域及胎圈附近的胎体,将这些区域应力分析参数综合分析作出判断。
在这里,不可回避的问题是应力分析参数的选取。一般情况下,有限元分析提供的场量为应力场、应变场及位移场。对于由橡胶及橡胶基复合材料构成的轮胎,选取应力分析参数时一定要考虑结构材料的破坏形式。考虑到轮胎结构破坏通常是带束层端点脱层、胎体反包端点脱层或开裂和胎肩脱层,都可以看作是橡胶材料与橡胶基复合材料的界面破坏,选取的应力分析参数为应变能密度(能量参数和Christensen应力n4(应力参数。在对胎圈附近的胎体进行分析时,关注的是胎体中的张应力。
本研究所分析轮胎在一个截面内的有限元网格见图11(在一个截面内的节点数为386、单元数为355,其材料分布赊由于带束层宽度不同引起的带束层部分有差别之外,其余全部相同。图12示出具有不同带束层宽度的带束层材料分布及带柬层
端部层间单元。对应于386中网格的层间单元是1’和27;386窄网格的带束层宽度比386中网格窄一点,其层间单元是1和z;386宽网格的带束层宽度比386中网格宽一点,其层问单元是1”和2”。
4.1带柬层端部层闻单元的应力
表2和3分别示出充气情况和标准负荷情况下带束层端部层问单元的应力分析参数。由表2可以看出,在充气情况下,带束层端部层间单元的应变能密度和Christensen应力均随着带束层宽度的增大而骤减[1”。这明确揭示出,如果仅考虑充气情况带束层端部单元的应力分析参数选取带
第14届中国轮胎技术研讨会论文集
田11在一个截面内的有限元同格《3撕节点
束层宽度,则386窄网格对应的带束层宽度应首先舍弃。
由表2还可以看出,在标准负荷情况下,带束层端部第1带束层与第2带束层之间的单元(1,
1
7和1”的最大应变能密度和应变能密度幅值均
随着带束层宽度的增大而增大,其最大Chris— tensen应力和Christensen应力幅值亦然。然而, 带束层端部第2带束层与第3带束层之问的单元(2,2’和2”的应力分析参数则呈现相反的规律。 4.2胎体反包端点附近单元的应力分析参数
轮胎胎体反包端点附近的单元见图13。表4和5分别示出充气情况和标准负荷情况下胎体反包端点附近单元的应力分析参数。由表4可以看出,在充气情况下,胎体反包端点附近单元的应变能密度和Christensen应力均随着带束层宽度的增大而减小?但相对而言,由386中网格对应的带圈12带束层材料分布及带束层翊部层问单元示意
束层宽度增大到宽网格时,其胎体反包端点附近准负荷情况胎体反包端点附近单元的最大应变能
单元的应力分析参数减幅小得多。这明确揭示密度和最大Christensen应力考虑选取带秉层宽
出,如果仅考虑充气情况胎体反包端点附近单元度,则386窄网格对应的带束层宽度应首先舍弃。
的应力分析参数选取带束层宽度,则386窄网格值得注意的是(见表5,一方面相应于386对应的带束层宽度应首先舍弃。
窄网格的胎体反包端点附近单元的应变能密度幅由表5可以看出,在标准负荷情况下?最大应值和Christensen应力幅值与其它两种情况相比变能密度和最大Christensen应力均随着带束层小得多,而另一方面相应于386窄网格的胎体反宽度的增大而减小,但相对而言,由386中网格对
包端点附近单元的最大应变能密度和最大Ch。i。一
应的带束层宽度增大到宽网格时,胎体反包端点tensen应力与其它两种情况相比则大得多。前者附近单元的最大应变能密度和最大Christensen 对于抵抗材料的破坏(尤其是疲劳破坏是有利
应力减幅,J、得多。这明确揭示出,如果仅考虑标
的,而后者对于抵抗材料的破坏则是不利的。这
目相桥.载重子午线轮胎有限元分析技术及其应用
襄2充气情况下带柬层端部层问单元的应力分析参数裹4充气情况胎体反包螭点附近单元的应力分析参敦单元应变能密度/(J?m—oChristensen应力/MPa 单元应变能密度/(J?m一3Christensen应力/MPa
裹3标准负荷情况下带柬层翊部层闻
单元的应力分析参数
单元能密度/度幅值/Chrlsteaasen应力幅值/
(J?nl—o (J?iil 3应力/MPa MPa
386窄同格
11.7196×1061.6878×1051.24781.1535
21.7637×10s 1.7541×10s 1.31871.2642
386中同格
l’
386宽冈格1“ 1-9058×1051,8964×1051.34851.2998 1J 7202×10s
1.7153×1051.27811,2279
2.0507×1052.0468X1051.44181.3829 15710×1051-5680X1051.24361.1924
圈13胎圈夏胎体反包端点附近胎体单元示意是一个很复杂的问题,在这里不进行讨论。
4.3胎圈附近胎体张应力
轮胎胎圈附近胎体单元亦见图13。表6示出充气情况下船圈附近胎体单元张应力的变化规律,表7示出标准负荷情况下胎圈附近胎体单元最大张应力和胎体张应力幅值的变化规律。由表 6可以看出,在充气情况下,胎体张应力受带束层宽度的影响很小,其均值随带束层宽度的增大而
表5标准负荷情况下胎体反包端点附近单元的应力分析参数
单元能密度/度幅值/Christensen应力幅值/盟:璺二12塑:璺二:2堡垄』婴! 丛璺386窄同格
A 4.2986×1041.4952×10‘I.11370.,3271
B 1.0055×1053.3440×1043,12080,5206 386中罔格
A Z.7425×10.2.0391×1040.71730.377l
B 7.1624×1045.2185×1042.58141.5960 386宽网格
A 2.7317×10‘2.0415×1矿0.71590.3662呈 !:!翌!兰!!:!:!!!!兰!!!:!!!! !:!!!! 稍微增大。由表7可以看出,在标准负荷情况下, 胎圈附近胎体单元的最大张应力受带束层宽度的影响随与胎圈距离的减小而显著增大I胎圈附近胎体单元的最大张应力随带束层宽度的增大而增大,但相对而言,386中网格对应的带束层宽度增大到宽网格
时,胎圈附近胎体单元的最大张应力增幅小得多,最大胎体张应力的均值、张应力幅值及张应力幅值的均值亦然。
此外,由表7可以看出,386窄网格对应的胎圈附近胎体单元与其它两种情况相比,其最大胎体张应力最小,而胎圈附近大多数胎体单元的张应力幅值较大。这明确揭示出,如果仅考虑胎圈附近胎体单元的张应力选取带束层宽度,则386窄网格对应的带束层宽度应首先舍弃。
4.4胎肩应力分析参数
胎肩附近的单元如图14所示。表8和9分别示出充气情况和标准负荷情况下胎肩附近单元的应力分析参数。由表8可以看出,在充气情况下,胎肩附近单元的应变能密度均值和Chris— tensen应力均值均随着带束层宽度的增大而增
大。如果仅考虑充气情况胎肩附近单元的应变能
第14届中国轮胎技术研讨会论文集
采6充气情况下眙圈附近胎体单元的张应力
密度和Christensen应力选取带柬层宽度,则386窄网格对应的带束层宽度应首先选取。
由表9可以看出,在标准负荷情况下,胎肩附近单元的最大应变能密度的均值、应变能密度幅值的均值、最大Christensen应力的均值及Chris— tensen应力幅值的均值均随着带束层宽度的增大而减小,这就明确揭示出,如果仅考虑胎肩附近单元的应力分析参数选取带束层宽度,则386窄网格对应的带束层宽度应首先舍弃。
根据充气情况和标准负荷情况下胎肩附近单元的应力分析参数来选取带束层宽度,得到两种相反的结果。根据标准负荷情况下胎肩附近单元的应力分析参数选取带束层宽度是正确的,因为轮胎在标准负荷情况下的受力比其在充气情况下的受力更逼近实际受力情况。
4.5轮胎带束层宽度对带束层张力
图15~17示出386窄、中、宽网格带束层张力在不同截面沿带束层宽度的变化。
应引起注意的是,386宽网格带束层张力在端部出现压缩(见图17。这样的带束层宽度是
裹7标准负荷情况下胎圈附近胎体单元的张应力
单元
386窄网格 386中网藉 386竟两格
最大张应力/MPa张应力幅值/MPa最大张虚力/MPa张应力幅值/MPa最大张应力/MPa张应力幅值/MPa
同相桥.载重子午线轮胎有限元分析技术及其应用 129
圈14轮胎艚扁附近单元示意
表9标准负荷情况下胎肩附近单元的应力分析参散
最大应变应变镌密最大 Christensen
单元能密度/度幅值/Christensen应力幅值/ (J?m一3 (J?m一3应力/MPa MPa
386窄舟格
s12.4098×10‘2.3492×1040.49570.4458
S23.6476X10‘3.6171×10‘0.46600.4160
S33.4400×10‘3.4066×10'0.46670.4168
Sl 3.4974×10‘3.4580×10‘0.47320.4231
S53.7776X10‘3.7453×1040.47530.4355
S63,83I 5X10‘3.8051×10‘0,4749o.4405
S73.9052×10‘3.8806×1040.47090.4459
S83.3310×10‘3.31D 8×10‘0.47470.4515
均值3.4800x10‘3.4466×10‘0.47470.4344 386中同梏
S1
S2
S4
S5
S6
s7
鹦均值 386宽同格 S1 S2
s3
Sl
s5
s6
甜鹞均值
2.1293×10'
3.3549×104
2.8455×10’
3.3756×l矿
3.6230×10‘
3.8560×104
4.07l 3×lO‘
3.6152×10‘
3.3589×10‘
1.9275×10‘
1.9578×104
2。2193×104
3.0174×104 3.0102×10‘3.6800X104 3.8606×10‘3.43Z 9X10‘2.8882×lo‘1.9615×104 3.2859×IO'
2.7973×10‘
3.3265×104 3.5837×104
3.8248×104
4.0457×104 3.5945×10‘3.3022×10‘1.7649×10t
1.8637×10‘
2.1555X104 2.9643×10‘
2.9601X10‘
3.6358×10‘3.82l l×104 3.4046×10‘2.8213×104 0.4491
0.4674
0.4384
0.4592
0.4596
0.4622
0.4620
0.4728
0.4588
0.4244
0.4092
0.4338
0.4734
0.4507
0.4542
0.4504
0.4609
0.4446
0,3863 0.3987 0.3813 0.4058 0.4186 0.4271 0.4376 0.4505 0.4133 O.3633 0.3378 0.369l 0.4192 0.4088 0.4155 0.4222 0.4354 0。3964
不适宜的。
通过对带柬层端点、胎体反包端点、胎肩附近单元的应力分析参数及胎圈附近胎体张应力和带束层张力的综合分析,认为386中网格对应的带束层宽度比其它两种带束层宽度更合适。
囤15带束层张力在不同截面沿带柬层宽度的变化 {386窄嗣格.最大值为
2.9450kN
田16带柬层张力在不同截面沿带束层宽度的变化 (386中田格。最大值为
2.9410kN
圈17带柬层张力在不同截面沿带束层宽度的变化 1386宽网格.最大值为
2.9407kN
5结语
本研究建立了轮胎有限元分析模型。在该模型中,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性。数值计算结果表明,该模型计算有效。此外,还探讨了这种轮胎有限元分析模型在轮胎结构优选中的应用。
130第14届中国轮胎技木研讨会论文集
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abaqus有限元分析过程
一、有限单元法的基本原理 有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元（FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。它在工程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。 有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。即应用有限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，并在每个单元上指定有限个结点，假设一个简单的函数（称插值函数）近似地表示其位移分布规律，再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法，建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程组，从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。由位移求出应变, 由应变求出应力 二、ABAQUS有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下几个阶段 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。
2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。 由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理， 并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到，这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。 “Part（部件） 用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。 Property（特性） 截面（Section）的定义包括了部件特性或部件区域类信息，如区域的相关材料定义和横截面形状信息。在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们赋于(Assign)部件。 Assembly（装配件） 所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部件。用户可使用Assembly模块生成部件的副本（instance），并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位，从而生成一个装配件。 一个ABAQUS模型只包含一个装配件。
有限元论文
机械结构有限元分析 作业名称：基于ANSYS的机械结构仿真学生姓名：陆宁 学号： 班级：机械电子工程103班 指导教师：谢占山老师 作业时间： 2013.05.28 二零一二----二零一三第二学习期
基于ANSYS的机械结构仿真 摘要：介绍了ANSYS优化设计模块，并针对机械结构优化设计给出了具体设计步骤，利用实例分析介绍ANSYS在机械结构优化设计中的应用。证明了ANSYS优化设计模块在机械结构优化设计上的方便性和可行性，为从事机械优化设计人员提供了新的方法和思路。 关键词：机械结构；ANSYS；优化设计；悬臂梁 前言：有现场合，比如，在研究桥梁的受迫振动时，由于激振载荷和和桥梁自重比较接近，所以桥梁自重是必须考虑的因素。激振载荷是正弦载荷，桥梁自重是静载荷，此时桥梁同时受静载荷和正弦载荷的作用。当结构只作用于静载荷时，可以用静力学分析计算其应力、应变等；当结构只作用于正弦载荷时，可以对其进行谐响分析。但是当结构同时作用于静载荷和正弦载荷时，却无法单独用静力学分析或谐响应分析来求解问题，因静力学分析要求载荷恒定，谐响应分析施加的载荷都是正弦载荷。如果用瞬态分析，则载荷就不能是从负无穷时刻到正无穷时刻的周期函数，即施加载荷要对正弦载荷进行加窗处理，势必存在误差，此时就应用有限元法进行分析。
一、基于ANSYS参数化语言的机械结构优化设计概述 机械最优化设计是在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的一门新学科，是根据最优化原理和方法综合各方面的因素，以人机配合方式或/自动探索0方式在计算机上进行的半自动或自动设计，以选出在现有工程条件下最佳设计方案的一种现代设计方法.人机连接的传媒是靠一些编程语言来实现，例如C、C十十、VC、FOR-TRAM 等等，这些语言要求用户必须有深厚的理论知识，对于普通用户实现起来就显得很困难。 ANSYS软件是容结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，其内嵌的参数化设计语言(APDL)用建立智能分析的手段为用户提供了自动完成循环的功能，即程序的输入可设定为根据指定的函数、变量以及选出的分析标准作决定.这样的功能扩展完全满足优化设计的要求，而且其强大的前处理建模、可视化界面也是其他优化语言所无法比拟的，更重要的是ANSYSAPDL编程语句简单，更具人性化即使是普通用户也能够掌握。 目前，关于利用ANSYS进行机械优化设计的文献鲜有报道[C17，本文具体剖析了ANSYS优化设计模块，并运用ANSYS12.0的参数化语言求解机械工程设计中的优化问题，给出了在机械优化设计方面的实现方法和具体实例，旨在为从事机械优化设计的人员提供一种新的方法和思路。
精讲solidworks有限元分析步骤
2013-08-29 17:31 by:有限元来源:广州有道有限元 1. 软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2. 使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。 ▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。
ANSYS实体建模有限元分析-课程设计报告
南京理工大学 课程设计说明书(论文) 作者:学号： 学院(系):理学院 专业:工程力学 题目:ANSYS实体建模有限元分析 指导者： (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 20 年月日
练习题一 要求： 照图利用ANSYS软件建立实体模型和有限元离散模型，说明所用单元种类、单元总数和节点数。 操作步骤： 拟采用自底向上建模方式建模。 1.定义工作文件名和工作标题 1)选择Utility Menu>File>Change Jobname命令，出现Change Jobname对话框，在[/FILNAM ] Enter new jobname文本框中输入工作文件名learning1，单击OK按钮关闭该对话框。 2)选择Utility Menu>File>Change Title命令，出现Change Title对话框，在[/TITLE] Enter new title文本框中输入08dp,单击OK按钮关闭该对话框。 2.定义单元类型 1)选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，出现Element Types对话框，单击Add按钮,出现 Library of Element Types 对话框。在Library of Element Types 列表框中选择 Structural Solid, Tet 10node 92，在Element type reference number文本框中输入1，单击OK按钮关闭该对话框。 2)单击Element Types对话框上的Close按钮，关闭该对话框。 3.创建几何模型 1)选择Utility Menu>P1otCtrls>Style>Colors>Reverse Video命令，设置显示颜色。 2)选择Utility Menu>P1otCtrls>View Settings>Viewing Direction命令，出现Viewing Direction对话框，在XV,YV,ZV Coords of view point文本框中分别输入1, 1, 1，其余选项采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。 3)建立支座底块 选择Main Menu>Preprocessor> Modeling>Create>volumes>Block>By Demensios 命令，出现Create Block by Demensios对话框，在X1,X2 X-coor dinates文本框
有限元法的基本思想及计算 步骤
有限元法的基本思想及计算步骤 有限元法是把要分析的连续体假想地分割成有限个单元所组成的组合体，简称离散化。这些单元仅在顶角处相互联接，称这些联接点为结点。离散化的组合体与真实弹性体的区别在于：组合体中单元与单元之间的联接除了结点之外再无任何关联。但是这种联接要满足变形协调条件，即不能出现裂缝，也不允许发生重叠。显然，单元之间只能通过结点来传递内力。通过结点来传递的内力称为结点力，作用在结点上的荷载称为结点荷载。当连续体受到外力作用发生变形时，组成它的各个单元也将发生变形，因而各个结点要产生不同程度的位移，这种位移称为结点位移。在有限元中，常以结点位移作为基本未知量。并对每个单元根据分块近似的思想，假设一个简单的函数近似地表示单元内位移的分布规律，再利用力学理论中的变分原理或其他方法，建立结点力与位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程，从而求解结点的位移分量。然后利用插值函数确定单元集合体上的场函数。显然，如果单元满足问题的收敛性要求，那么随着缩小单元的尺寸，增加求解区域内单元的数目，解的近似程度将不断改进，近似解最终将收敛于精确解。 用有限元法求解问题的计算步骤比较繁多，其中最主要的计算步骤为： 1）连续体离散化。首先，应根据连续体的形状选择最能完满地描述连续体形状的单元。常见的单元有：杆单元，梁单元，三角形单元，矩形单元，四边形单元，曲边四边形单元，四面体单元，六面体单元以及曲面六面体单元等等。其次，进行单元划分，单元划分完毕后，要将全部单元和结点按一定顺序编号，每个单元所受的荷载均按静力等效原理移植到结点上，并在位移受约束的结点上根据实际情况设置约束条件。 2）单元分析。所谓单元分析，就是建立各个单元的结点位移和结点力之间的关系式。现以三角形单元为例说明单元分析的过程。如图1所示，三角形有三个结点i，j，m。在平面问题中每个结点有两个位移分量u，v和两个结点力分量F x，F y。三个结点共六个结点位移分量可用列
有限元分析软件比较分析
有限元分析软件 有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50 年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS 在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC 进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA 以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS 软件与ANSYS 软件的对比分析： 1．在世界范围内的知名度：两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。由于ANSYS 产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS 的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS 软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2．应用领域：ANSYS 软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS 则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。 3．性价比：ANSYS 软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的
有限元分析课程论文2011
《ANSYS10.0基础及工程应用》考查要求 一、课程考核方式 撰写课程结课论文。 二、论文撰写范围 在掌握有限元基本理论及方法的基础上，运用《ANSYS10.0基础及工程应用》课程所学的建模，分网，加载，求解及后处理知识，针对某一你所熟悉的产品、设备或零件进行有限元计算分析。 三、论文撰写要求 １．论文按科技论文的标准格式撰写，包括有题目、作者、单位（班级、学号、联系方式）、摘要（200字左右）、关键词（3—4个）、正文及参考文献（包括作者姓名、文献名、出版社所在地、出版社名、出版时间等），正文引用文献要标出，严禁抄袭。２．全文字数不少于3000字。 ３．参考文献至少５篇。 4．统一以武汉理工大学华夏学院论文纸。
有限元分析课程要求 要求：1）个人至少分析3种方案并独立完成（可选择一个模型三种不同方案或三个不同模型的有限元分析；题目可从上机指南，有限元分析大作业试题中选择或自行选择算例），并将计算 结果分析在论文中较详细分析说明（包括几何模型视图、单元模型视图、结果云图，矢量 分布图，列表，命令流等及结果分析说明。） 2）课程论文应包括以下部分：（正文5号字体） A、引言； B、问题描述及几何建模； C、有限元建模（单元选择、节点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界条件 处理、求解控制） D、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判，如同一模型 则必须进行多方案计算比较，需讨论节点规模增减对精度的影响分析、单元 改变对精度的影响分析、不同网格划分方案、不同结构对结果的影响分析等） E、结论 F、参考文献 3）12月1日前必须完成，并递交课程论文报告（报告要求打印）。 4）学生的课程总评成绩由平时成绩（占30%）和期末考查成绩（占70%）两部分构成。平时成绩中包括出勤、作业、上机操作、学习主动性等。
solidworks进行有限元分析的一般步骤
1.软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2.使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。 ◇右键单击“实体文件夹”并选择“应用材料到所有”——所有零部件将被赋予相同的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下的某个具体零件文件夹并选择“应用材料到所有实体”——某个零件的所有实体(多实体)将被赋予指定的材料属性。 ◇右键单击“实体文件夹”下具体零件的某个“Body”并选择“应用材料到实体”——只有
(完整word版)有限元分析软件的比较
有限元分析软件的比较（购买必看）－转贴 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element A nalysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面： 增加设计功能，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，FEA在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。该系统发展至今已有几十个版本，是目前世界上规模最大、功能最强的有限元分析系统。从那时到现在，世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低的专用或通用有限元分析软件，主要有德国的ASKA、英国的PA FEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。 以下对一些常用的软件进行一些比较分析： 1. LSTC公司的LS-DYNA系列软件
有限元分析论文
用有限元分析Hyperworks结构 机制1091 19号何志强 论文关键词:拓扑优化形状优化精密铸造后悬置支架有限元分析 论文摘要: 本文主要阐述借助于Alatir公司的Hyperworks结构优化软件，对精密铸造产品进行结构优化设计，且以对某汽车驾驶室后悬置支架的结构优化为例，着重介绍了拓扑优化和形状优化在精密铸造产品结构设计上的应用方法及功能。事实表明拓扑优化和形状优化的联合应用，对精密铸造产品的结构设计起到非常关键的帮助作用，最后通过此软件对优化后的产品结构进行有限元分析，验证优化后产品结构的强度和刚度。 HyperWorks在精密铸造产品优化设计中的应用 一、引言 在当前的汽车工业中，减轻设计重量和缩短设计周期是两个突出的问题，在传统的设计中，由于机械产品机构的复杂性，长期以来主要应用经验类比设计，对产品结构作定性分析和经验类比估算，在决定实际结构时，一般都取较大的安全系数，结果使得产品都是“傻”、“大”、“粗”，使材料的潜力得不到充分发挥，产品的性能也得不到充分的把握。所以传统的汽车设计思路已经不能满足当前设计的需要。汽车轻量化设计开始占据了汽车发展中的主要地位，它既可以提高车辆的动力性，降低成本，减少能源消耗又能减少污染。但是，简单的汽车轻量化设计却是一把双刃剑，它在减轻汽车重量的同时，也牺牲了车辆的强度和刚度，甚至对产品的结构寿命也产生影响，在此情况下，有限元分析方法在汽车设计中的合理应用就得到了充分体现，经过近几年的实践证明，Altair公司的有限元分析技术以及拓扑优化技术在汽车行业获得了非常成功的应用。特别是对于一些结构复杂的汽车铸造结构件，Hyperworks 的有限元分析技术、拓扑优化和形状优化技术的推广使得材料的潜能及铸造的优势得到了充分的发挥。 本文将详细介绍利用Hyperworks的拓扑优化和形状优化技术对东风商用车驾驶室后悬置支架进行减重优化设计的应用过程。以及如何应用Hyperworks验证改进结构后的应力和应变情况，使该后悬置支架减重优化后的结构能够满足产品的使用性能和铸造工艺性要求。 二、有限元法的概念和优化设计流程确立 2.1有限元法和有限单元的概念 有限元法又称有限单元法，是结构分析的一种数值计算方法，它随着计算机的发展而应运而生，并得到了广泛应用，目前已成为工程数值分析的有力工具。在实际工程应用中，我们首先把CAD模型分割成有限个实体或者壳单元。一般作为实体单元所适合的结构，是具有三维形状变化的物体，不太适合棒状、平板状的物体。实体单元是利用3D-CAD所作
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
有限元分析及应用大作业
有限元分析及应用大作业 作业要求： 1）个人按上机指南步骤至少选择习题中3个习题独立完成，并将计算结果上交； 也可根据自己科研工作给出计算实例。 2）以小组为单位完成有限元分析计算； 3）以小组为单位编写计算分析报告； 4）计算分析报告应包括以下部分： A、问题描述及数学建模； B、有限元建模（单元选择、结点布置及规模、网格划分方案、载荷及边界 条件处理、求解控制） C、计算结果及结果分析（位移分析、应力分析、正确性分析评判） D、多方案计算比较（结点规模增减对精度的影响分析、单元改变对精度的 影响分析、不同网格划分方案对结果的影响分析等） 题一：图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；（注意ANSYS中用四边形单元退化为三节点三角形单元） 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。 解：1.建模： 由于大坝长度>>横截面尺寸，且横截面沿长度方向保持不变，因此可将大坝看作无限长的实体模型，满足平面应变问题的几何条件；对截面进行受力分析，作
用于大坝上的载荷平行于横截面且沿纵向方向均匀分布，两端面不受力，满足平面应变问题的载荷条件。因此该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况P=98000-9800*Y；建立几何模型，进行求解；假设大坝的材料为钢，则其材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3； 2：有限元建模过程： 2.1 进入ANSYS : 程序→ANSYS APDL 15.0 2.2设置计算类型: ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK 2.3选择单元类型: ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 182(三节点常应变单元选择Solid Quad 4node 182，六节点三角形单元选择Solid Quad 8node 183)→OK (back to Element Types window) →Option →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window) 2.4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 →OK 2.5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(10,0),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(6,0),3(0,10) →OK 2.6 网格划分： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →依次拾取两条直角边:OK→input NDIV: 15 →Apply→依次拾取斜边:OK →input NDIV: 20 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh:Areas, Shape: tri, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) →Close( the Mesh Tool window) 2.7 模型施加约束： 给底边施加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 给竖直边施加y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： 98000-9800*{Y}；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，参数名取meng，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取竖直边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷为meng参数名→OK 2.8 分析计算： ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load
ANSYS 有限元分析基本流程
第一章实体建模 第一节基本知识 建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。 一、实体造型简介 1．建立实体模型的两种途径 ①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模： ②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。 2．实体建模的三种方式 (1)自底向上的实体建模 由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。 (2)自顶向下的实体建模 直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。 (3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模 可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。 二、ANSYS的坐标系 ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。 ①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。 ②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。 ③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。 ④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。 1．全局坐标系 全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。总体坐标系是一个绝对的参考系。ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。4种全局坐标系有相同的原点，且遵循右手定则，它们的坐标系识别号分别为：0是笛卡尔坐标系(cartesian)，1是柱坐标系 (Cyliadrical)，2是球坐标系(Spherical)，5是Y-柱坐标系(Y-aylindrical)，如图2-1所示。
(完整)各种有限元分析软件比较
(完整)各种有限元分析软件比较 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)各种有限元分析软件比较）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)各种有限元分析软件比较的全部内容。
各种有限元分析软件比较 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统. 有限元分析具有确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等作用，越来越被应用,越来越的有限元分析也不断被开发出来，当我们在做有限元分析时,我们该选择什么样的软件？或者我们该学习什么软件?成了大多数人困惑的问题。看板网根据自己超过十年的有限元分析项目经验和培训经验，对各种有限元分析软件进行了一些比较，希望大家在选择时能够大家做参考。 有限元分析常用软件 国外软件 大型通用有限元商业软件：如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。还有三维结构设计方面的UG,CATIA，Proe等都是比较强大的。 国内软件 国产有限元软件：FEPG,SciFEA,JiFEX，KMAS等。 当然首先要明确你要用这个软件进行什么分析，一般会用到有限元分析的地方有：1。模流分析；2.结构强度分析;3。电磁场分析；4。谐响应分析（比如查找共振频率）；5。铸造分析。等等 ANSYS是商业化比较早的一个软件,目前公司收购了很多其他软件在旗下.ABAQUS 专注结构分析目前没有流体模块.MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。
有限元课程设计
有限元法分析与建模课程设计报告 学院：机械电子工程学院 专业：机械电子工程 指导教师：杜平安 学生：乔林 学号：201221080212 2012-12-10
摘要 摘要 连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动, 并把活塞上的力传 给曲轴连杆工作的小端做往复运动, 大端作旋转运动, 杆身做复杂的平面运动。本文用Pro/E建立连杆的三维模型，并运用ANSYS强大的有限元分析和优化功能来实现连杆的分析ANSYS 是一款极其强大的有限元分析软件。通过数据接口，ANSYS 可以方便的实现从CAD 软件中导入实体模型。因此，将Pro/E强大的 建模功能与ANSYS 优越的有限元分析功能结合在一起可以极大地满足设计者 在设计过程中对建模与分析的需求。 关键词：连杆，有限元，Pro/E，ANSYS
ABSTRACT ABSTRACT The role oftheconnecting rodisthesmall end ofthereciprocation of the pistonintoarotational movementofthecrankshaft, and to transmittheforceon the pistontothecrankshaft connecting rodreciprocates, thebig endfor pivotal movement, Shaftdo complexplanar motion. The establishment ofalinkageof thethree-dimensionalmodelusingPro / E, thepowerfulANSYSfinite elementanalysis andoptimization capabilitiestoachievetheconnecting rodfatigueanalysisANSYSisan extremelypowerfulfinite element analysis software. Throughthedata interface, ANSYS canfacilitate the realization ofsolid modelsimportedfromCAD software. Therefore,thesuperiorpowerfulmodeling capabilitiesofPro / Eand ANSYSfinite elementanalysis capabilitiestogethercanmeetthedesignersin the design processmodelingand analysis. Keywords:rod, finite element, Pro / E, ANSYS
课程设计ANSYS有限元分析(最完整)
有限元法分析与建模课程设计报告 学院：机电学院 专业：机械制造及其自动化指导教师：**** 学生：* *** 学号：2012011**** 2015-12-31
摘要 本文通过ANSYS10.0建立了标准光盘的离心力分析模型，采用有限元方法对高速旋转的光盘引起的应力及其应变进行分析，同时运用经典弹性力学知识来介绍ANSYS10.0中关于平面应力问题分析的基本过程和注意事项。力求较为真实地反映光盘在光驱中实际应力和应变分布情况，为人们进行合理的标准光盘结构设计和制造工艺提供理论依据。 关键词：ANSYS10.0；光盘；应力；应变。
目录 第一章引言 (3) 1.1 引言 (3) 第二章问题描述 (4) 2.1有限元法及其基本思想 (4) 2.2 问题描述 (4) 第三章力学模型的建立和求解 (5) 3.1设定分析作业名和标题 (5) 3.2定义单元类型 (6) 3.3定义实常数 (9) 3.4定义材料属性 (12) 3.5建立盘面模型 (14) 3.6对盘面划分网格 (22) 3.7施加位移边界 (27) 3.8施加转速惯性载荷并求解 (30) 第四章结果分析 (32) 4.1 旋转结果坐标系 (32) 4.2查看变形 (33) 4.3查看应力 (35) 总结 (38) 参考文献 (39)
第一章引言 1.1 引言 光盘业是我国信息化建设中发展迅速的产业之一，认真研究光盘产业的规律和发展趋势，是一件非常迫切的工作。光盘产业发展的整体性强，宏观调控要求高，因此，对于光盘产业的总体部署、合理布局和有序发展等问题，包括节目制作、软件开发、硬件制造、节目生产、技术标准等。 在高速光盘驱动器中，光盘片会产生应力和应变，在用ANSYS分析时，要施加盘片高速旋转引起的惯性载荷，即可以施加角速度。需要注意的是，利用ANSYS施加边界条件时，要将内孔边缘节点的周向位移固定，为施加周向位移，而且还需要将节点坐标系旋转到柱坐标系下。 本文通过ANSYS10.0建立了标准光盘的离心力分析模型，采用有限元方法对高速旋转的光盘引起的应力及其应变进行分析，同时运用经典弹性力学知识来介绍ANSYS10.0中关于平面应力问题分析的基本过程和注意事项。
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