动态分析有限元法注意的几个问题

动态分析有限元法注意的几个问题
动态分析有限元法注意的几个问题

动态分析有限元法注意的几个问题:

1动态分析又称动力分析,包括固有特性分析和响应分析。固有特性由固有频率、振型等一组模态参数组成,它由结构本身(质量和刚度分布)决定,而与外部载荷无关,但决定了结构对动载荷的响应;响应分析是计算结构对给定动载荷的各种响应特性,包括位移响应、速度响应、加速度响应以及动应变和动应力等。

2动态分析有限元法中,仍以节点位移{q}作为基本未知量,但这时{q}不仅是坐标的函数,而且也是时间的函数。

3由于节点具有速度和加速度,结构将受到阻尼和惯性力的作用。

4动态分析中,除刚度矩阵外,单元特性矩阵还包括质量矩阵和阻尼矩阵。

5结构的固有特性由结构本身决定,与外部载荷无关,它由一组模态参数定量描述。模态参数包括固有频率、模态阵型、模态质量、模态刚度和模态阻尼比等,其中最重要的参数是固有频率、模态阵型和模态阻尼比。

6固有特性分析就是对模态参数进行计算,其目的之一避免结构出现共振和有害的振型,二是为响应分析提供必要依据。

7阻尼对固有频率和振型影响不大。

8振型是结构按频率振动时各自由度方向振幅间的相对比例关系,它反映了结构振动的形态,并不是振幅的绝对大小。

9固有特性分析实际上就是求解广义特征值的问题。

10响应分析的目的是计算结构在动载荷作用下,节点位移、速度和加速度的变化规律。

有限单元法与有限元分析

有限单元法与有限元分析 1.有限单元法 在数学中,有限元法(FEM,Finite Element Method)是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解,每个子区域都成为简单的部分,这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法,使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想,有限元法包含了一切可能的方法,这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来,并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。 随着电子计算机的发展,有限单元法是迅速发展成一种现代计算方法。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。 1.1.有限元法分析本质 有限元法分析计算的本质是将物体离散化。即将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型,这一步称作单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来;单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质,描述变形形态的需要和计算精度而定(一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确,即越接近实际变形,但计算量越大)。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物,而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样,用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理,则所获得的结果就与实际情况相符合。 1.2.特性分析 1)选择位移模式: 在有限单元法中,选择节点位移作为基本未知量时称为位移法;选择节点力作为基本未知量时称为力法;取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化,所以,在有限单元法中位移法应用范围最广。 当采用位移法时,物体或结构物离散化之后,就可把单元总的一些物理量如

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

工程有限元分析_复习题

《工程中的有限元方法》复习提纲 第1章引言 1.简要论述求解工程问题的一般方法和步骤; 图1-1 工程问题的一般求解步骤 2.简要论述有限元方法求解问题的一般步骤

3.说明ANSYS中关于单位制的使用问题 第2章弹性力学问题有限元分析 4.出一道由单刚组装总刚的问题 5.为什么位移有限元得到的应力结果的精度低于位移结果?在当前计算结 果的基础上如何进一步提高应力结果的精度? 6.弹性力学平面问题包括____和____两类,举例说明; 7.平面问题三角常应变有限元中形函数之和为____; 8.什么是命令流文件?编写命令流文件的方法有哪些?如何调试你编写的 命令流文件?结构分析时采用命令流文件的方式有哪些好处? 第3章单元分析 9.有限元解的收敛准则是什么?进行简单的解释。 10.以下几条曲线,哪条对应的计算过程是收敛的? 11.常见的力学问题中,哪些属于C0问题?哪些属于C1问题?二者有什么 不同? 12.为什么ANSYS等商用软件中只提供最高二阶的单元,而没有更高阶的 单元?

13.Serendipity单元和Lagrange矩形单元相比,其不同点在哪里?有什么优 点和缺点? 14.提高有限元计算精度的三种方法是什么?进行简要的阐述。 15.等参变换中的Jacob矩阵有什么物理意义?其行列式又有什么几何意 义? 16.什么是完全积分、减缩积分和选择积分? 17.什么情况下会出现剪切自锁问题?如何解决这个问题? 18.什么情况下会出现体积自锁问题?如何解决这个问题? 19.为什么有时候需要采用减缩积分?减缩积分可能带来什么问题?如何解 决这个问题? 第4章桁架结构有限元分析 20.给定一个微分方程,如何建立其等效积分形式和等效积分弱形式?二者 区别在哪里?为什么后者在数值分析中得到更多的应用? 21.不同的加权余量法的区别在哪里?什么是加权余量法的伽辽金格式? 22.自然边界条件和强制边界条件的区别是什么?为何这样命名?举例说明 在应力分析和温度场分析时自然边界条件和强制边界条件分别是什么? 23.为什么基于最小势能原理的有限元解是下限解,即总体位移和真实值相 比偏小? 24.会手工计算简单的一维杆件结构,如: 已知p、a、b、EA,用有限元计算两端反力及杆件应力:

基于有限元法和极限平衡法的边坡稳定性分析

目录 摘要 (1) 1引言 (1) 2 简要介绍有限元和极限平衡方法 (1) 3影响边坡稳定性的因素 (2) 3.1水位下降速度的影响 (2) 3.2 不排水粘性土对边坡失稳的影响 (5) 3.3 裂缝位置的影响 (9) 4 总结和结论 (12)

基于有限元法和极限平衡法的边坡稳定性分析 摘要:相较于有限元分析法,极限平衡法是一种常用的更为简单的边坡稳定性分析方法。这两种方法都可用于分析均质和不均质的边坡,同时考虑了水位骤降,饱和粘土和存在张力裂缝的条件。使用PLAXIS8.0(有限元法)和SAS-MCT4.0(极限平衡方法)进行了分析,并对两种方法获得的临界滑动面的安全系数和位置进行了比较。 关键词:边坡稳定;极限平衡法;有限元法;PLAXIS;SAS-MCT 1.引言 近年来,计算方法,软件设计和高速低耗硬件领域都得到快速发展,特别是相关的边坡稳定性分析的极限平衡法和有限元方法。但是,使用极限平衡方法来分析边坡,可能会在定位临界滑动面(取决于地质)时出现几个计算困难和前后数值不一致,因此要建立一个安全系数。尽管极限平衡法存在这些固有的局限性,但由于其简单,它仍然是最常用的方法。然而,由于个人电脑变得更容易获得,有限元方法已越来越多地应用于边坡稳定性分析。有限元法的优势之一是,不需要假设临界破坏面的形状或位置。此外,该方法可以很容易地用于计算压力,位移,路堤空隙压力,渗水引起的故障,以及监测渐进破坏。 邓肯(1996年)介绍了一个综合观点,用极限平衡和有限元两种方法对边坡进行分析。他比较了实地测量和有限元分析的结果,并且发现一种倾向,即计算变形大于实测变形。Yu 等人(1998年)比较了极限平衡法和严格的上、下界限法对于简单土质边坡的稳定性分析的结果,同时,他们也将采用毕肖普法和利用塑性力学上、下限原理的界限法得到的结果进行了比较。Kim等人(1999年)同时使用极限平衡法和极限分析法对边坡进行分析,发现对于均质土边坡,得自两种方法的结果大体是一致的,但是对于非均质土边坡还需要进行进一步分析工作。Zaki(1999年)认为有限元相对于极限平衡法更显优势。Lane和Griffiths (2000年) 提出一个看法,用有限元方法在水位骤降条件下评价边坡的稳定性,应绘制出适用于实际结构的操作图表。Rocscience有限公司(2001年)提出了一个文件,概述了有限元分析方法的能力,并通过与各种极限平衡方法的结果比较,提出了有限元方法更为实用。Kim等人(2002年)用上、下界限法和极限平衡法分析了几处非均质土体且几何不规则边坡的剖面。这两种方法给出了类似有限元分析法产生的安全系数,临界滑动面位置。 2.简要介绍有限元和极限平衡方法 有限元法(FEM)是一个应用于科学和工程中,求解微分方程和边值问题的数值方法。进一步的细节,读者可参考Clough和Woodward(1967年),Strang和Fix(1973年),Hughes(1987年),Zienkiewicz和Taylor(1989年)所做的研究工作。 PLAXIS 8版(Brinkgreve 2002年)是一个有限元软件包,应用于岩土工程二维的变形和 折稳定性分析。该程序可以分析自然成型或人为制造的斜坡问题。安全系数的确定使用c

自补偿液体静压轴承静动态特性有限元分析

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1716574992.html, 自补偿液体静压轴承静/动态特性有限元分析 作者:佐晓波尹自强王建敏李圣怡 来源:《湖南大学学报·自然科学版》2014年第01期 摘要:对一种新型的自补偿双锥面液体静压轴承进行了理论和实验研究.介绍了自补偿双锥面液体静压轴承结构与工作原理,采用小扰动法建立了其润滑油膜的理论模型,自补偿节流公式中计入了转子移动对节流间隙的影响.采用有限元方法求解了轴承的承载力、流量、刚度和阻尼系数,通过对承载力的测试验证了模型的可行性.结果表明:自补偿双锥面液体静压轴承比同条件下固定节流静压轴承的径向承载力高,且其在较小载荷下工作时具有较高刚度. 关键词:液体静压轴承;自补偿;静态特性;动态特性;有限元;小扰动方法 中图分类号:TH133.3 文献标识码:A 液体静压轴承具有承载力大,刚度高,阻尼特性好和磨损小等一系列优点,在精密机床主轴、导轨和转台等基础设备中有着广泛的应用.节流器对静压轴承的静、动态性能具有重要影响.常用的轴承节流器包括小孔、毛细管、狭缝等固定节流器和薄膜等可变节流器,其在现有文献中有较深入的研究.Chen等[1]对毛细管节流静压轴承性能进行了理论研究,郭力等[2]则对毛细管节流的大型动静压轴承进行了实验研究, Chen等[3]以及 Nicodemus和Sharma[4]研究 了小孔节流静压轴承性能,结果均表明节流参数的选择对轴承性能具有重要影响.Sharma等[5]研究了狭缝节流轴颈轴承,指出其失稳速度比毛细管和小孔节流轴承高.郭力等[6]则提出一种圆隙缝节流静压轴承,计算表明其性能优于传统狭缝节流轴承.Singh等[7]和Brecher等[8]研究了薄膜节流多腔静压轴承的特性.Gao等[9-10]分析了一种采用PM流量控制器的新型薄膜节流静压轴承的静态和动态特性.以上类型轴承,节流器的设计、制造往往较为复杂.自补偿节流轴承不使用节流器,采用自身结构实现节流,其性能介于固定节流和薄膜节流之间.夏恒青[11]和王瑜[12]分别对自补偿液体静压轴颈轴承的节流腔结构和动态性能进行了研究.Kane等[13]将节流间隙与承载间隙设计成呈角度相交的两段,制造了一种适用于转台的自补偿静压轴承.现有文献中对自补偿轴承的报道相对较少.本文设计了一种新型的自补偿液体静压轴承,采用小扰动理论建立了轴承计算模型,并采用有限元法计算了其静、动态特性. 1自补偿静压轴承结构及其节流原理 轴承结构示意图如图1(a)所示.轴承采用双锥面形式,主轴由两个圆锥零件和一个连接块组装而成,定子上安装节流环,由节流环的外表面与转子相应配合表面形成的间隙实现润滑油的节流,因不采用传统形式的节流器,所以称为自补偿静压轴承.图1(b)所示为轴承实物

有限元分析理论基础

有限元分析概念 有限元法:把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元(子域)所构成,其模型给出基本方程的分片(子域)近似解,由于单元(子域)可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸,所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件 有限元模型:它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成,单元之间通过节点连接,并承受一定载荷。 有限元分析:是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。并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。 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的,所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中,材料的应力与应变呈线性关系,满足广义胡克定律;应力与应变也是线性关系,线弹性问题可归结为求解线性方程问题,所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法,也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别: 1)非线性问题的方程是非线性的,一般需要迭代求解; 2)非线性问题不能采用叠加原理; 3)非线性问题不总有一致解,有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类:

1)材料非线性问题 材料的应力和应变是非线性的,但应力与应变却很微小,此时应变与位移呈线性关系,这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系,所以,一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据,有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟,尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有:非线性弹性(包括分段线弹性)、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2)几何非线性问题 几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时,应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题,橡胶部件形成过程为大应变问题。 3)非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中,接触和摩擦的作用不可忽视,接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题,如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等,当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。

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

(完整版)基于ANSYS的重力坝三维静动态结构分析

基于ANSYS 的重力坝三维静动态结构分析 目录 1 引言..................................................................... 1.. 2 工程概况................................................................. 1... 3 基本资料................................................................. 1... 3.1 反应谱............................................................ 1... 3.2 材料参数.......................................................... 2... 3.3 规范要求.......................................................... 2... 4 分析简介................................................................. 4... 4.1 分析模型.......................................................... 4... 4.2 边界条件.......................................................... 6... 4.3 荷载工况.......................................................... 6... 5 计算成果................................................................. 7... 5.1 工况一............................................................. 7... 5.2 工况二............................................................ 8... 5.3 工况三 1..0. 5.4 工况四 1..1. 5.5 工况五 1.. 2. 5.6 工况六 1..4. 5.7 结果总结及分析 1..5 6 结论及建议 1..7. 7 分析命令流 1..7.

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。

国内外主要有限元分析软件比较

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。 常见软件 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。 软件对比 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:1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名:1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名:1、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

有限元法及其在工程中的应用

机械与汽车学院 曹国强 主要内容: 1、有限元法的基本思想。 2、结构力学模型的简化和结构离散化。 3、有限元法的实施过程。 一、有限元法的基本思想 有限元法是随着计算机的发展而发展起来的一种有效的数值方法。其基本思想是:将连续的结构分割成数目有限的小单元体(称为单元),这些小单元体彼此之间只在数目有限的指定点(称为节点)上相互连接。用这些小单元体组成的集合体来代替原来的连续结构。再把每个小单元体上实际作用的外载荷按弹性力学中的虚功等效原理分配到单元的节点上,构成等效节点力,并按结构实际约束情况决定受约束节点的约束。这一过程称为结构的离散化。其次,对每个小单元体选择一个简单的函数来近似地表示其位移分量的分布规律,并按弹性力学中的变分原理建立起单元节点力和节点位移之间的关系(单元刚度方程),最后,把全部单元的节点力和节点位移之间的关系组集起来,就得到了一组以结构节点位移为未知量的代数方程组(总体刚度方程),同时考虑结构的约束情况,消去那些结构节点位移为零的方程,再由最后的代数方程组就可求得结构上有限个离散节点的各位移分量。求得了结构上各节点的位移分量之后,即可按单元的几何方程和物理方程求得各单元的应变和应力分量。 有限元法的实质就是把具有无限个自由度的连续体,理想化为有限个自由度的单元的集合体,使问题简化为适合于数值解法的结构型问题。 经典解法(解析法)与有限元法的区别 解析法 { } 建立一个描述连续体性质的偏微分方程组 有限元解法 连续体 数目增加到∞ 大小趋于0 微元 有限元 离散化 (单元分析)集合 总体分析 求得近似解

二、结构力学模型的简化和结构离散化 (一)结构力学模型的简化 用有限元法研究实际工程结构问题时,首先要从工程实际问题中抽象出力学模型,即要对实际问题的边界条件、约束条件和外载荷进行简化,这种简化应尽可能地反映实际情况,不至于使简化后的解答与实际差别过大,但也不要带来计算上的过分复杂,在力学模型的简化过程中,必须判断实际结构的问题类型,是二维问题还是三维问题。如果是平面问题,是平面应力问题,还是平面应变问题。同时还要搞清楚结构是否对称,外载荷大小和作用位置,结构的几何尺寸和力学参数(弹性模量E、波松比μ等)。 (二)结构的离散化 将已经简化好的结构力学模型划分成只在一些节点连续的有限个单元,把每个单元看成是一个连续的小单元体,各单元之间只在一些点上互相联结,这些点称作节点,每个单元体称为一个单元。用只在节点处连接的单元的集合体代替原来的连续结构,把外载荷按虚功等效原理移置到有关受载的节点上,构成节点载荷,把连续结构进行这样分割的过程称为结构的离散化。现举例说明。 设一平面薄板,中间有一个园孔,其左端固定,右端受面力载荷q,试对其进行有限元分割和力学模型简化。

橡胶件的静、动态特性及有限元分析

橡胶件的静、动态特性及有限元分析 北方交通大学 硕士学位论文   橡胶件的静、动态特性及有限元分析   姓名:郑明军 申请学位级别:硕士 专业:车辆工程 指导教师:谢基龙   2002.2.1 file:///E|/Material/new download/Y476948/Paper/pdf/fm.htm2007-7-3 11:31:00

目录 文摘 英文文摘 第一章绪论 1.1引言 1.2选题背景 1.3本论文的主要研究内容第二章橡胶类材料的本构关系 2.1引言 2.2橡胶材料的本构关系2.2.1橡胶材料的统计理论2.2.2橡胶材料的唯象理论2.3橡胶材料的应力应变关系2.4小结 第三章非线性橡胶材料的有限单元法 3.1引言 3.2非线性橡胶材料的罚有限元法3.3非线性橡胶材料的混合有限元法3.4非线性橡胶材料的杂交有限元法 3.5ANSYS软件的非线性有限元分析方法3.6小结 第四章橡胶材料常数的研究 4.1引言 4.2测定橡胶材料常数的实验方法 4.3 Mooney-Rivlin型橡胶材料常数C1和C2的测定4.4橡胶硬度对Mooney-Rivlin型橡胶材料常数的影响 4.4.1橡胶硬度与弹性模量的关系4.4.2橡胶柱的压缩试验 4.4.3橡胶柱的有限元分析 4.4.4橡胶支座的有限元分析 4.4.5不同硬度下橡胶材料常数C1和C2的确定5小结 第五章橡胶夹层的断裂分析 5.1引言 5.2双悬臂橡胶夹层梁的有限元分析5.2.1试验研究 5.2.2有限元分析 5.2.3计算结果分析 5.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.3.1双悬臂橡胶夹层梁界面J积分5.3.2双悬臂橡胶夹层梁应变能释放率G 5.3.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.4双剪切橡胶夹层的有限元分析 5.5双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 5.5.1双剪切橡胶夹层界面断裂韧性 5.5.2双剪切橡胶夹层的断裂力学分析 6小结 第六章橡胶弹性车轮动态特性分析 6.1引言 6.2橡胶弹性车轮的特点 6.3橡胶弹性车轮的结构 6.4橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.1橡胶弹性车轮的有限元分析 6.4.2橡胶弹性车轮的减振效果 6.4.3橡胶硬度对弹性车轮动态特性的影响6.5小结 第七章结论 7.1橡胶材料常数的研究 7.2橡胶夹层的断裂分析 7.3橡胶弹性车轮动态特性分析 参考文献 致谢

有限元法分析过程

有限元法分析过程 有限元法分析过程大体可分为:前处理、分析、后处理三大步骤。 对实际的连续体经过离散化后就建立了有限元分析模型,这一过程是有限元的前处理过程。在这一阶段,要构造计算对象的几何模型,要划分有限元网格,要生成有限元分析的输入数据,这一步是有限元分析的关键。 有限元分析过程主要包括:单元分析、整体分析、载荷移置、引入约束、求解约束方程等过程。这一过程是有限元分析的核心部分,有限元理论主要体现在这一过程中。 有限元法包括三类:有限元位移法、有限元力法、有限元混合法。 在有限元位移法中,选节点位移作为基本未知量; 在有限元力法中,选节点力作为未知量; 在有限元混合法中,选一部分基本未知量为节点位移,另一部分基本未知量为节点力。 有限元位移法计算过程的系统性、规律性强,特别适宜于编程求解。一般除板壳问题的有限元应用一定量的混合法外,其余全部采用有限元位移法。因此,一般不做特别声明,有限元法指的是有限元位移法。 有限元分析的后处理主要包括对计算结果的加工处理、编辑组织和图形表示三个方面。它可以把有限元分析得到的数据,进一步转换为设计人员直接需要的信息,如应力分布状态、结构变形状态等,并且绘成直观的图形,从而帮助设计人员迅速的评价和校核设计方案。 附:FELAC 2.0软件简介 FELAC 2.0采用自定义的有限元语言作为脚本代码语言,它可以使用户以一种类似于数学公式书写和推导的方式,非常自然和简单的表达待解问题的微分方程表达式和算法表达式,并由生成器解释产生完整的并行有限元计算C程序。 FELAC 2.0的目标是通过输入微分方程表达式和算法之后,就可以得到所有有限元计算的程序代码,包含串行程序和并行程序。该系统采用一种语言(有限元语言)和四种技术(对象技术、组件技术、公式库技术生成器技术)开发而成。并且基于FELAC 1.0的用户界面,新版本扩充了工作目录中右键编译功能、命令终端输入功能,并且丰

齿轮动态啮合有限元分析

齿轮动态啮合有限元分析 作者:陕西法士特齿轮有限公司孙春艳郭君宝 齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。通常齿轮安装于轴上并通过键连接,转矩从驱动轴经键、齿轮体和轮齿最终传递到从动轮的齿轮。在这一过程中,齿轮承受应力作用。另外,为了润滑齿轮传动与减少齿轮传动时产生的热量,通常在齿轮轮体上开设润滑油孔(图1)。油孔的开设位置将影响齿轮的应力及其分布,进而影响齿轮疲劳寿命。 图1中的齿轮A在实际使用过程中,经常发生油孔附近轮齿断裂的现象。本文的目的在于计算齿轮动态啮合过程的应力分布,得到齿轮轮齿根部应力及接触应力的分布情况,从而为齿轮的结构优化提供理论依据。 传动齿轮在工作中速度高,所受载荷大,引起的应力情况复杂。传统的齿轮强度分析是建立在经验公式基础上的,其局限性和不确定性日益突出。有限元方法在齿轮仿真分析中的应用,提高了齿轮设计计算精度。目前,轮齿接触有限元分析多建立在静力分析基础上,未考虑动力因素的影响。而在齿轮轮齿啮合过程中,动力因素对轮齿的受力和变形状态会产生较大的影响,尤其在轮齿啮入和啮出时,由于轮齿受力变形,会产生较大的啮合冲击。本文应用参数化方法首先建立齿轮轮齿的精确几何模型,然后采用动力接触有限元方法,对齿轮轮齿啮合过程中的应力变化情况进行仿真分析,得到轮齿应力在啮合过程中随时间的变化情况。 本文主要针对图1中的齿轮A和与其配对齿轮在运转过程中的应力变化情况进行有限元分析。其主要参数为:主动齿轮齿数20,从动齿轮齿数19,模数4.5,压力角为20°,齿宽为23mm,从动齿轮上所受扭矩为400N·m。

如图2 所示,首先利用Pro/ENGINEER软件建立四齿对啮合的齿轮轮齿几何模型。这是因为,对于重合度大于1的齿轮副,需要考虑几对轮齿同时啮合的情况,建立多对轮齿的几何模型,在此基础上划分有限元网格,如图3所示。由于轮齿接触区域很小,需要对接触齿面的有限元网格加密。边界条件为约束齿轮内圈表面节点的径向和轴向位移,只保留沿轴向的转动自由度。在主动齿轮上施加轴向的角速度载荷,在从动齿轮上施加扭矩负载,然后应用显式非线性动力有限元方法进行求解。对于动力接触这种非线性问题,可采用拉格朗日增量描述法。设质点在初始时刻的坐标为Xi,任意时刻t,该质点坐标为xi,质点运动方程为:xi=xi(Xi,t), i=1,2,3。结合动量方程、质量守恒方程和能量方程,并考虑沙漏效应和阻尼影响,得到总体运动方程: 其中M为集中质量矩阵;P为总体载荷矢量;F为单元应力场的等效节点力矢量组集而成; H 为总体结构沙漏粘性阻尼矩阵;为总体节点加速度矢量; C为阻尼矩阵。对总体运动方程采用显式时间积分法求解。本文采用ABAQUS 有限元分析软件对上述模型进行有限元分析,得到该对齿轮的一对轮齿啮合全过程,及Von Mises应力变化,如图4 所示。

工程有限元实例分析

溜槽挡板槽帮的有限元分析 摘要:本文根据刮板输送机溜槽在煤矿井下推溜工况下时的受力情况,对溜槽挡板槽帮建立力学模型。根据计算得溜槽挡板槽帮最大的载荷值及其作用部位,结合Solidworks和ABAQUS软件强大的CAD/CAE功能建立挡板槽帮的实体模型并对其进行有限元分析。根据溜槽在井下的实际工作情况,重点分析挡板槽帮的凹、凸端头和推移耳这三个部位的强度。通过有限元分析,明确挡板槽帮在实际工作中易损部位,并为槽帮的焊接制造提供建设性建议。 关键词:刮板输送机;溜槽挡板槽帮;ABAQUS有限元分析 Chute Baffle Slot for Finite Element Analysis Abstract: In this paper, according to the stress situation of scraper conveyor chute in coal mine underground pushing conditions, establishing the mechanical model of chute baffle slot. Based on the calculation of chute baffle groove for maximum load value and its location, solid and finite element analysis model is established for the baffle slot combining with SolidWorks and ABAQUS software with powerful function of CAD/CAE. In the light of the chute's actual working situation in the mine, taking the strength analysis for baffle of concave convex end and passes the ear of the three parts as emphasis. By the finite element analysis, the baffle vulnerable in practical work site can be clear, so as to help the groove welding manufacturing provide constructive advices. Key words: scraper conveyor; baffle; ABAQUS finite element analysis

有限元极限载荷分析法在压力容器分析设计中的应用2010

有限元极限载荷分析法在压力容器分析设计中的应用2010-07-15 10:39:54| 分类:分析设计| 标签:极限分析分析设计asme规范先进设计方法经验分享|字号大 中 小订阅 在某炼化一体化项目中,几个加氢反应器均采用分析法设计。详细设计时,国内计算后,反应器的主要受压元件厚度均要比专利商建议的厚度多出10~30mm不等。这其中有国内设计出于保守的考虑,另一个原因:同是采用分析设计,ASME的非线性分析相对先进一点。参与国际竞争时,先进的设计方法值得我们研究。 1.背景 随着中国加入WTO,国内各工程公司正积极走向海外。随之进入国际市场的压力容器产品也面临着严峻的挑战,为了在国际舞台上获得竞争优势,各工程公司必须采用先进的技术设计出更安全和更低成本的产品。压力容器分析设计是力学与工程紧密结合产物,解决了常规设计无法解决的问题,代表了近代设计的先进水平[1]。过去,国内分析设计通常采用弹性应力分析法,通过路径分析,应力线性化处理获得路径上的一次应力和二次应力,进而进行强度评定。该方法主要存在以下问题:⑴对大多数情况是安全可靠的,但对某些结果可能出现安全裕度不足的情况(如球壳开打孔);⑵如何对有限元法求解获得的总应力分解并正确分类遇到了困难。假如把一次应力误判为二次,则设计的结果将非常危险,反之,把二次应力误判为一次,则又非常保守。文[2]5.2.1.2节明确提到:应力分类需特殊的知识和识别力,应力分类方法可能产生模棱两可的结果。国内专家亦也认为对应力进行正确的分类存在一定困难[3-6]。 以弹性分析代替塑性分析,是一种工程近似方法。实际结构的破坏往往是一个渐进过程,随着载荷的增加,高应力区首先进入屈服,载荷继续增加时塑性区不断夸大,同时出现应力重新分布。当载荷增大到某一值时,结构变为几何可变机构,此时即使载荷不在增加,变形也会无限增大,发生总体塑性变形(overall plastic deformation),此时的载荷称为“极限载荷(limit load)”。 极限载荷分析法(下文简称极限分析)的目的是求出结构的极限载荷。在防止塑性垮塌失效时,极限分析相比弹性应力分析更接近工程实际,同时避免了应力分类,对防止塑性垮塌有比较精确的评定。 2.极限载荷的求解方法 塑性力学提出极限分析法由来已久。经典的极限分析方法有如下3种[8]:(1)广义内力与广义变形法;(2)上限定理与下限定理法;(3)静力法和机动法。经典解法的分析与计算均很复杂,只能应用于少数结构简单的压力容器元件,从而使极限分析的工程应用受到了限制。 上世纪七十年代出现三维有限元计算后,有限元的应用大大扩展。为了适应工程需要,有限元极限分析应运而生,形成了分析设计中的一个重要分支,它使得复杂的塑性极限分析可以通过计算机数值计算得以解决。在不久的将来,极限分析必与弹性应力分析法、弹-塑性应力分析法一同形成三足鼎立之势。极限分析的模型精度和计算成本居后两者之间。

工程数值方法与有限元分析

工程数值方法与有限元分析 (机械工程学院机械类专业) 课程号: 周学时:4 学分:3 课程类别: 预修课程:高等数学,线性代数,力学基础课 面向对象:机械类专业学生 教学方式:多媒体教学 教学目的和教学要求: 在科学研究与工程技术中,经常遇到数学模型的求解问题。然而在许多情况下,要获得模型问题的准确解往往是十分困难的,甚至是不可能的。因此,研究各种数学问题的近似解法非常必要。计算方法是一门与计算机应用密切结合的实用性很强的课程,它专门研究各种数学问题的一类近似解法,从一组原始数据出发,按照确定的运算规则进行有限步运算,最终获得问题的数值形式且满足精度要求的近似解。 通过对《计算方法》的学习,掌握数值计算的基本概念和基本理论,深入理解方法的设计原理与处理问题的技巧,重视误差分析与收敛性、数值稳定性,注重利用计算机进行科学计算能力的培养,并熟练掌握Matlab 软件,会用Matlab实现各种计算方法。 在此基础上进一步学习数值计算的集大成者-有限元方法, 了解有限元方法的基础知识及其在机械、机械电子领域中的应用,掌握有限元方法的基本原理与分析过程,包括静力学、动力学、非线性力学、热场、电磁场等的建模及分析。学生可使用有限元软件进行机械零件及系统的实例分析,并对分析结果进行评价,指导和优化机械零件及系统的设计。本课程面向机械电子专业及机械类相关专业的高年级本科生 课程简介: 内容主要包括:计算机上常用的数值计算方法以及有关的基本概念与理论,主要有误差、非线性方程求根、线性代数方程组的解法、插值与拟合、数值微分与数值积分、常微分方程初值问题的数值解法。并且算法面向计算机,注重培养学生运用计算机进行科学计算解决工程问题的能力。并熟练掌握Matlab 软件,会用Matlab实现各种计算方法。 有限元的分析与建模是一个机械工程师必须掌握的方法和技能。本课程为机械类专业的高年级学生核心课,使学生了解有限元方法的基本概念和基本理论,掌握有限元分析的基本处理方法,熟悉常用有限元分析软件在实际工程中的应用,最终培养学生在机械设计、机电系统设计中能有效的应用有限元方法。 主要内容及学时分配: 每周4学时,共16周 主要内容: ( O ) 绪论1学时 (一)误差2学时

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