有限元工程实例分析
有限元分析实例
机械与动力工程学院
26
1.钢板弹簧的作用
承载
导向
减振
缓和冲击
国内外研究现状
钢板弹簧的垂直方向载荷的计算上常用计算方法：
三角形板法 :假设各弹簧片为一个整体的三角形板
国 内
板端接触法
:假设力在各片弹簧间的传递仅靠各片 端来完成
共同曲率法 :假定各片的弯曲具有共同的曲率
第二，在同一工况下，例如在标定功率工况下，当活 塞的活塞顶圆角半径的变化是5 mm , 6 mm , 3 mm , 2 mm时，活塞的最高温度变化为: 361.15℃~180.96℃ ,356.94℃~180.01℃, 369.78℃~182.24℃ , 373.88℃~183.7℃。这是因为当 活塞的活塞顶圆角半径变大时，燃烧室容积变大，压 缩比变小，活塞的整体温度降低了。当活塞的活塞顶 圆角半径变小时，燃烧室容积变小，压缩比变大，活 塞的整体温度升高了。所以在设计活塞的活塞顶圆角 时应在不影响其结构时尽可能的大一点。本文中活塞 顶圆角半径为6 mm的活塞是相对较好的。
满载应力分析（少片）
最大应力 =280.68MPa<材料许
用应力=1000MPa
结论
1.对板簧的结构与尺寸设计的强度方面的校核与有限元分析 表明校核的结果符合相关技术要求。
2.在相同条件以及同样寿命的前提下，使用少片变截面钢板 弹簧，重量大约比多片弹簧减少50%左右。
基于Workbench 对发动机活塞的温度场分析
有限元结课汇报
主讲人：尹振华
主 1、基于Workbench的曲柄连杆组动力学分析——
要 成
2、基于ANSYS刹车盘应力分析——
员 及
有限元实例分析
作业一：有限元分析实例实例：请对一个盘轴配合机构进行接触分析。
轴为一等直径空心轴，盘为等厚度圆盘，其结构及尺寸如图所示。
盘和轴为一种材料，材料参数为：弹性模量Ex=2.5E5，泊松比NUXY=0.3，摩擦系数MU=0.25，试采用有限元计算方法分析轴和盘在过盈配合时的应力应变分布以及将轴从盘心拔出时轴和盘的接触情况。
问题分析说明（1）本题主要分析装配过程中结构的静态响应，所以分析步选择通用静态分析步。
由于为过盈配合，属于大变形，故应考虑几何非线性的影响。
（2）模型具有轴对称性，所以可以采取轴对称模型来进行分析，先建立二维模型计算，再转换为三维模型计算，这样可以节省计算时间。
分析过程由两个载荷步组成, 第一个载荷步为过盈分析, 求解过盈安装时的情况。
第二个载荷步为将轴从盘心拔出时的接触分析, 分析在这个过程中盘心面和轴的外表面之间的接触应力。
它们都属于大变形问题, 属于非线性问题。
在分析时需要定义一些非线性选项来帮助问题的收敛。
（3）接触面之间有很大的相对滑动，所以模型要使用有限滑移。
模型建立的分析说明（1）进定义单元类型此项实例分析的问题中涉及到大变形, 故选用So li d185 单元类型来建立本实例入部件模块，的模型。
盘轴接触问题属于面面接触, 目标面和接触面都是柔性的,将使用接触单元T ARGET 170 和CO NTAT17 4来模拟接触面。
分别创建名为为part1、part2的部件。
（2）定义材料属性，在线性各向同性材料属性对话框中的EX (弹性模量) 文本框中输入 2 . 5E5,PRX Y (泊松比) 文本框中输入0 . 3,并将定义的材料属性赋予给part1和part2。
如下图所示。
（3）进入装配模块，创建两者间的装配关系。
（4）进入分析步模块定义名为step1和step2的两个分析步。
（5）进入相互作用模块，创建相互作用属性，设置摩擦系数；然后定义接触关系。
如下图所示。
（6）进入载荷模块，创建边界条件，依次定义名为BC -2（类型为：完全固定）、BC -3（类型为：位移/转角，约束U1、UR3），分析步均为Initial 。
6工程结构实例有限元分析
G xz
17.0 7.4 0.37 0.62 3.6 3.6 16.9 2.808 83.46 27.2
75.0 1151.5 2000.0 1750.0 1616.7 1511.3 4500.0 1366.0 7709.0 2800.0
*注：泡沫块、膨胀胶膜的弹性模量和剪切模量的单位为 MPa ，其它材料均为 GPa ，密度 单位均为
为各向同性材料外，其它材料均为正交各向异性材料。
材料名称
泡沫块 膨胀胶膜 玻璃布 Kevlar 布
碳布 碳条 钛 Kevlar 带 1Cr18Ni3A 2618A
Ex
42.5 18.5 18.5 31.0 125.0 125.0 44.0 140.4 212.0 69.0
Ey
42.5 18.5 18.5 31.0 125.0 125.0 44.0 5.616 212.0 69.0
表 6 正交各向异性材料特性
序号 名称
材料
弹性模量 Ex
（MPa）
弹性模量 Ey
（MPa）
泊松比 xy
1
面板
玻璃钢
13700.0
2
芯层
铝蜂窝*
0.0383
13700.0 0.0383
0.15 0.9998
剪切模量 Gxy
（MPa） 300.0 0.0329
FRP蜂窝结构标志底板有限元分析
在表 6 中铝蜂窝的等效弹性模量、泊松比和剪切模量计算公式 如下：
某型机前机身结构静力有限元分析
某型机前机身结构静力有限元分析
通过MSC.Nastran对总体模型进行应力分析，得出总体模 型中最大壳单元应力为239MPa，最大梁单元应力为387MPa， 壳单元最大位移为19.9mm，梁单元最大位移为8.13mm。
应用有限元分析工程实例
结构稳定性分析
总结词
结构稳定性分析研究结构在各种载荷作用下的失稳临界状态，包括屈曲、后屈曲和流动 等。
详细描述
结构稳定性分析是评估结构在各种载荷作用下的稳定性的关键环节。通过结构稳定性分 析，可以确定结构的失稳临界点，预测结构的极限承载能力。在进行结构稳定性分析时， 需要考虑结构的形状、支撑条件、材料属性和外部载荷等因素，以准确评估结构的稳定
局限性
有限元分析需要耗费大量的计算资源 和时间，对于大规模系统可能存在计 算效率低下的问题，同时对于某些复 杂问题可能需要建立较为精细的模型， 导致计算成本增加。
有限元分析的应用领域
01
02
03
04
工程结构分析
广泛应用于机械、航空、土木 、交通等领域，用于分析结构 的强度、刚度、稳定性等。
流体动力学分析
工程实例应具有实际应用价值，能够为相关领域提 供参考和借鉴。
难度适中
工程实例的难度应适中，既不过于复杂也不过于简 单，能够保证分析过程的完整性和可靠性。
工程实例背景介绍
工程实例名称：某桥梁工程
工程背景：该桥梁位于高速公路上，是连接两个城市的交通要道。桥梁全长1000 米，主跨为300米，设计载荷为公路一级。由于该桥跨越峡谷，主跨跨度较大， 因此需要进行详细的有限元分析来确保结构安全。
工程实例问题描述
02
01
03
问题一
该桥梁在承受载荷时，各部分的应力分布情况如何？
问题二
该桥梁在不同载荷下的变形情况如何？
问题三
该桥梁的稳定性如何？
03
有限元模型的建立
模型建立的原则与步骤
模型建立的原则
真实反映实际结构、合理划分网 格、选择合适的边界条件和载荷 。
有限元分析实例范文
有限元分析实例范文假设我们正在设计一个桥梁结构，希望通过有限元分析来评估其受力情况和设计是否合理。
首先，我们需要将桥梁结构进行离散化，将其分为许多小的有限元单元。
每个有限元单元具有一定的材料性质和几何形状。
接下来，我们需要确定边界条件和加载条件。
例如，我们可以在桥梁两端设置固定边界条件，然后通过加载条件模拟车辆的载荷。
边界条件和加载条件的选择需要根据实际情况和设计要求来确定。
然后，我们需要选择适当的有限元模型和材料模型。
有限元模型选择的好坏将直接影响分析结果的准确性。
材料模型需要根据材料的弹性和塑性性质来选择合适的模型。
接下来，我们可以使用有限元软件将桥梁结构的离散化模型输入计算。
有限元软件将自动求解结构的受力平衡方程，并得出结构的应力和位移分布。
通过分析这些结果，我们可以评估桥梁结构的强度、刚度和稳定性等性能。
最后，根据有限元分析结果进行设计优化。
如果发现一些部分的应力过大，我们可以对设计进行调整，例如增加材料厚度或增加结构的增强筋。
通过不断优化设计，我们可以得到一个满足强度和刚度要求的桥梁结构。
需要注意的是，有限元分析只是工程设计中的一个工具，分析结果需要结合实际情况和工程经验来进行判断。
有限元分析的准确性也取决于离散化的精度、边界条件和材料模型等的选择。
总之，有限元分析是一种重要的工程分析方法，可以用于评估结构的受力情况和设计是否合理。
通过有限元分析，我们可以优化结构的设计，提高结构的性能和安全性。
希望以上例子对你对有限元分析有所了解。
有限元分析实例
有限元模态分析题目一：有一直梁尺寸如图1所示，材料为黄铜，要求用命令流求出该梁的第一、二阶自由伸缩模态，划分网格时要求每个单元格为1mm（六面体，长方体）。
图1梁有限元分析图：直梁一阶自由伸缩模态f=21560Hz直梁二阶自由伸缩模态f=43090Hz注：模态图中白色网格部分是原始静止位置***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE1 16324. 1 1 12 18484. 1 2 23 21560. 1 3 34 23131. 1 4 45 25635. 1 5 56 26811. 1 6 67 34727. 1 7 78 36216. 1 8 89 36252. 1 9 910 43090. 1 10 10直梁命令流：finish/clear/PREP7et,1,solid45mp,dens,1,8400 !材料密度mp,ex,1,1.0e11 !输入弹性模量mp,ey,1,1.0e11mp,ez,1,1.0e11mp,PRXY,1,0.3 !泊松比mm=0.001block,0,80*mm,0,4*mm,0,6*mmvsel,all/Replotnummrg,kp,1.0e-6vsel,allmshkey,1 ! key: 0 自由网格划分 1 映射网格划分 2 如果可能的话使用映射，否则自由mshape,0 ! key: 0 四边形（2D），六面体（3D） 1 三角形(2D), 四面体(3D)esize,0.001vmesh,all/Replotfinish!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!/soluanty,modalmodopt,LANB,10,15000mxpa,10allselsolveFINISH/post1!set,list,2!set,1,1pldisp,2 !/dscale,1,0.00045/replot题目二：有一圆环尺寸如图2所示，材料为黄铜，要求用命令流求出该梁的第二、三、四阶面内弯曲模态，划分网格时要求每个单元格为1mm（六面体，长方体）。
有限元实例分析报告
有限元实例分析报告班级：机制12-03班姓名：黄永学号：0312一个厚度20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。
左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤：定义参数、创建几何模型、划分网格、加载数据、求解、结果分析。
1定义参数指定工程名和分析标题(1)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定(2)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。
定义单位在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI”定义单元类型(1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，之后单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的 [Library of Element Types]对话框中选择[Solid]选项和 [8node 82]选项，返回[Element Types]对话框。
(2)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。
(2)在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，再次回到[Element Types]对话框，单击[close]按钮结束。
定义单元常数(1)选择Main Menu→PreprocessorReal Constants→Add/Edit/Delete命令，在弹出的[Real Constants]对话中单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框，选择[Plane82]单元，单击确定。
(2) 在[THK]文本框中输入“20”，定义厚度为20mm。
有限元分析在工程设计中的应用案例分析
有限元分析在工程设计中的应用案例分析有限元分析，简称FEA（Finite Element Analysis），是一种利用数值计算方法对复杂结构进行力学分析的技术。
它基于物理学原理，利用离散化方法将连续的结构在有限元上分解成多个互相联系但是局部地独立的单元，再通过数学算法进行求解，最终得到整个结构的力学行为。
因为它可以减少试错周期、降低开发成本和提高产品性能，所以有限元分析已经成为当今工程设计和生产领域一项非常重要的技术。
本文将介绍一些有限元分析在工程设计中的具体应用案例。
1.汽车发动机壳体优化汽车发动机壳体是承载引擎所有关键部件的重要结构，其制造复杂度很高。
为了减少开发过程中的试验成本和时间,一家风机厂专门利用有限元分析技术对汽车发动机壳体进行优化设计。
更改前发动机壳体在经过一定的较高频振动时会存在密封性能下降的现象，需要进行加强设计。
利用有限元分析技术，他们对发动机壳体进行了动力学分析，并计算了各部位的振动位移和应力分布，通过不断地修改控制点的位置和形状来提高振动阻尼性能和密封性能。
最终确定了优化方案，成功地减少了振动，提高了发动机壳体的防震性能和密封性能。
2.建筑物钢框架分析建筑物钢框架是建筑结构的重要组成部分，其承载能力和组装结构设计都需要严格控制。
如何选取更好的工艺和材料来设计出更安全可靠的钢框架结构，被许多建筑设计公司所思考。
有限元分析技术的应用可以帮助工程师确定结构的承载能力，最大应力极限和变形情况，进而实现结构的优化。
一家建筑设施的设计公司利用有限元分析技术来优化钢框架的结构，计算具体承载状况，最终确定钢框架结构的有效设计方案。
这一个优化设计方案进一步增强了建筑物钢框架的承载能力，提高了项目的整体优势性。
3.飞机负荷分析航空工业是重要的现代国家产业之一。
飞机设计、测试和生产都需要极高的准确性，而这需要大量的场地、人力和物资投入。
一家工程公司成功地利用有限元分析技术对飞机进行负荷分析并评估整体结构的强度和刚度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
悬臂梁问题有限元法报告
姓名：＿＿＿＿＿＿＿＿＿
学号：＿＿＿＿＿＿＿
班级：＿＿＿＿＿
山东科技大学土木建筑学院
一、分析的问题—悬臂梁问题
二、悬臂梁结构离散
三、计算和结果分析
㈠计算
⑴数据的输入：
*****control parameter*****
10,8,4,20,1,0,1,0,1，5 *****element information*****
1,2,4
1,4,3
3,4,6
3,6,5
5,6,8
5,8,7
7,8,10
7,10,9
*****coordinates of node*****
-0.500,0.000
0.500,0.000
-0.500,1.000
0.500,1.000
-0.500,2.000
0.500,2.000
-0.500,3.000
0.500,3.000
-0.500,4.000
0.500,4.000
*****degree of freedom*****
17,18,19,20
*****load*****
1,1,10
3,1,10
5,1,10
7,1,10
三.数据分析
四．讨论
根据弹性力学解和有限元解对比，对悬臂梁问题，应力σx的有限元结果与弹性力学结果的误差值在X方向上有中心向两侧有逐渐增大的趋势，在中心位置，两者运算的结果基本相同。
对于应力σy 的有限元结果与弹性力学结果的误差值趋于稳定！弹性力学的结果与x大小基本上无关，但是有限元解显示有一定关系，且随x 的增加，误差增大逐渐增大，但不太明显。
三结点常单元的有限元方法能达到一定精度。
但要用尽量少的单元达到较高的精度，要运用精度更高的高阶单元。
运用有限元结算和弹性力学计算，两者之间存在一定的误差，但对于二者之间的互相校核和对比，有利于工程实例的计算，使理论值和实际值相差不大，从而保证工程施工的安全和可靠！。