有限元课程设计(简单弧形闸门建模分析)

有限元课程设计

题目:弧形门有限元静力分析

几何：面板: R=16m t=0.12m 所对圆心角56°；水平主梁工字形截面: W1=0.3m W2=0.6m W3=1m t1=t2=0.016m t3=0.02m ；水平次梁、竖梁工字形截面： W1=0.1m W2=0.1m W3=0.2m ，t1=t2=0.01m t3=0.012m ；大臂空心矩形截面: 0.4m ×0.6m ，壁厚0.02 m ；

载荷: 1. 静水压力,沿主法线方向作用于板面；水平面高度等于门高的0.9倍 2. 自重. 约束: O 1 O 2两点除绕z 轴转动自由度外全部约束，底边各节点约束Y 方向移动自由度。

材料: E=2.1e11 Pa , μ=0.3，ρ=7800kg/m 3

要求: 提交手写纸质报告, 内容包括：1. 问题描述； 2. 求解大致过程：单位制选择，单元类型选择， 板梁元的建立，梁方向的调整，约束的给定，载荷的施加，梁端自由度的释放，板梁形心的偏移等；3. 结果分析：应力和变形分布情况及最大值，结论。结果可附 综合变形分布图和V onMises 应力云图。 另外，每个同学都要答辩，答辩问题就是答辩提纲上的16道题，随机抽2-3道。

时间: 地点: 自己定

注意:每个同学的弧门半径为16米加上自己学号后三位的小数，例如某同学学号961010111，则R=16.111m

ANSYS 环境下上机提示

1． 起动ANSYS ：开始→程序→ANASYS57→RUNINTERACTIVE ； O 2

A

C D B z

56°

14m

14m

y

x z ’ x ’

O 1

x ’

y ’ O 0.12 板与加强筋连接形式示意图 支铰高h3 x O y O 1 门高h1

h2

R -30° 26° M

N

2°

液面高

弦长2sin

2MN R θ= 门高h1=MNcos2° 液面高h2=0.9 h1 支铰高 3sin(2)2h R θ=+︒ 弧门一些几何尺寸的计算

2．Utility Menu-File-Change Job name-给出自己的文件名；

3．主菜单Main Menu，预先设置Preference，分析类型 Structural；

采用国际单位制，长度m、力N、弹性模量Pa、密度kg/m3、静水压力载荷梯度N/m3、加速度m/s2。单位制自己掌握。

4．前处理Preprocessor，定义单元类型Element Type-Add/Edit/Delete，定义板单元和梁单元：Structural-Shell93，Beam189两种。

5．定义实常数Real Constant-Add给出板单元厚度0.12。

6．定义材料：Main Menu-Preprocessor-Material- Material Models-左窗口Material Model Number 1, 右窗口Structural-Linear-Elastic-Isotropic给出弹性模量和泊松比及密度

7．定义梁截面Section-Beam-Common Sections-Sub Type选择工字型：W1=0.3m W2=0.6m W3=1m t1=t2=0.016m t3=0.02m截面形心位置偏移以便与板接合Offset To Location Z= -0.06，这是第一种截面，取名Main Beam，截面号1；改截面号2，取名Beam2，Sub Type选择工字型：W1=0.1m W2=0.1m W3=0.2m t1=t2=0.01m t3=0.012m，偏移Offset To Location Z= -0.06；改截面号3，取名Big Arm，Sub Type选择空心矩形：W1=0.4m W2=0.6m t1=t2= t3=t4=0.02m。

8．创建板面及竖梁几何模型，先将坐标平面移到轴线端点：Utility Menu-Working Plane –Offset WP By Increment （0，8，0）；创建部分圆柱体Main Menu-Preprocessor-Modeling-Create- V olume-Cylinder-Partial Cylinder –圆心（0，0）内半径0，外半径16，起始角度-30°，终了角度16°，高14；删除体和没用的面，Delete –Volume、Area Only；复制弧线Copy-Lines-选中母本，沿z方向复制7次，步长2；9．创建水平梁几何模型：建立圆柱局部坐标系Utility Menu-Working Plane –Local Coordinate system-Create Local CS-At WP Original- 给出坐标系号11，类型1= Cylinder ，将当前坐标系改为圆柱局部坐标系Utility Menu-Working Plane –Change Active CS To –Special Local CS-给出坐标系号11。复制水平直线最为水平梁的几何模型Copy-Lines选中最底下边作为母本，沿圆弧方向复制8次，步长（0，7°，0）。

将当前坐标系改为正体坐标系Change Active CS To –Global Cartesian。注意随时保存模型。

10．网格剖分：剖分面单元Main Menu-Preprocessor-Meshing Tools-，选Element Attributes下拉表中的Areas单击Set，弹出面特性设置对话框，材料MAT=1，实常数REAL=1，单元类型TYPE=1，截面SECT= ，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines轴向边线7等分，弧线边线8等分。Mesh Areas。

注意随时保存模型。

11．剖分水平主梁，选Element Attributes下拉表中的Lines单击Set，弹出线特性设置对话框，材料MAT=1，实常数REAL= ，单元类型号TYPE=2，截面SECT=1，选择方向点Pick Orientation Key Point 设为Yes，选原点处的关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines轴向边线7等分，Mesh Lines。

12．剖分水平次梁，线特性设置， MAT=1， REAL= ， TYPE=2， SECT=2，选原点处的关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines轴向边线7等分，Mesh Lines。

13．剖分竖直方向梁，先在原点与关键点（0，0，14）之间创建6个关键点：Main Menu- Preprocessor-Modeling-Create-Key Point-Fill Between N1 N2。线特性设置， MAT=1， REAL= ， TYPE=2，SECT=2，选各线对应的关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines竖直方向梁弧线8等分，Mesh Lines。

14．合并重合节点，使梁与板节点结合在一起，Main Menu- Preprocessor-Numbering Control-Merge Items-Node给定重合容差Range of coincidence=0.5。

15．建立大臂模型，在A、B、C、D处建立关键点Create-Key point On Nodes，生成线Create-Lines-Straight Lines，剖分材料MAT=1，实常数REAL= ，单元类型TYPE=2，截面SECT=3，选择方向点Pick Orientation Key Point设为Yes，选A、B、C、D处关键点作为方向参考点，再控制剖分单元数，选Size Control-Lines 8等分，Mesh Lines

16．再次合并重合节点，使大臂梁与板节点结合在一起。保存模型。