有限元分析上机习题
机床功能部件有限元分析考核试卷
答案：子模型
10.机床功能部件的优化设计目标之一是__________以提高机床的性能。
答案：减轻重量/提高刚度/降低成本（任选一）
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
D.应用对称性条件
7.机床刀架在有限元分析中，一般关注的是什么性能指标？()
A.刚度
B.强度
C.稳定性
D.所有上述
8.在有限元分析中，以下哪种方法适用于非线性材料特性的模拟？()
A.线性静态分析
B.非线性动态分析
C.线性稳态热分析
D.线性屈曲分析
9ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对于机床功能部件的接触分析，以下哪项是正确的？()
A.几何模型简化过度
B.材料属性输入错误
C.载荷施加位置不准确
D.分析类型选择不当
13.以下哪些是机床部件在有限元分析中可能遇到的非线性问题？()
A.材料非线性
B.几何非线性
C.状态非线性
D.载荷非线性
14.以下哪些方法可用于机床功能部件的接触分析？()
A.线性接触分析
B.非线性接触分析
C.粘接接触分析
A.接触压力总是等于法向载荷
B.接触分析一定需要非线性分析
C.接触条件在加载过程中可以改变
D.接触条件总是不变的
10.以下哪种方法通常用于评估机床部件的疲劳寿命？()
A.静态分析
B.动态分析
C.疲劳分析
D.热分析
11.在有限元分析中，关于网格划分，以下哪项是正确的？()
A.网格越细，计算结果越精确
B.网格大小应均匀分布在整个模型
ansys有限元分析考题
1. ANSYS交互界面环境包含交互界面主窗口和信息输出窗口。
2. 通用后处理器提供的图形显示方式有变形图、等值线图、矢量图、粒子轨迹图以及破裂和压碎图。
3. ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场和耦合场分析于一体的有限元分析软件。
4. 启动ANSYS0.0的程序，进入ANSY交互界面环境，包含主窗口和输出窗口。
5. ANSYS?序主菜单包含有前处理、求解器、通用后处理、时间历程后处理器等主要处理器, 另外还有拓扑优化设计、设计优化、概率设计等专用处理器。
6. 可以图形窗口中的模型进行缩放、移动和视角切换的对话框是图形变换对话框。
7. ANSYS软件默认的视图方位是主视图方向。
8. 在ANSYS^如果不指定工作文件名，则所有文件的文件名均为file 。
9. ANSYS的工作文件名可以是长度不超过64 个字符的字符串，必须以字母开头，可以包含字母、数字、下划线、横线等。
10. ANSYS^用的坐标系有总体坐标系、局部坐标系、工作平面、显示坐标系、节点坐标系、单兀坐标系和结果坐标系。
11. ANSYSi序提供了4个总体坐标系，分别是：总体直角坐标系,固定内部编号为0;』体柱坐标系，固定内部编号为; 总体球坐标系，固定内部编号为2;总体柱坐标系，固定内部编号为5。
12. 局部坐标系的类型分为直角坐标系、柱坐标系、球坐标系和环坐标系。
13. 局部坐标系的编号必须是大于或等于_!1—的整数。
14. 选择菜单路径Utility Menu f WorkPlane—Display Working Plane ，将在图形窗口显示工作平面。
15. 启动ANSYSS入ANSY咬互界面环境，最初的默认激活坐标系（当前坐标系）总是总体直角坐标系。
16. ANSYSS体建模的思路（方法）有两种，分别是自底向上的实体建模和自顶向下的实际建模。
17. 定义单元属性的操作主要包括定义单元类型、定义实常数和定义材料属性等。
有限元课程实训结课上机参考例题
有限元课程实训结课上机参考例题题 1：图1所示薄板左边固定，右边受均布压力P=100Kn/m 作用，板厚度为0.3cm ；试采用如下方案，对其进行有限元分析，并对结果进行比较。
(1)三节点三角形单元；（2个和200个单元）(2)四节点矩形单元； （1个和50个单元）(3)八节点等参单元。
（1个和20个单元）图 1 题 2：图2所示为一带圆孔的单位厚度（1M ）的正方形平板，在x 方向作用均布压力0.25Mpa ，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对平板进行有限元分析，并对以下几种计算方案的计算结果进行比较：（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；（2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算；注：在y 轴上，孔边应力的精确解为：MPa x 75.0-=σ，在x 轴上，孔边应力的精确解为：MPa y 25.0=σ图 2题 3：图3所示为带方孔（边长为80mm）的悬臂梁，其上受部分均布载荷（p=10Kn/m）作用，试采用一种平面单元，对图示两种结构进行有限元分析，并就方孔的布置进行分析比较，如将方孔设计为圆孔，结果有何变化？（板厚为1mm，材料为钢）图 3题 4：图4所示为一隧道断面，其内受均布水压力q，外受土壤均布压力p；试采用不同单元计算断面内的位移及应力，并分别分析q=0或p=0时的位移和应力分布情况。
(材料为钢，隧道几何尺寸和压力大小自行确定)图 4题 5：图5所示一简化直齿轮轮齿截面，高h=60mm，齿根宽b=60mm，齿顶宽c=25mm，齿顶作用力P=10Kn；试采用不同单元分析轮齿上位移及应力分布，并只指出最大应力位置。
图 5题 6：图6所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；(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。
机械结构有限元分析课程作业 (2)
《机械结构有限元分析》课程大作业机械工程学院题目一. 设一平面桁架结构,如图所示1所示，由7根钢管铰接而成，每根钢管长度均为1000mm，桁架两端为固定支承，每根钢管的横载面均为外径150mm，内径110mm。
已知钢管材料的弹性模量E=2.1×105N/mm2,图1许用应力[σ]=180MPa, 载荷F1=30000N, F2=20000N试校核各杆强度。
解：1.操作主菜单中的Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>in Active CS命令，弹出对话框,在“Keypoint number”栏中输入用户自定义的编号，在“X,Y,Z location in actibe CS”栏中输入各点坐标值，每一关键点坐标完成后，点“Apply”命令，所有关键点建立完成后，点击“OK”命令。
1（0,0） 2（500,866） 3（1000,0） 4（1500,866） 5（2000,0）2．创建直线：操作主菜单中的Preprocessor> Modeling>Create>Lines>Straight Line命令，弹出对话框，用光标依次点1，2；2，3；3，1；3,4；4,5；5,3；完成后点“OK”，屏幕上会出现桁架杆图形。
3．定义单元类型操作主菜单中的Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,弹出对话框，点击“Add”，弹出“Library of Element Types”对话框，选“Link-2D spar 1”单元4. 材料性质的选择操作主菜单中的Preprocessor>Material Props>Materia Models, 弹出对话框。
双击Structural>Linear>Elastic>isotropic ，在弹出的对话框中，在EX一栏中输出弹性模量E=2.1×105N/mm2,PRXY为泊松比05 元参数的确定在定义单元类型后，还要输入单元的一些参数。
电机组件的有限元分析考核试卷
B.力边界
C.位移边界
D.材料属性
7.在电磁场分析中，哪些物理量通常作为输入参数？()
A.磁势
B.电势
C.电流密度
D.材料电阻
8.哪些方法可以用来提高电机组件有限元分析的收敛性？()
A.优化网格划分
B.调整边界条件
C.选择合适的求解器
D.增加计算机硬件配置
9.以下哪些是电机组件动态分析的主要内容？()
A.检查网格质量
B.检查边界条件设置
C.对比理论值和计算结果
D.优化计算模型
19.以下哪种方法适用于电机组件的疲劳分析？()
A.静态分析
B.动态分析
C.稳态热分析
D.疲劳分析
20.在电机组件的有限元分析中，以下哪个参数代表材料的磁性能？()
A.磁导率
B.电导率
C.比热容
D.电阻率
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
3.热传递机制包括传导、对流和辐射。优化包括改善材料布局、散热设计和边界条件设置。
4.耦合效应处理包括顺序耦合和同时耦合。解决方法有直接耦合法和间接耦合法。
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. √
6. √
7. ×
8. √
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
1.基本流程包括建模、网格划分、材料属性定义、边界条件设定、加载求解和结果分析。挑战包括模型简化、网格质量、收敛性和计算资源需求。
2.选择求解器需考虑问题类型、求解精度和计算效率。策略包括预处理、迭代方法和后处理优化。
5.在有限元分析中，所有的边界条件都必须在加载步骤中定义。（）
有限元分析入门实训考题
有限元分析入门实训考题（第1版）李建宇编著天津科技大学机械工程学院2012年4月题目1 选题者：(a) (b) (c)一、题目内容图示平面刚架结构.二、题目要求（1）采用有限元法手工求解；（2）写出完整的求解步骤，包括：a) 离散化：单元编号、节点编号；b) 单元分析：单元刚度矩阵，单元节点等效载荷向量；c) 单元组装：总体刚度矩阵，总体位移向量，总体节点等效载荷； d) 边界条件的引入及总体刚度方程的求解；e) B 点的位移，A 、C 处支撑反力及弯矩图、剪力图和轴力图的计算。
（3）刚度方程的集成与求解可采用Matlab 、Excel 等工具软件辅助完成； （4）利用Ansys 求解，并与手算结果比较.（5）利用A4纸完成题目，打印或手写均可以； （6）简要说明各成员主要负责完成的工作。
一、题目内容图示平面刚架结构。
二、题目要求（1）采用有限元法手工求解；（2）写出完整的求解步骤，包括：a)离散化：单元编号、节点编号；b)单元分析：单元刚度矩阵，单元节点等效载荷向量；c)单元组装：总体刚度矩阵，总体位移向量，总体节点等效载荷；d)边界条件的引入及总体刚度方程的求解；e)B点的位移，A、C处支撑反力及弯矩图、剪力图和轴力图的计算。
（3）刚度方程的集成与求解可采用Matlab、Excel等工具软件辅助完成；（4）利用Ansys求解，并与手算结果比较.（5）利用A4纸完成题目，打印或手写均可以；（6）简要说明各成员主要负责完成的工作。
一、题目内容如图所示的三垮梁，E=30e6 psi，I=305 in4。
（lb,ft,in,psi为英制单位）二、题目要求（1）采用有限元法手工求解；（2）写出完整的求解步骤，包括：a)离散化：单元编号、节点编号；b)单元分析：单元刚度矩阵，单元节点等效载荷向量；c)单元组装：总体刚度矩阵，总体位移向量，总体节点等效载荷；d)边界条件的引入及总体刚度方程的求解；e)求B点的位移，A、C、D、E处支撑反力及弯矩图和剪力图。
有限元分析上机习题
有限元分析课上机习题上机习题要求：1）习题1、2为必做题，习题3、4选做其中之一，习题5、6选做其中之一。
2）独立完成4个上机题，并完成一份分析报告。
分析报告中要对所计算的问题和建模过程做简要分析，以图表形式分析计算结果。
3）上交分析报告和4个上机题的日志文件（*.log 文件），不要提交.db 文件，日志文件要求清楚、简洁。
习题1：选用Plane82单元分析如图1所描述的水坝受力情况，设坝体材料的平均密度为2g/cm 3，考虑自重影响，材料弹性模量为。
按水坝设计规范，在坝体底部不能出现拉应力。
分析坝底的受力情况，是否符合要求。
建模和分析过程参考上机指南中的Project2。
按以下步骤施加体力：1) 在材料属性中设定密度：ANSYS Main Menu →Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Density →Dens: 2000施加重力载荷：ANSYS Main Menu →Solution →Define Loads →Apply →Structural →Gravity →ACEL Y: 9.8 →OKR1=0.3R2=0.5图1 水坝截面图 图2 受温度载荷的圆筒示意图习题2、如图2所示的短圆筒，内半径为0.3m ，外半径为0.5m ，高度为1m 。
假定圆筒内、外壁温度均为200℃，上端面温度为300℃,下端面绝热，导热系数为40w/mc°，计算圆筒的温度场分布。
建模和分析过程参考上机指南中的Project4。
习题3、由等直杆构成的平面桁架如图3所示，等直杆的截面积为25cm2，弹性模量为E=2.1e5 Mpa，所受的集中力载荷为1.0e8N。
建模过程参考上机指南中的Project5。
分析该桁架的强度是否符合要求，给出约束节点的支反力、杆件受力以及受力节点的位移。
载荷：1.0e8 N图3 超静定桁架图4（a）超静定粱的受力与约束图4（b）粱的截面习题4、矩形截面超静定粱的受力与约束情况如图4（a）所示，截面如图4（b）所示，b=20mm,h=80mm ，材料的弹性模量为Mpa=，泊松比为0.3。
有限元习题及答案
（a）
（b）
（c）
(a)单元间没有考虑节点相联 (b)网格形状太差，单元边长相差太大 (c)没有考虑对称性，单元边长相差太大
3、分别指出图示平面结构划分为什么 单元？有多少个节点？多少个自由度？
（a）桁架结构模型
• 划分为杆单元， 8个节点，12个自由度
（b）钢架结构模型
划分为平面梁单元，8个 节点，15个自由度
所以
F B B EAl
T
K
(2)
故
K B B EAl
T
将[B]值代入(2)式得
1 1 1 K 1 l 1 l
1 EAl
完毕
EA l
1 1
1 1
11
（c）混凝土梁结构
平面四节点，四边形单 元，8个节点，13个自由 度
（d）水坝模型
平面三角形单元，29个 节点，38个自由度
4、什么是平面应力问题？什么是平面应变 问题？举例说明
平面应力问题： 若物体的某一方向的尺寸较另外两个方向的小得多， 即为一等厚平板，且在平板的边界有平行于平面切沿 厚度方向均匀分布的面力，则此类问题可简化为平面 应力问题。 y 如一方形薄板边 y 上作用有分 布面力： b z x 连杆 a
2
1
x )
2
u1 )
2
(u 1 u
2
u
1
2
x
2
1 l
(x x
)u 1 )
1 l
( x1 x )u
2
1 (x x l
2
1
u1 ( x1 x ) l u 2
六类有限元上机题
注：题中E表示材料弹性模量，μ表示泊松比，ρ表示密度。
一静力结构分析1 如图1所示为普通订书钉，E=2.1×105MPa，μ=0.3，横截面尺寸为宽B=0.64mm，高H=0.402mm。
当订书钉被压入纸张时，约需要120N的载荷，载荷均匀地分布在订书钉上部。
以下面两种情况进行有限元分析。
（单位：mm）（1）订入时A、B点为铰支条件；（2）订入时A、B点为固定约束。
图1 载荷和尺寸情况2、小型铁路桥由横截面积为3250mm2的钢制杆件组装而成。
一辆火车停在桥上，其载荷施加在桥梁两侧的桁架上，单侧的桁架如图2所示，等效载荷为F1，F2，E=2.1×105MPa，μ=0.3，ρ=7.8×103kg/m3。
试计算位置R处由于载荷作用而沿水平方向移动的距离以及支反力，同时，分析各个节点的位移和非单元应力。
图2 铁路桥单侧桁架及载荷情况3如图3所示，模型参数为：E=3.0×1010Pa，A1=30m，A2=10m，B=80m，t=20m，p=2200Pa。
有关风载的确定，按照海洋井架行业标准，有以下方法：风压（Pa）=0.6115×风速（m/s）×高度系数×形状系数对于一般的海洋井架及建筑物，高度在30m左右，高度系数取为1.1，形状系数取为1.25，风速取为47.8m/s。
换算出来后得到的风压为2200Pa。
图3 高层建筑物及其风载荷4对于含裂纹体的结构及材料，若按照线弹性力学分析，会在裂纹的尖端处产生应力的奇异性，这时需要计算裂纹尖端处的应力强度因子（对于Ⅰ型裂纹，有K1=σ（πa）1/2），并以应力强度因子作为准则来对材料的裂纹是否扩展进行判断。
图4所示为一块矩形平板，其边缘存在长为a的裂纹，板的两端承受拉应作用。
利用结构上下的对成性，取矩形的一半建立有限元模型，完成看一力σ下工作：（1）球裂纹的张角θ（在施加载荷前=0，θ=0）（2）沿直线AO，画出y方向应力σy沿x变化的曲线图。
华科有限元上机答案
有限元分析软件ANSYS上机习题姓名郭静班级船海1203班学号 U9目录Project1 简支梁的变形分析 (1)Project2 坝体的有限元建模与受力分析 (3)Project3 受内压作用的球体的应力与变形分析 (5)Project4 受热载荷作用的厚壁圆筒的有限元建模与温度场求解 (7)Project5 超静定桁架的有限元求解 (9)Project6 超静定梁的有限元求解 (11)Project7 平板的有限元建模与变形分析 (13)Project1 梁的有限元建模与变形分析计算分析模型如图1-1 所示, 习题文件名: beam。
NOTE:要求选择不同形状的截面分别进行计算。
梁承受均布载荷：1.0e5 Pa图1-1梁的计算分析模型梁截面分别采用以下三种截面（单位：m）：矩形截面：圆截面：工字形截面：B=, H= R= w1=，w2=，w3=,t1=，t2=，t3=进入ANSYS程序→ANSYSED →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2 node 188 →OK (back to Element Types window)→Close (the Element Type window)定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear→Elastic→Isotropic→input EX:, PRXY:→ OK定义截面ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns→分别定义矩形截面、圆截面和工字形截面：矩形截面:ID=1,B=，H= →Apply →圆截面：ID=2,R= →Apply →工字形截面：ID=3,w1=，w2=，w3=，t1=，t2=，t3=→OK生成几何模型生成特征点ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入三个点的坐标：input:1(0,0),2(10,0),3(5,1)→OK生成梁ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →lines →Straight lines →连接两个特征点，1(0,0),2(10,0) →OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing→Mesh Attributes→Picked lines →OK→选择: SECT:1（根据所计算的梁的截面选择编号）；Pick Orientation Keypoint(s):YES →拾取：3#特征点(5,1) →OK→Mesh Tool →Size Controls) lines: Set →Pick All(in Picking Menu) →input NDIV:5→OK (back to Mesh Tool window) → Mesh →Pick All(in Picking Menu) → Close (the Mesh Tool window)模型施加约束最左端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement → On Nodes→pick the node at (0,0) → OK→select UX, UY,UZ,ROTX → OK最右端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Displacement → On Nodes→pick the node at (10,0) → OK→select UY,UZ,ROTX → OK施加y方向的载荷ANSYS Main Menu: Solution→Define Loads →Apply→Structural →Pressure→On Beams→Pick All→VALI:100000 → OK分析计算ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS→OK(to close the solve Current Load Step window) →OK结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results→Deformed Shape…→select Def + Undeformed→OK (back to Plot Results window) →Contour Plot→Nodal Solu →select: DOF solution, UY, Def + Undeformed , Rotation, ROTZ ,Def + Undeformed →OK退出系统ANSYS Utility Menu: File→ Exit →Save Everything→OKProject2坝体的有限元建模与应力应变分析计算分析模型如图2-1 所示, 习题文件名: dam。
- 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)。
有限元分析课上机习题
上机习题要求：
1）习题1、2为必做题，习题3、4选做其中之一，习题5、6选做其中之一。
2）独立完成4个上机题，并完成一份分析报告。
分析报告中要对所计算的问题和建模过程做简要分析，以图表形式分析计算结果。
3）上交分析报告和4个上机题的日志文件（*.log 文件），不要提交.db 文件，日志文件要求清楚、简洁。
上述文件上传到指定的ftp 服务器。
习题1：选用Plane82单元分析如图1所描述的水坝受力情况，设坝体材料的平均密度为2g/cm 3，考虑自重影响，材料弹性模量为。
按水坝设计规范，在坝体底部不能出现拉应力。
分析坝底的受力情况，是否符合要求。
建模和分析过程参考上机指南中的Project2。
按以下步骤施加体力：
1) 在材料属性中设定密度：ANSYS Main Menu →Preprocessor →Material Props
→Material Models →Structural →Density →Dens: 2000
施加重力载荷：ANSYS Main Menu →Solution →Define Loads →Apply →Structural
→Gravity →ACEL Y: 9.8 →OK
R1=0.3
R2=0.5
图1 水坝截面图
图2 受温度载荷的圆筒示意图
习题2、如图2所示的短圆筒，内半径为0.3m ，外半径为0.5m ，高度为1m 。
假定圆筒内、外壁温度均为200℃，上端面温度为300℃,下端面绝热，导热系数为
40w/mc °，计算圆筒的温度场分布。
建模和分析过程参考上机指南中的Project4。
习题3、由等直杆构成的平面桁架如图3所示，等直杆的截面积为25cm 2，弹性模量为E=2.1e5 Mpa ，所受的集中力载荷为1.0e8N 。
建模过程参考上机指南中的Project5。
分析该桁架的强度是否符合要求，给出约束节点的支反力、杆件受力以及受力节点的位移。
1m
1m
1m
载荷：1.0e8 N
图3 超静定桁架
图4（a ） 超静定粱的受力与约束
图4（b ） 粱的截面
习题4、矩形截面超静定粱的受力与约束情况如图4（a ）所示，截面如图4（b ）所示，b=20mm,h=80mm ，材料的弹性模量为Mpa E 5101.2⨯=，泊松比为0.3。
集
中力P=1000N ，分布载荷q=200N/m 。
求粱的支反力、最大位移及最大位移出现的位置。
建模和分析过程参考上机指南中的Porject6。
习题5、如图5所示的空心圆球，R1=0.3m ，R2=0.5m ，受到P=100Mpa 的内压作用，材料的弹性模量为Mpa E 5101.2⨯=，泊松比为0.3。
求空心圆球的受力后的径向位移并分析计算精度，要求将计算结果与解析解进行比较，选则一个与解析解最接近的网格方案。
建模和分析过程参考上机指南中的Porject3。
空心圆球受内压作用后径向位移的解析解为：
⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+-++=P R R r R E r u r 11212)1(313
2
33
2μμμ
习题6、一侧固定的方板如图6所示，长宽均为1m ，厚度为5cm ，方板的右侧受到均布拉力Mpa q 200=的作用。
材料的弹性模量为Mpa E 5101.2⨯=，泊松比为0.3。
对方板采用两种不同位移约束方式进行计算，分析采用那种约束方式比较合理。
位移约束方式如下：
1) 对12边同时施加x 和y 方向的位移约束；
2) 对12边施加x 方向的位移约束,对12边的中间一点施加y 方向的位移约束。
建模和分析过程参考上机指南中的Porject7。
图5空心圆球的四分之一截面
图6 矩形板示意图。