有限元实验报告

有限元实验报告

学院：机械科学与工程学院

专业：机械工程及自动化

班级：411207班

姓名：石承钢

学号：41120704

目录

实验1：杆系结构有限元静力学分析----------------------3 实验4：平面结构有限元静力学分析---------------------7 实验6：空间结构有限元静力学分析--------------------10 作业1：杆系结构有限元分析---------------------------14 作业2：平面问题有限元分析---------------------------20 作业3：空间问题有限元分析----------------------------25 附加作业：工字梁的应力分析----------------------------30

实验1：杆系结构有限元静力学分析——订书针

1.问题描述：上图所示为订书钉，尺寸见图中标注。材料弹性模量为E=

2.1×105MPa，泊松比为0.3，横截面积尺寸为宽B=0.64mm，高H=0.402mm。当订书钉被压入纸张时，约需要120N 的载荷，载荷均匀分布在订书钉上部。就以下两种情况进行有限元分析：

(1). 钉入时A、B 为铰支；(2) .钉入时A、B 为固支。

2.建模过程：

2-1.选择单元类型：单元类型选择为Beam188.

2-2.定义单元截面：

2-3.定义材料属性：弹性模量E=210E3,泊松比为0.3.

2-4建模并划分网格：创建关键点、利用lines建立beam单元，划分网格。

2-5.施加载荷：

2-6.施加约束：

3.求解及后处理：3-1.求解：

3-2.后处理：各种应力、位移图：3-2-1：铰接的后处理图：

3-2-2.固定的后处理图：

实验4：平面结构有限元静力分析

1.问题描述：这是一个简单的角支架结构静力分析，如其所示：左上角的销孔的有一约束，右下销孔有一约束。

2.建模过程:

2-1.创建平面、圆弧面，并用布尔操作连接为以整体：

2-1.对直角处进行倒角：

2-3.创建两个孔：先创建两个圆，再利用布尔操作去除

3.单元选择、材料选择、划分网格、施加约束和载荷等，得到如下图的模型：

4.后处理：求解后，查看后处理图形：

实验6：空间结构有限元静力学分析——轴承座

1.问题描述：熟悉Ansys的建模操作过程，分析轴承座的受力。

2.建模过程：

2-1.创建底座模型：

2-2.创建支撑部分：

2-3.镜像模型：

3.有限元分析：

3-1.定义单元、划分网格：

3-2.划分网格后的图形：

3-3.位移云图：

3-4.等效应力图：

作业1：杆系结构有限元分析——两杆件的受力

1.问题描述：2 个杆件的材料参数均为E=10×106N/cm2，截面积均为A=1.5cm2。节点3承受Fx3=500N 和Fy3=300N 的载荷。对结构进行有限元静力分析，手动推导计算过程，求解节点位移、各支反力、各单元应力。

2.手动推导过程：

因为：Fx2*40+Fx3*40=Fy3*40

所以：Fx2=-200N.

同理：Fx1=-300N，Fy1=-300N

Fy2=0

故杆1的轴力为3002N，杆2的轴力

为200N。

应变为：2=5.33×10-3cm v3=1.731×10-3cm

应力为：σ1=3002/1.5=283N/cm2

σ3=200/1.5=133N/cm2

3.有限元分析过程：

3-1.选择单元类型、定义实常数和材料属性：单元类型选择link188。

3-2.建立关键点和分析模型：关键点为（0,0,0），（40,40,0）（0,40.0）

3-3.划分网格：

3-4.创建约束和施加载荷：

3-5.求解及后处理：

3-5-1.前后变化比较：

3-5-2.节点位移：

3-5-3.总位移矢量云图：

3-5-4.轴力输出表：

3-5-5.应力表：

3-5-6.支座反力：

由上面的分析可知：手动推导的结果和用Ansys分析的结果吻合。作业2：平面问题有限元分析——平面四节点单元

1.问题描述：用有限单元法对P84习题图5-1（b）图结构进行分析，计算结构最大位移和最大应力。

2.有限元分析过程：

2-1.选择单元类型、定义实常数和材料属性：

2-2.建立模型：

2-3.划分网格：

2-4.施加约束和载荷：

2-5.求解及后处理：2-5-1：位移云图：

2-5-2.应力云图：

2-5-3.节点位移表：

2-5-4.节点应力表：

作业3：空间问题有限元分析——截面球体

1.问题描述：对题图P107的题7-1进行有限元分析，计算其最大位移和最大应力。

2.有限元分析过程：

2-1.选择单元类型和材料属性：

2-2.创建物理模型：该建模过程主要采用布尔操作

2-3.划分网格：使用网格划分器Mesh Toll将几何模型划分单元。

2-4.施加约束和载荷：

2-4-1.施加约束

2-4-2.施加载荷

2-5.求解及后处理：2-5-1.查看位移云图

2-5-2.查看应力云图：

2-5-3.节点位移表：