2022年有限元分析论文.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 梁结构静力有限元分析论文：班级：学号：指导老师：名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要：本文比较典型地介绍了如何用有限元分析工具分析梁结构受到静力时的应力的分布状态； 我们遵循对梁结构进行有限元分析的方法, 建立了一个完整的有限元分析过程； 第一是建立好梁结构模型,然后进行网格划分,接着进行约束和加载, 最终运算得出结论, 输出各种图像供设计时参考；的作用、使用方法有个初步的熟识；通过本文, 我们对有限元法在现代工程结构设计中关键字 ：ANSYS ,梁结构,有限元,静力分析；0 引言在现代机械工程设计中,梁是运用得比较多的一种结构；梁结构简洁, 当是受到复杂外力、力矩作用时,可以手动运算应力情形；手动运算虽然方法简洁,但运算量大,不简洁保 证精确性；相比而言,有限元分析方法借助电脑,运算精度高,且能保证精确性；另外,有 限元法分析梁结构时, 建模简洁, 施加应力和约束也相对简洁, 能分析梁结构应力状况的具 体分布、最大变形量以及中性面位置,优势明显； 以下介绍一种常见梁的受力状况,并采纳 有限元法进行静力分析,得出了与手动运算基本吻合的结论；以下为此次分析对象；A M A M θr A-A 截面梁的截面外形为梯形截面,各个截面尺寸相同；两端受弯矩沿中性面发生弯曲,如图2-1 所示；试利用ANSYS 软件对此梯形截面梁进行静力学分析,以获得沿梁AA 截面的应力分布情形；D,B 2#面D C B 1#面A C,A 5°2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 有限元模型的建立第一进入 ANSYS 中,采纳自下而上的建模方式,创建梁结构有限元分析模型,同时定义模型的材料单元为Brick 8-node 45 ,弹性模量为200e9,泊松比为 0.3；由于分析不需要定义实常数,因此可忽视提示,关闭 建立的切片模型如下：2 网格划分Real Constants 菜单；显示边线,关闭背景；通过 Meshtool 工具对建立好的模型进行网格划分；第一设定网格划分参数, 分别设置不同线条的网格划分参数后, 采纳六面体单元划分模型网格；在 MeshTool 菜单的 Shape 栏挑选 Hex 选项；在 MeshTool 下拉列表框中确保选中 Volumes,保证明体通过体单元划分； 单击 Mesh 按钮后,单击拾取对话框中 Pick All 按钮；划分网格后的图形如下：3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.1 施加约束对比实际受力情形,对 1#面和 2#面定义载荷和约束；第肯定义 1#面上关键点 A的约束,其次定义 1#面的面约束,接着定义 1#面上 AB 线的约束；对于 2#面,实行的定义约束的方法就有所不同； 由于 v 方向边界条件为空间函数, 因此需要通过定义函数来定义约束；第一编辑函数,然后加载函数,最终在 2＃面上定义函数边界；最终定义 CD 线上的约束；施加载荷并求解进入求解器,检查输入无误后,进行以下操作求解；GUI: Main Menu >Solution >Solve >Current LS 4 查看分析结果（1） 查看等效应力第一显示等效应力等值线图, 从右视图上得知,最大等效应力为147MPa,显现在对称线的底部；（2） 查看环向应力在 ANSYS 中, σ θ表示柱坐标中的SY 应力,所以要显示σ θ ,需要将当前坐标系转换到柱坐标；第一设置结果文件输出参数,以整体柱坐标系输出分析结果,然后在左侧列表中挑选Stress,在右侧列表中挑选Y-direction SY ,单击 OK 按钮,得到环向应力等值线图；4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - （3） 查看中性轴中性轴的位置就是 σ θ值为零的位置,通过查看梁的中性轴可以简洁判定分析结果是否合理；为了单独显示中性轴,第一调整一下显示颜色,操作如下：GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Style>Contours>Uniform Contours 上述设置使应力为负和应力为正的区域以不同的颜色显示, 即在 0<σ θ<200MPa 区域显示红色,在 -200MPa< σ θ<0 区域显示蓝色,这两种颜色的相交处为中性轴,如图 2-4 所示；有限元分析结果显示中性轴是弯曲的,这与《材料力学》中关于中性轴的假定相冲突,考虑到经典理论与工程实际的差异,结果可以接受；（4） 查看径向应力柱坐标系中径向应力就是SX 应力；第一显示径向应力分析结果,操作如下： GUI: Main Menu>General Postproc>Plot results>Nodal Solu 在左侧列表中挑选 Stress,在右侧列表中挑选 X-direction SX ,然后单击 OK 按钮； 为了显示便利,将颜色设置复原原样,操作如下： GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Style>Contours>Uniform Contours 在 Number of contours 文本框中输入 9,在 Contour Intervals 选项组中挑选Auto calculated,单击 OK 按钮,即可得到径向应力等值线图,从中可发觉整个截面上的径向应力均为拉应力；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - （5） 查看变形后图形显示变形后图形的操作如下：GUI: Main Menu>General Postproc >Plot Results>Deformed Shape>Def+undeformed 此时在图形窗口中显示出变形前后图形,从图中可知,最大位移 240e-4m；（6） 验证分析结果第一验证约束是否合理,是否满意约束；这部分已经在后处理部分得到验证；下面验证反作用力是否合理；第一列出反作用力,操作如下：GUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu 在 Item to be listed〔被显示项目〕列表中挑选 All struc forc F 〔全部结构反作用力〕 ,然后单击 OK 按钮；由于模型没有直接承担外力,所以平稳方程中合力应当为零；径向力〔 FX 〕大小为,接近零；通过更加精确地挑选 rc 可以将径向力变得更小；周向合力 FY 和轴向合力 FZ 也非常小,但不为零,详细缘由是5 结论FX 不为零,因此结构平稳方程是一个近似值；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 〔1〕 建模：把握了布尔减操作；把握了如何通过Space Ratio 掌握网格细化熟识了基本的建模操作,参数；把握了工作坐标系的转换方法,能够依据需要转动或者平移工作平面,明白节点坐标系的含义及其与整体坐标系的关系；〔2〕 施加载荷和求解：把握了通过函数定义模型边界条件的方法,能够依据不规章边界定义相应的函数；〔3〕 查看分析结果：把握了显示变形图形和应力等值线图的操作, 明白不同坐标系下同一个参量的不同表达方式,如在柱坐标中 FY 对应的是环向应力 σ θ,而在笛卡儿坐标系中就是 σ y；能够通过动画显示参数的变化过程；把握静力分析问题基本的验证技巧,知道如何通过已知的数据及常识进行简洁的判定 ；〔4〕 结论对梁结构受静力时的应力有限元分析,不仅基本符合人工运算得到的数据,而且在精度方面有肯定优势；运算速度快,数据全面,可以有效的缩短设计周期；不失为一种现代的设计分析方法；参考文献 : 1. 王新荣,陈永波 .《有限元法基础及 ANSYS 应用》 . 科学出版社 . 2．康红梅 .《ANSYS 试验 2：梁结构静力有限元分析》 . 3. 黄世伟 .《基于 ANSYS 的垂直垃圾压缩机有限元分析》 . 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页。