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
弹性力学及有限元实验上机指导书 土木工程教学部 20１5年6月 一、ANSYS软件安装及有限元建模方法演示１、实验目的 掌握Ansys商用有限元软件的安装及了解有限元建模方法２、实验任务 １）Ansys商用软件8.1安装过程详解。
２）采用有限元直接建模法创建杆系模型演示。 3）采用有限元间接建模法创实体模型演示。 模型一：平面桁架如下图所示，长度单位为m，求支座反力和各杆内力。弹性模量2.1e+11，泊松比0.3，杆件截面面积均为0.01m2。 1/6 1/3 1/2 图1 平面桁架模型 模型二：正方形带孔平板，边长1m，小孔直径0.1m，板厚0.05m。弹性模量2.1e+11，泊松比0.3。上下边受均匀压力1000N。 图2 带孔正方形平板 3、实验方法 实验方法同课堂操作演示。 命令流(模型一) /PREP7 ET,1,LINK1 R,1,0.01, , MP,EX,1,,2.1e+11
MP,PRXY,1,,0.3 n,1,0,0 n,2,1,0 n,3,1,0.5 n,4,2,0 n,5,2,0.833 n,6,3,0 n,7,3,1 n,8,4,0 n,9,4,0.833 n,10,5,0 n,11,5,0.5 n,12,6,0 e,1,2 e,1,3 e,2,3 e,2,4 e,3,5 e,4,5 e,3,4 e,4,6 e,5,7 e,6,7 e,4,7 e,6,8 e,7,9 e,8,9 e,7,8 e,8,10
e,9,11 e,10,11 e,8,11 e,10,12 e,11,12 save 命令流(模型二) 二、利用ANSYS创建杆系或实体结构有限元模型 １、实验目的 掌握有限元建模的基本方法并能创建简单的杆系结构和实体结构有限元模型。 ２、实验任务 （1）采用直接建模法创建上节平面桁架结构模型。 （2）采用间接建模法创建上节带孔平板实体模型。 3、实验方法 实验方法同操作演示。 三、有限元求解及结果后处理演示 １、实验目的 掌握基本参数的设置、荷载施加方法及后处理操作。 ２、实验任务 （1）读入数据文件（命令流）的形式生成杆系结构有限元模型 （2）实常数、材料参数、求解参数设置演示 （3）位移约束、集中荷载施加方法演示 （4）计算求解与后处理操作演示。 3、实验方法 实验方法同课堂操作演示 附：后处理GUI操作及命令流操作 A、通过后处理提取节点计算结果 三种后处理操作： 1、plot results
武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析 开课学院机电工程学院 指导老师姓名 学生姓名 学生专业班级机电研 1502班 2015—2016 学年第2学期
实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁，另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直向下的30KN的载荷与60kN的载荷，分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变，其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 1.1方形截面悬臂梁模型建立 建模环境：DesignModeler 15.0。 定义计算类型：选择为结构分析。 定义材料属性：弹性模量为2.1Gpa，泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 （1）绘制方形截面草图：在DesignModeler中定义XY平面为视图平面，并正视改平面，点击sketching下的矩形图标，在视图中绘制10mmX10mm的矩形。（2）拉伸：沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm，即可得到梁的三维模型，建模完毕，模型如下图1.1所示。 图1.1 方形截面梁模型 1.2 定义单元类型： 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分：通过选定边界和整体结构，在边界单元划分数量不变的情况下，通过分别改变节点数和载荷大小，对同一结构进行分析，划分网格如下图1.2所示：
图1.2 网格划分 1.21 定义边界条件并求解 本次实验中，讲梁的左端固定，将载荷施加在右端，施以垂直向下的集中力，集中力的大小为30kN观察变形情况，再将力改为50kN，观察变形情况，给出应力应变云图，并分析。 （1）给左端施加固定约束； （2）给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力； 1.22定义边界条件如图1.3所示： 图1.3 定义边界条件 1.23 应力分布如下图1.4所示： 定义完边界条件之后进行求解。
结构有限元分析程序设计 绪论 §0.1 开设“有限元程序设计”课程的意义和目的 §0.2 课程特点 §0.3 课程安排 §0.4 课程要求 §0.5 基本方法复习 $0.1 意义和目的 1.有限元数值分析技术本身要求工程设计研究人员掌握 1). 有限元数值分析技术的完善标志着现代计算力学的真正成熟和实用化,已在各种 力学中得到了广泛的应用。比如：，已杨为工程结构分析中最得以收敛的技术手段，现代功用大致有： a). 现代结构论证。对结构设计从内力，位移等方面进行优劣评定，从而进 行结构优化设计。 b)可取代部份实验，局部实验+有限元分析，是现代工程设计研究方法的一大 特点。 c)结构的各种功能分析（疲劳断裂，可靠性分析等）都以有限元分析工具作为 核心的计算工具。 2). 有限元数值分析本身包括着理论+技术实现（本身功用所绝定的） 有限元数值分析本身包括着泛函理论+分片插值函数+程序设计 2. 有限元分析的技术实现（近十佘年的事）更依赖于计算机程序设计 有限元分析的技术取得的巨大的成就，从某种意义上说，得益于计算机硬件技术的发展和程序设计技术的发展，这两者的依赖性在当代表现得更加突出。（如可视化技术） 3.从学习的角度，不仅要学习理论，而且要从程序设计设计角度对这些理论的技术实现有 一个深入的了解，应当致力于掌握这些技术实现能力，从而开发它，发展它。（理论本身还有待于进一步完美相应的程序设计必须去开发） 4.程序设计不仅是实现有限元数值分析的工具和桥梁，而且在以下诸方面也有意义： 1). 精通基本概念，深化理论认识； 2). 锻炼实际工程分析，实际动手的能力； 3). 获得以后工作中必备的工具。（作业+老师给元素库） 目的：通过讲述有限元程序设计的技术与技巧，便能达到自编自读的能力。 §0.2 课程特点 总描述：理论+算法+数据结构（程序设计的意义） 理论：有限元算法，构造，步骤，解的等外性，收敛性，稳定性，误差分析 算法；指求解过程的技术方法，含两方面的含义；a. 有限元数值分析算法，b, 与数据结构有关的算法（总刚稀疏存贮，提取，节点优化编号等） 数据结构：指各向量矩阵存贮管理与实现，辅助管理结构（指针，数据记录等） 具体特点： 理论性强：能量泛函理论+有限元构造算法+数据结构构造算法 内容繁杂：理论方法+技术方法+技术技巧 技巧性强：排序，管理结构（指针生成，整型运算等）
有限元上机实验报告结构数值分析与程序设计 上机实验 院系: 土木工程与力学学院专业: 土木工程 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 1、调试教材P26-30程序FEM1。 1.1、输入数据文件为: 6,4,12,6,1.0E0,0.0,1.0,0.0,1 3,1,2 5,2,4 3,2,5 6,3,5 0.0,2.0 0.0,1.0 1.0,1.0 0.0,0.0 1.0,0.0 2.0,0.0
1,3,7,8,10,12 1.2、输出数据文件为: NN NE ND NFIX E ANU T GM NTYPE 6 4 12 60.1000E+01 0.000 1.0000.0000E+00 1 NODE X-LOAD Y-LOAD 1 0.000000E+00 -0.100000E+01 2 0.000000E+00 0.000000E+00 3 0.000000E+00 0.000000E+00 4 0.000000E+00 0.000000E+00 5 0.000000E+00 0.000000E+00 6 0.000000E+00 0.000000E+00 NODE X-DISP Y-DISP 1 -0.879121E-15 -0.325275E+01 2 0.879121E-16 -0.125275E+01 3 -0.879121E-01 -0.373626E+00 4 0.117216E-1 5 -0.835165E-15 5 0.175824E+00 -0.293040E-15 6 0.175824E+00 0.263736E-15 ELEMENT X-STR Y-STR XY-STR 1 -0.879121E-01 -0.200000E+01 0.439560E+00 2 0.175824E+00 -0.125275E+01 0.256410E-15 3 -0.879121E-01 -0.373626E+00 0.307692E+00 4 0.000000E+00 -0.373626E+00 -0.131868E+00 2、修改FEM1,计算P31例2-2。
学生学号1049721501301实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析机电工程学院开课学院 指导老师姓名
学生姓名 学生专业班级机电研1502班 学年第学期2016—20152 实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁，另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直 向下的30KN的载荷与60kN的载荷，分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变，其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 方形截面悬臂梁模型建立1.1 建模环境：DesignModeler15.0。 定义计算类型：选择为结构分析。 定义材料属性：弹性模量为 2.1Gpa，泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 （1）绘制方形截面草图：在DesignModeler中定义XY平面为视图平面，并正 视改平面，点击sketching下的矩形图标，在视图中绘制10mmX10mm的矩形。 （2）拉伸：沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm，即可得到梁的三维模型，建模完毕，模型如下图 1.1所示。
图1.1方形截面梁模型 ：定义单元类型1.2 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分：通过选定边界和整体结构，在边界单元划分数量不变的情况下，通过分别改变节点数和载荷大小，对同一结构进行分析，划分网格如下图 1.2
所示： 图1.2网格划分 1.21定义边界条件并求解 本次实验中，讲梁的左端固定，将载荷施加在右端，施以垂直向下的集中 力，集中力的大小为30kN观察变形情况，再将力改为50kN，观察变形情况，给出应力应变云图，并分析。 （1）给左端施加固定约束； （2）给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力； 1.22定义边界条件如图1.3所示：
ANSYS上机实验报告 小组成员：郝梦迪、赵云、刘俊 一、实验目的和要求 本课程上机练习的目的是培养学生利用有限单元法的商业软件进行数值计算分析，重点是了解和熟悉ANSYS的操作界面和步骤，初步掌握利用ANSYS建立有限元模型，学习ANSYS分析实际工程问题的方法，并进行简单点后处理分析，识别和判断有限元分析结果的可靠性和准确性。 二、实验设备和软件 台式计算机，ANSYS10.0软件 三、基本步骤 1）建立实际工程问题的计算模型。实际的工程问题往往很复杂，需要采用适当的模型在计算精度和计算规模之间取得平衡。常用的建模方法包括：利用几何、载荷的对称性简化模型，建立等效模型。 2）选择适当的分析单元，确定材料参数。侧重考虑一下几个方面：是否多物理耦合问题，是否存在大变形，是否需要网格重划分。 3）前处理（Preprocessing）。前处理的主要工作内容如下：建立几何模型（Geometric Modeling），单元划分（Meshing）与网格控制，给定约束（Constraint）和载荷（Load）。在多数有限元软件中，不能指定参数的物理单位。用户在建模时，要确定力、长度、质量及派生量的物理单位。在建立有限元模型时，最好使用统一的物理单位，这样做不容易弄错计算结果的物理单位。建议选用kg，N，m，sec；常采用kg，N，mm，sec。 4）求解（Solution）。选择求解方法，设定相应的计算参数，如计算步长、迭代次数等。 5）后处理（Postprocessing）。后处理的目的在于确定计算模型是否合理、计算结果是否合理、提取计算结果。可视化方法（等值线、等值面、色块图）显
中南林业科技大学机械零件有限元分析 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 年级： 2013级 班级：机械一班 姓名：杨政 学号：20131461 I
一、实验目的 通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤；掌握在ANSYS 系统环境下，有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。 二、实验内容 实验内容分为两个部分：一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析，可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解；第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习，可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。
实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析 对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析，球体承受的内压为 1.0×108Pa ，空 心球体的内径为 0.3m ，外径为 0.5m ，空心球体材料的属性：弹性模量 2.1×1011，泊松比 0.3。 承受内压：1.0×108 Pa 受均匀内压的球体计算分析模型（截面图） 1、进入 ANSYS →change the working directory into yours →input jobname: Sphere 2、选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK →Close (the Element Type window) 3、定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK 4、生成几何模型生成特征点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input ：1(0.3，0)，2(0.5，0)，3(0，0.5)，4(0，0.3)→OK 生成球体截面 ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In ActiveCoord → 依次连接 1,2,3,4 点生成 4 条线→OK Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条线→OK ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 5、网格划分 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) lines: Set
有限元实验报告 T1013-5 20100130508 蔡孟迪
ANSYS有限元上机报告（一） 班级:T1013-5 学号:20100130508 姓名:蔡孟迪 上机题目： 图示折板上端固定，右侧受力F=1000N，该力均匀分布在边缘各节点上；板厚t=2mm 材料选用低碳钢，弹性模量E=210Gpa，μ=0.33. 一、有限元分析的目的： 1．利用ANSYS构造实体模型； 2．根据结构的特点及所受载荷的情况，确定所用单元类型；正确剖分网格并施加外界条件；3．绘制结构的应力和变形图，给出最大应力和变形的位置及大小；并确定折板角点Ａ处的应力和位移； 4．研究网格密度对Ａ处角点应力的影响； 5．若在Ａ处可用过渡圆角，研究Ａ处圆角半径对Ａ处角点应力的影响。 二、有限元模型的特点： 1．结构类型 本结构属于平面应力类型 2.单位制选择 本作业选择N（牛），mm（毫米），MPa（兆帕）。 3.建模方法 采用自左向右的实体建模方法。 4.定义单元属性及类型 1）材料属性：弹性模量：EX=2.10E5MPa, 泊松比：PRXY=0.33 2）单元类型：在Preferences选Structural，Preprocessor>ElemmentType>Add/Edit/Delete中定义单元类型为：Quad4 node 182，K3设置为：平面薄板问题（Plane strs w/thk） 3）实常数：薄板的厚度THK=2mm 5.划分网格 在MeshTool下选set,然后设置SIZE Element edge length的值，再用Mesh进行网格划分。6.加载和约束过程：在薄板的最上端施加X、Y方向的固定铰链，在薄板的最右端施加1000N 的均匀布置的载荷。
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。 图 6
一、实验目的 通过上机对有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解；通过对本实验所用软件平台Ansys 的初步涉及，为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE 软件进行工程分析奠定初步基础。 二、实验设备 机械工程软件工具包Ansys 三、实验内容及要求 1) 简支梁如图3.1.1所示，截面为矩形，高度h=200mm ，长度L=1000mm ，厚 度t=10mm 。上边承受均布载荷，集度q=1N/mm2，材料的E=206GPa ，μ=0.29。平面应力模型。 X 方向正应力的弹性力学理论解如下： 图3.1.1 ①在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ，y σ的分布规律。 ②计算下边中点正应力x σ的最大值；对单元网格逐步加密，把x σ的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。 ③针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。 2) 一个正方形板，边长L = 1000mm ，中心有一小孔，半径R = 100mm ，左右边 受均布拉伸载荷，面力集度q = 25MPa ，如图 3.2.1所示。材料是 206E GPa =，0.3μ=，为平面应力模型。当边长L 为无限大时，x = 0截面上理论解为： ) 534()4 (6222 23-+-=h y h y q y x L h q x σ
)32(2|44 220r R r R q x x ++==σ 其中R 为圆孔半径，r 为截面上一点距圆心的距离。x = 0截面上孔边（R r =）应力q x 3=σ。所以理论应力集中系数为3.0。 图3.2.1 用四边形单元分析x = 0截面上应力的分布规律和最大值，计算孔边应力集中系数，并与理论解对比。利用对称性条件，取板的四分之一进行有限元建模。 3) 如图3.3.1所示，一个外径为0.5m ，内径为0.2m ，高度为0.4m 的圆筒，圆 筒的外壁施加100MPa 的压强，圆筒的内部约束全部的自由度，材料参数是密度。 使用平面单元，依照轴对称的原理建模分析。 q
有限元上机实验报告 姓名柏小娜 学号0901510401
实验一 一 已知条件 简支梁如图所示，截面为矩形，高度h=200mm ，长度L=1000mm ，厚度t=10mm 。上边承受均布载荷，集度q=1N/mm 2，材料的E=206GPa ，μ=0.29。平面应力模型。 X 方向正应力的弹性力学理论解如下： )534()4 (6222 23-+-=h y h y q y x L h q x σ 二 实验目的和要求 （1）在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ，y σ的分布规律。 （2）计算下边中点正应力x σ的最大值；对单元网格逐步加密，把x σ的计算值与理论解对比，考察有限元解的收敛性。 （3）针对上述力学模型，对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。 三 实验过程概述 （1） 定义文件名 （2） 根据要求建立模型：建立长度为1m ，外径为0.2m ，平行四边行区域 （3） 设置单元类型、属性及厚度，选择材料属性： （4） 离散几何模型，进行网格划分 （5） 施加位移约束 （6） 施加载荷 （7） 提交计算求解及后处理 （8） 分析结果 四 实验内容分析 （1）根据计算得到应力云图，分析本简支梁模型应力分布情况和规律。主要考察x σ和y σ，并分析有限元解与理论解的差异。 由图1看出沿X 方向的应力呈带状分布，大小由中间向上下底面递增，上下底面应力方向相反。由图2看出应力大小是由两侧向中间递增的，得到X 方向
上最大应力就在下部中点，为0.1868 MPa 。根据理论公式求的的最大应力值为0.1895MPa 。由结果可知，有限元解与理论值非常接近。由图3看出Y 的方向应力基本相等，应力主要分布在两侧节点处。 图 1 以矩形单元为有限元模型时计算得出的X 方向应力云图 图 2 以矩形单元为有限元模型时计算得出的底线上各点x 方向应力图 （2）对照理论解，对最大应力点的x σ应力收敛过程进行分析。列出各次计算 应力及其误差的表格，绘制误差－计算次数曲线，并进行分析说明。 答：在下边中点位置最大应力理论值为： MPa h y h y q y x L h q x 1895.0)5 34()4(622223=-+-=σ
实验一ANSYS软件环境 一、实验目的： 熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。 二、实验设备： 微机，ANSYS软件。 三、实验内容： ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。 四、实验步骤： 1、ANSYS界面介绍： ANSYS软件功能非常强大，应用范围很广，并具有友好的图形用户界面（GUI）和优秀和程序架构。基于Motif标注的GUI主要由主窗口和输出窗口组成。随着版本的不断升级，ANSYS界面不断改进，不同版本间的界面存在着较大差别。下面介绍ANSYS的用户界面。 （1）主窗口 图1-1 ANSYS主窗口 ANSYS的主窗口主要由以下5个部分组成。 ①Utility菜单 这些菜单主要通过ANSYS的相关功能组件起作用，比如文件控制、参数选择、图像参数控制及参数输入等。 ②Input Line(Input Window命令输入窗口) 命令输入窗口（也称为命令栏）用于显示程序的提示信息并允许用户直接输入命令，简化分析过程。
③工具栏（Toolbar） 工具栏主要由按钮组成，这些按钮都是ANSYS中的常用命令。用户可以根据工作类型定义自己的工具栏以提高分析效率。 ④主菜单（Main Menu） 主菜单包括了ANSYS最主要的功能，分为前处理器（Preprocessor）、求解器（Solution）、通用后处理器（General Postprocessor）、设计优化器（Design Optimizer）。展开主菜单可以看到非常多的树状建模命令，这也是ANSYS7.0版本和以前版本的一个显著差别。虽然菜单的外观改变了，但是菜单结构没有变化，这对ANSYS用户平滑升级非常有利。 ⑤图形窗口（Graphic Windows） 图形窗口用于显示分析过程的图形，实现图形的选取。在这里可以看到实体建模各个过程的图形并可查看随后分析的结果。 （2）输出窗口（Output Windows） 输出窗口用于显示程序的文本信息，即以简单表格形式显示过程数据等信息。通常，输出窗口被主窗口遮盖，当然，如果需要随时可以将输出窗口拖到前面。 注意： 应该在ANSYS分析的各个步骤中随时查看输出窗口中的信息，检验分析过程是否正确，以便及时调整。 通过GUI可以方便地交互式访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料，一步步地完成整个分析，很好地体现出ANSYS的易用性。同时，ANSYS软件也提供了完整的在线说明和帮助文件，以协助有经验的用户进行高级应用。 在用户界面中，ANSYS软件提供了4种通用的命令输入方式：菜单、对话框、工具栏和直接输入命令。 2、ANSYS分析过程： 一个典型的ANSYS分析过程包含3个主要步骤，每个主要步骤及其子步骤如下： （1）建立有限元模型 在ANSYS中建立有限元模型的过程大致可分为以下3个主要步骤： ①建立或导入几何模型 ②定义材料属性 ③划分网格建立有限元模型 （2）施加载荷并求解 在ANSYS中施加载荷及求解的过程大致可以分为以下3个主要步骤： ①定义约束 ②施加载荷 ③设置分析选项并求解 （3）查看分析结果 在ANSYS中查看分析结果的过程大致可以分为以下2个主要步骤： ①查看分析结果 ②检验分析结果（验证结果是否正确）
有限元法基础及应用 上机报告 南京理工大学 2015年12月 上机实验一
1 实验题目 设计一个采用减缩积分线性四边形等参元的有限元模型，通过数值试验来研究网格密度、位移约束条件与总刚度矩阵奇异性、沙漏扩展、求解精度的关系，并验证采用减缩积分时保证总刚度矩阵非奇异的必要条件。总结出你的研究结论，撰写实验报告。 2 实验目的 通过实验来研究减缩积分方案中网格密度和位移约束条件对总体刚度矩阵奇异性和求解精度的影响，以此加深对有限元减缩积分的理解，和对减缩积分中保证总体刚度矩阵非奇异性的认识。 3建模概述 先保持位移约束条件不变，研究网格密度对总体刚度矩阵奇异性和求解精度的影响，并验证采用减缩积分时保证总刚度矩阵非奇异的必要条件。如下图1所示，建立一个简支和链杆的约束条件，然后不断增加网格密度，通过ABAQUS 来计算位移和应力的变化规律。 个独立关系式）节点（两个自由度）
4 计算结果分析讨论与结论 1）1*1单元四边形减缩积分实验 载荷布种/单元 应力云图 2）2*1单元四边形减缩积分实验 载荷单元
应力云图3）4*4单元四边形减缩积分实验 载荷布种单元 应力云图
结果分析 5 实验体会与小结 单元刚度矩阵的特征： (1)对称性 (2)奇异性 (3)主元恒正 K相同 (4)平面图形相似、弹性矩阵D、厚度t相同的单元，e K的分块子矩阵按结点号排列，每一子矩阵代表一个结点，占两行两 (5)e 列，其位置与结点位置对应。 整体刚度矩阵的特征： (1)对称性 (2)奇异性 (3)主元恒正 (4)稀疏性 (5)非零元素呈带状分布。 [K]的物理意义是任意给定结构的结点位移所得到的结构结点力总体上满足力和力矩的平衡。为消除[K]的奇异性，需要引入边界条件，至少需给出能限制刚体位移的约束条件。 对于一个给定形式的单元，如果采用精确积分，则插值函数中所有项次在|J|=常数的条件下能被精确积分，并能保证刚度矩阵的非奇异性。如果采用减缩积分，因为插值函数中只有完全多项式的项次能被精确积分，因此需要进行刚度矩阵非奇异必要条件的检查。
本科生实验报告书 四节点等参单元有限元分析的FORTRAN程序
目录 1．问题概述 (1) 2．四节点四边形等参单元介绍 (1) 3．单元应力磨平方法介绍 (4) 4．程序流程设计 (6) 程序设计概述 流程图 5．程序结构及程序说明 (8) 6．程序应用及算例分析 (9) 算例概述 算例ANSYS求解 算例程序数值解 算例分析 7. 总结 (15)
1. 问题概述 等参单元是有限元方法中使用最广泛的单元类型。等参单元的位移模式和坐标变换均采用相同的形函数，这种坐标变换叫做等参变换。通过等参变换可以将自然（局部）坐标中几何形状规则的单元转换成总体（笛卡尔）坐标中形状扭曲的单元，因而使得单元有较好的适应性。 本问题首先对平面四节点四边形等参单元的形函数、应力矩阵和等效节点力矩阵、应力磨平公式等的推导和计算求解。并通过设计FORTRAN 求解程序进行编程求解，最后给出算例（受集中荷载的悬臂梁）并进行求解，将解与ANSYS 的解进行比较。在这个过程中，采用了高斯三点积分和高斯两点积分，这种积分方法的求解效率较高而且精度也较好。在问题的最后，尝试去分析引起数值解误差的原因，并分析四节点等参单元的若干特性。 2. 四节点四边形等参单元介绍 边长为2的正方形单元（如下图所示），在其形心处安置一个局部坐标。单元角 结点i 的坐标（,）分别为 ,因此单元四条边界的方程可用简单公式 和 逐一给出。 图2-1 母单元 1 2 3 4 0
图2-2 四边形单元 形函数的表达式： 位移函数： ∑==41 i N u i i u ∑==4 1 i N v i i v 坐标变换式： ∑==41 i x N x i i ，∑==4 1 i y N y i i 单元应变矩阵 {}[]{}[]{}e e B B B B B x v y u y v x u δδε4321==??? ? ??? ?????????????+??????= 式中{ }[]T T T T T 4 321e δδδδδ=——单元节点的位移列阵；
有限元法基础及应用上机指导书 南京理工大学 2008年4月
1 引言 上机实验是“有限元法基础及应用”课程的一个教学实践环节。通过上机，同学们可以对理论课所学有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解，同时通过对本实验所用软件平台Ansys的初步涉及，为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE软件进行工程分析奠定初步基础。 2 Ansys软件及其应用简介 Ansys是一个集成化的机械工程软件工具包，它包含所谓的CAD/CAE/ CAM功能。该软件能实现对机械工程产品设计和分析的并行工程（Concurrent Engineering）方法，它允许协同工作的不同设计小组共享设计模型并在不同应用模块之间自由交换信息。 Ansys是一个主要基于有限元法的工程分析应用软件系统，其功能几乎涉及工程分析的所有方面。用Ansys软件对一个结构或机械零件进行有限元分析的过程由三个大步骤组成：前处理、求解、后处理。 前处理是指建立有限元模型的几何、输入模型的物理和材料特性、边界条件和载荷的描述、模型检查的整个过程。 求解阶段对前处理建立的有限元模型选择相应的求解器进行求解运算。 后处理涉及对计算结果进行考察和评估的各种操作，比如绘制应力、变形图，将结果与失效准则进行比较等。后处理阶段必须回答两个问题：模型是否准确？结构或零件是否满意？ 模型中有许多可能产生误差的因素，比如有限元网格的疏密、所使用单元的类型、材料特性、边界条件等。因此后处理需要对这些环节可能产生的错误进行检查，而这些问题往往在前处理和求解阶段难以发现。在根据计算结果对所分析的结构或零件进行评估之前，应确保模型中没有错误。 3 上机实验 3.1 习题1 3.1.1 已知条件 简支梁如图3.1.1所示，截面为矩形，高度h=200mm，长度L=1000mm，厚度t=10mm。上边承受均布载荷，集度q=1N/mm2，材料的E=206GPa，μ=0.29。平面
ANSYS上机实验报告实验二：折板的有限元分析 班级： 姓名： 学号：
一、实验题目 图示折板，右侧受力F=1000N,该力均匀分布在边缘各节点上，板厚t=2mm，材料选用低碳钢，弹性模量E=210GPa，u=0.33。 二、实验过程 1、确定所采用的单位制：N，mm，MPa。 2、问题类型:平面应力问题。 3、利用ANSYS构造实体模型。 4、网格划分 1）、定义材料属性：Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX: 210e3, PRXY: 0.33 →OK 2）、定义单元类型：Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad-8node(Plane82) →OK (back to Element Types window) →Options… →selelt K3: Plane Strsw/thk →Close (the Element Type window) 3）、定义实常数（厚度）：Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add… →select Type 1→OK→input THK: 2 →OK →Close (the Real Constants Window) 4）、划分网格：为作网格密度对比，在size element edge length（单元边长值）分别输入1,3,8 。 5、加载及求解
有限元分析及应用 专业：机械 姓名：你喝 学号：2 0 1 3 X X 指导老师：没意义 工字梁热力学与结构学耦合分析
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）将物体划分成有限个单元，这些单元之间通过有限个节点相互连接，单元看作是不可变形的刚体，单元之间的力通过节点传递，然后利用能量原理建立各单元矩阵；在输入材料特性、载荷和约束等边界条件后，利用计算机进行物体变形、应力和温度场等力学特性的计算，最后对计算结果进行分析，显示变形后物体的形状及应力分布图。有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 热——结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力、应变和位移等物理量的影响，热——结构耦合问题是结构分析中较常见的一类耦合分析问题。由于结构温度场的分布不均会引起结构的热应力，或者是结构件在高温环境中工作，材料受到温度的影响会发生性能的改变，这些都是进行结构分析时需要考虑的因素。为此需要先进行相应的热分析，然后再进行结构分析。在NX环境中进行热——结构耦合分析，首先进行热分析求得结构的温度场，然后再进行结构分析，并将前面得到的温度场作为体载荷加到结构中，求解结构的应力分布。 1.模型建立 2.热分析 新建FEM和仿真 点击开始按钮，选择“高级仿真”，激活高级仿真模块。在仿真导航器中选择“新建FEM 和仿真” 解算方案 网格收集器 添加材料属性，从材料清单中选择“Steel”，单击“确定” 划分网格 添加约束（进入仿真环境） 所有外表面添加对流约束，环境温度为45，对流系数为100W/m^2-C 添加热约束 在工字梁顶端设置65恒温 解算方案求解
2015级研究生 《工程中的有限元》作业 姓名：李俊谕 学号：G 专业：建筑与土木工程 学院：土木与环境工程学院 研究方向：桥梁监测 联系方式： 任课教师：陈章华老师 2016年1月07日 工程中的有限元作业 第一章有限单元法的数学基础 思考题 1-1 “用加权余量法求解微分方程，其权函数V和场函数μ的选择没有任何限制”，这句话对吗？ 答：错。有连续性要求。 1-2 “加权余量法仅适合为传热学问题建立基本的有限元方程，而基于最小势能原理的虚功原理仅适合为弹性力学问题建立基本的有限元方程”，这种说法对吗？ 答：错。加权余量法尤其适合于具有连续场的非力学问题，如声、电、热和磁学问题的有限元方程的建立。虚功原理可用来推导各种力学问题的有限元方法中所用的基本列式。 1-3 现在工程分析中的数值分析方法主要有有限差分法、有限元法和边界元法。这些方法本质上是将求解区域进行网格离散化，然后通过求解方程获得数值结果。是否可以将求解区域离散成节点群，但是没有网格求解？ 答：可以。在有限元可以使用无网格法。无网格方法（Mesh-less method）是在数值计算中不需要生成网格，而是按照一些任意分布的坐标点构造插值函数离散控制方程，就可方便地模拟各种复杂形状的流场。 第二章ANSYS命令基础及其操作步骤 思考题 2-1 ANSYS软件有哪些功能模块？在GUI方式下的六个窗口有何功能和特点？
答：ANSYS软件主要有三个模块：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。 六个窗口的功能特点：1.应用菜单命令，位于屏幕最上方，包含各种应用命令；2.主菜单，在屏幕的最左侧，包含分析过程的主要命令；3.工具栏，是执行命令的快捷键；4.输入窗口，是输入命令的地方，同时可监视命令的历程；5.图形窗口，显示使用者所建立的模块及查看结果分析；6.输出窗口，叙述了输入命令执行的结果。 2-2 随意旋转或缩放观察图元或者网格，应该用哪个窗口中的哪个按钮？ 答：模型控制工具条中的“自由按钮”。 2-3用有限元法分析实际工程问题时有哪些基本步骤？需要注意什么问题？ 答：（1）前处理：1.设定偏好，即选定工作的学科领域；2.选定单元类型；3.选定材料属性； 4.几何建模； 5.网格划分。（2）求解处理：1.载荷条件设置；2.边界条件设置；3.求解类型与参数设置；4.求解。（3）运行通用后处理器或运行时间历程后处理器。 2-4 对于结构受力分析问题，应当如何把握单元网格疏密？ 答：在计算数据变化梯度较大的部位（如缺口附近的应力集中区域），需要采用较密集的网格；在计算数据变化梯度较小的部位，则应划分相对稀疏的网络。而计算固有特性时则趋于采用较均匀的网格形式。 2-5 对于已经划分二维实体单元网格的面积单元，采用Copy命令对面积图元进行复制后，单元网格是否也随之进行复制或映射？ 答：是。 2-6 对于一立方体，采用Reflect命令，选择YZ平面为镜像面进行反射后，形成两个贴合立方体，两个立方体在公共边界上是什么关系。 答：没有关系。 2-7 进行平移工作平面的平移时，某方向的平移值是指沿整体x,y,z坐标系的值还是沿工作平面Wx，Wy，Wz坐标系的值。 答：沿工作平面Wx,Wy,Wz。 2-8 在一个钢质圆筒的侧壁加焊一个铜制把手，ANSYS建模时，需要执行布尔ADD运算命令，对吗？ 答：不对。应该执行布尔Glue命令。布尔Add命令必须是针对同级同材料的图元。 2-9 用工作平面对体积图元进行切割（Divide）操作后，切割后形成的两个体积图元在其界面上是否具有类似粘结(Glue)的连接关系？ 答：具有。 2-10要模拟在一杯溶液中放入一块金属，当溶液和金属块已经完成建模后，用一条什么布尔运算命令能最简洁地实现以上物体的几何位置相容要求？ 答：布尔Overlap（搭接）命令。 2-11应当使用ANSYS选择（Select）命令。 2-12不对。在求解计算之后的结果以整体直角坐标系存储，如果希望以柱坐标显示结果，则需要将激活的结果坐标系转换成柱坐标系。 2-13错误的原因是底部约束不足。 上机题 2-1
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) ANSYS有限元分 试验报告
ANSYS试验报告 一、ANSYS简介: ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如ProEngineer, NASTRAN, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。 本实验我们用的是ANSYS12.1软件。 二、试验题目： 我们组做的是第六组题目，具体题目如下： （6）如图所示，LB=10，a= 0.2B , b= (0.5-2)a，比较b 的变化对 最大应力 x的影响；并与（5） 比较。 三、题目分析： 该问题是平板受力后的应力分析问题。我们通过使用ANSYS软件求解，首先要建立上图所示的平面模型，然后在平板一段施加位移约束，另一端施加载荷，最后求解模型，用图形显示，即可得到实验结果。 四、ANSYS求解： 求解过程以b=0.5a=0.02为例：
1.建立工作平面，X-Y平面内画长方形， L=1,B=0.1,a=0.02,b=0.5a=0.01;（操作流程：preprocessor→modeling →create→areas→rectangle） 2.根据椭圆方程，利用描点法画椭圆曲线，为了方便的获得更多的椭圆上的点，我们利用C++程序进行编程。程序语句如下： 运行结果如下：
本问题（b=0.5a=0.01）中，x在[0,0.02]上每隔0.002取一个点，y 值对应于第一行结果。由点坐标可以画出这11个点，用reflect命令关于y轴对称，然后一次光滑连接这21个点，再用直线连接两个端点，便得到封闭的半椭圆曲线。（操作流程：create→keypoints→on active CS→依次输入椭圆上各点坐标位置→reflect→create→splines through keypoints→creat→lines→得到封闭曲线）。 3.由所得半椭圆曲线，生成半椭圆面。用reflect命令关于x轴对称（操作流程：create→areas by lines→reflect→得到两个对称的半椭圆面）。 4.用substract命令，将两个半椭圆面从长方形板上剪去（操作流程：preprocessor→modeling→create→Booleans→substract→areas.）。