二维悬臂梁有限元分析.docx

1探讨目的及问题阐述1.1基本探讨目的(1)驾驭AYSYS软件的堪本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。(2)熟识有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。(3)利用心SYS软件对梁结构进行有限元计算.(4)探讨不同泊松比对同一位置应力的影响。1.2基本问题提出-1.I模型示意图如图1.1所示，当EX=3.01e6,F=5000N,悬爵梁杆一端固定,另端为自由端。当悬臂梁的泊松比U为:0.2、0.25、0.3、0.35、0.4时,确定同一位置的应力分布,得出分布云图。采纳二维模型，3*0.09m。2软件学问学习2.1软件的运用及介绍软件介绍：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的美国ANSYS开发，它能及多数CAD软件接口,实现数据的共享和交换,如Pro/Engineer,NASTRAN11.ogor,I-DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块11前处理模块供应了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以便利地构造有限元模型：分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析九流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析实力：后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子潦迹显示、立体切片显示、透亮及半透亮显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件供应了100种以上的堆元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件仃多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备匕如PC，SGI.HP,SUN,DEC.IBM,CRAY等。3探讨方法及过程3.1 探讨方法论证经过查找相关资料，探讨探讨后，确定了两种方案解决这问题，对于方法可能比较简洁，但是在最终确定固定点时精确度不够：对于方法二，虽然操作过程有点繁琐，但是在最终的节点选择上就会很精确，有利于探讨结论的正确性及有效性：故本次探讨采纳方法二.3. 2探讨法方法一简要介绍(1) Uti1.ityMenu-New(2) Uti1.ityMenu-Jobname(3) Uti1.ityMenu-Fi1.e-ChangeTit1.e(4) MainMenu-Proprocessor-E1.ementType-Add/Edit/De1.ete(5) MainMenu-Preprocessor-MaIeriu1props-Materia1.MOdeISi1.inear(线性)E1.astic弹性)Isotropic(各向同性)(6) MainMenu-Preprocessor-Mode1.ing-*Create-Areas-*Rectang1.e-ByDimensions(7) MainMenu-fcPreprocessoi-*Mcshing-McshAttributes-AHAreas(8) MainMenu-Preprocessor-Meshing-Sizecn1.r1.s-SiniirtSize-Basic(9) MainMenu-Preprocessor-MeshingMeshfrea-FreeANSYS(10) MainMenu-fcSo1.ution-Definei>ad(定义载荷)-App1.y加载)-Structura1.(结构)-eDisp1.acemen1.(位移)-OnOndes(11) MainMenu-*So1.ution-*Dcfinc1.oad(定义载荷)-App1.y(加载)-*Structura1.(结构)-ForcezzMoment1力/力矩)一OnOndes(12) ANSYSMainMenu:So1.ution-So1.ve-Current1.S-OK(toc1.osetheso1.veCurrent1.oadStepwindow)-OK(13) NSYSMainMenu:Genera1.Pos1.proc-P1.otResu1.ts-DeormdShHPe-*se1.ectDef+UndefOnnedOK(14) MainHenUfGenera1.Postproc-P1.otResu1.ts(绘制结果)-*ContourP1.ot(绘制等值图)-Noda1.So1.u(节点解)-Noda1.SoIUtiOn(节点解)-E1.asticStrain(弹性应变)-*Y-ComponenIofe1.asticstrain(弹性应变Y近量)(15) ANSYSMainMenu:Genera1.Postpioc-QueryResu1.ts-SubgridSo1.u-选择StreSS-X-Componentofstress-OK在应力分布图中，选择一固定节点,点OK即可测出相应Y方向上应力。3.3主要探讨方法二介绍过浦菜单(1)ANSYSMainMenu:Preferences-se1.ectStructura1.OK注:过漉菜单如图3.1所示HTT)P1HMPrf<AcsfrCUIFIker1.NUn1.iicip1.>M(三)UAB>nUCVIBT<rBt1.AKTS11u4t:If»i&dxndvddikifIimstrt<1.tctUdyvi1.1.d1.hwIScip1.intOPt1.eaSC旷1.adStrtct.XICwxdIXdp图3.1过漉菜单实体建模(1)ANSYSMainMenu:Preprocessor-Mode1.ing-Create-Keypoints-InActiveCS一依次输入4个点的坐标:input:I(0,0,0)-App1.y2(3000,0,0)-App1.y-3(3000,90,0)-App1.y-4(0,90,0)-OK注：在实体建模中，建立四个方位点,首先建立点I，如图3.2所示，然后选择AP1.Iy应用，再依次输入点2、3、4方位。:Frtfwwce:hocw£EtawtT)ftERHCosomsEMrtwIProEk6sfsEMedtih)ECnaiiSCfpciftsJiOW(FfamMittO1.1.iM>OtIintwM>0«Wt>akrt*ws;fi1.1.brtwtftfJBtfrcentrBKrdFTofireSHrdPTwrei图3.2建立方位点B1.ins(2)由4个关键点组成面ANSYSMainMenu:Preprocessor-*Mode1.ing-Create-Areas-Arbitrary-ThroughKPs-依次拾取4个点一OK注：在拾取关键点是要按依次依次拾取，拾取完点击OK即可，如图3.3所示。IrmMQnBCreaS口CwhC：7Q1.质OfetSRtcbSCMeBMyjMFi1.etSVohntsS蚓M1.tJS1.ines日航3S划分网格(1)定义单元类型Preprocessor-E1.ementTyPe-Add/Edit/DeIeteTAdd-se1.ectSo1.idQuad4node42-OK(backtoE1.ementTypeswindow)-0PtionSfSeIeItK3:P1.aneS1.rswZ1.hk-C1.ose(theE1.ementTypeWindoW)此处选用SOIidQuad4node42。注：选择单元类型，如图3.4所示.图3.1单元类型选择(2)定义实常数ANSYSMainMenu:Preprocessor-Rea1.Constants-Add-se1.ectType1OK-*-inputTHK:90-OKfC1.os。(theRea1.ConstantsWindow)注：定义悬臂梁的厚度，即在THK框中输入90(mm),如图3,5所示。(3)定义材料(弹性模量，泊松比)ANSYSMainMenu:Preprocessor-eMateria1.Props-Materia1.Mode1.s-Structura1.-*1.inear-E1.astic-Isotropic-*inputEX:3.01e6,PRXY:0.2-OK注：定义材料弹性模量及泊松比，EX为弹性模量，PRXY为泊松比，在第一次定义时在PRXY框中输入0.2,以后同理，依次输入0.25、0.3、0.35、0.4,如图3.6所示。M<k¼OeePMatena1.Modi,4be0JgForsf8-1.><r演“5Chc*ropicroprtie*foeMateria1.Kx11br1T*mp*raturx×PRXVUrarHoCropcM4t0r1.rep<t>*forM1naiNumb*rtJ图3.6定义弹性模浆及泊松比(4)指定单元属性ANSYSMainMenu:Preprocessor-Meshing-McshToo1.-E1.ementAttributes-*(se1.ect)G1.oba1.-Set-OK注:指定单元属性，依次点定甲元即可,如图3.7所示.MeshToo1.-SizeContro1.sse1.ect1.ines-Set*拾取长边的两条线一OK-inputNDIV:6-App1.y拾取短边的两条线-OK-*inputNDIV:2-*0K分别等份划分长和宽注：划分长，6等分，如图3.8所示。JHS*I三三JI1图3.86等分长注：划分宽，2等分，如图3.9所示。MeshToo1.-Mesh:se1.ectAreas-Shape:Quad-Free-Mesh-PickA1.1.C1.ose(theMeshToo1.window)注：释放网格,如图3.IO所示.图3.10修放网格(7)显示单元及节点编号Uti1.ityMenu：PIotctr1.s-*Numbering-*选项NODENodenumbers为On在E1.omtzAttribnumbering选择E1.eInCntnumbersfOKgIraM图3.12节点显示示意图求解（1）施加位移边界条件及加载1）给节点1、10施加X和y方向的约束（即约束左边）ANSYSMainMenu:So1.ution-*Define1.oads-*App1.y-Structura1.Disp1.acementOnNodes-*拾取节点1»10OKse1.ect1.-ab2:A1.1.OFF一OK注：悬臂梁固定一端，此处选择左端固定，如图3.13所示。«*MCturvIDitp1.cm*t尸OnUE抑OnArPOnK<ypo1.MSSE2AOnNod«COmPOn.Cts田SymmrtryAC田AntiaymmB.C.FctMomentPr