梁的有限元分析例题

基于多孔梁的有限元分析

问题描述：

梁是用于支撑多种不同物体重要部件，经常用于建筑领域，所以对梁结构的合理性与安全性也就提出了相当高的要求。本文采用hypermesh、nastran以及hyperview软件对实体梁结构进行静力分析、通过观察受力情况的变化，为后期梁结构的改进做出相应的指导方向。

1. 创建实体模型

由于梁结构比较简单，故无需从CAD中导入，可直接在有限元前处理软件中建立相应的模型，然后对其划分网格，添加约束和载荷。本例的实体模型是在功能非常强大的有限元前处理软件hypermesh中建立，实体模型如图1所示

图1 梁的三维模型

2. 创建有限元模型

因为整个梁是实体结构，故在进行有限元网格划分的时候采用实体单元进行划分，本例中采用的是4节点的四面体单元进行网格划分，单元的尺寸为5mm，划分完成后一共得到28299个单元。按照设计要求，支架的材料为各向同性材料，取弹性模量为（1.63x105）MPa，泊松比为0.33，密度为2500kg/m3，得到梁的有限元模型如图2所示。

图2 梁的网格划分

3. 添加约束和载荷

（1）. 约束的添加

梁是起支撑作用的，所以必须将其两端的所有自由度进行约束，防止其移动和转动。如图3所示；

基于UG的有限元分析

1. 模型的建立

利用UG8.0/ Modeling 模块建立模型，如图1所示：

图1 模型

2. 新建有限元模型

1) 单击【开始】→【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口中右击单击【Rocker.prt】节点，在出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，默认名称、文件夹，单击【确定】按钮。

2) 弹出【新建FEM】对话框，设置求解器为 NX NASTRAN。分析类型为结构分析。单击【确定】按钮，进入了创建有限元模型的环境。 3) 单击工具栏的【材料属性】

图标，弹出【指派材料】

对话框，选择好实体模型，在【材料】列表框中单击【Steel】，

再单击【确定】按钮即完成部件材料属性设置。 4) 单击工具栏中的【物理属性】

图标，弹出图2所示的

【物理属性表管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】（体单元）对话框，如图2所示，在【材料】列表框中选取【Steel】选项，其他选项默认，单击【确定】按钮。返回到【物理属性表管理器】对话框。单击【关闭】按钮退出。

图2 【PSOLID】对话框

5) 单击工具栏中的【网格捕集器】

图标，弹出图3所示

的【网格捕集器】对话框，在【实体属性】列表框中选取上述设置的

基于UG的有限元分析

1. 模型的建立

利用UG8.0/ Modeling 模块建立模型，如图1所示：

图1 模型

2. 新建有限元模型

1) 单击【开始】→【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口中右击单击【Rocker.prt】节点，在出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，默认名称、文件夹，单击【确定】按钮。

2) 弹出【新建FEM】对话框，设置求解器为 NX NASTRAN。分析类型为结构分析。单击【确定】按钮，进入了创建有限元模型的环境。 3) 单击工具栏的【材料属性】

图标，弹出【指派材料】

对话框，选择好实体模型，在【材料】列表框中单击【Steel】，

再单击【确定】按钮即完成部件材料属性设置。 4) 单击工具栏中的【物理属性】

图标，弹出图2所示的

【物理属性表管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】（体单元）对话框，如图2所示，在【材料】列表框中选取【Steel】选项，其他选项默认，单击【确定】按钮。返回到【物理属性表管理器】对话框。单击【关闭】按钮退出。

图2 【PSOLID】对话框

5) 单击工具栏中的【网格捕集器】

图标，弹出图3所示

的【网格捕集器】对话框，在【实体属性】列表框中选取上述设置的

武汉理工大学教师备课专用纸

有限元分析基础 第一章 有限元法概述

在机械设计中，人们常常运用材料力学、结构力学等理论知识分析机械零构件的强度、刚度和稳定性问题。但对一些复杂的零构件，这种分析常常就必须对其受力状态和边界条件进行简化。否则力学分析将无法进行。但这种简化的处理常常导致计算结果与实际相差甚远，有时甚至失去了分析的意义。所以过去设计经验和类比占有较大比重。因为这个原因，人们也常常在设计中选择较大的安全系数。如此也就造成所设计的机械结构整体尺寸和重量偏大，而局部薄弱环节强度和刚度又不足的设计缺陷。

近年来，数值计算机在工程分析上的成功运用，产生了一门全新、高效的工程计算分析学科——有限元分析方法。该方法彻底改变了传统工程分析中的做法。使计算精度和计算领域大大改善。

§1.1 有限元方法的发展历史、现状和将来

一，历史

有限元法的起源应追溯到上世纪40年代（20世纪40年代）。1943年R.Courant从数学的角度提出了有限元法的基本观点。50年代中期在对飞机结构的分析中，诞生了结构分析的矩阵方法。1960年R.W.Clough在分析弹性力学平面问题时引入了“Finite Element Method”这一术语，从而标志着有限元法的思想

Abaqus梁的开裂模拟计算报告

1.问题描述

利用ABAQUS有限元软件分析如图1.1所示的钢筋混凝土梁的裂缝开展。参考文献Brena et al.（2003）得到梁的基本数据：

图1.1 Brena et al.（2003）中梁C尺寸

几何尺寸：跨度3000mm，截面宽203mm，高406mm的钢筋混凝土梁

由文献Chen et al. 2011得材料特性：

1.混凝土：抗压强度f c’=35.1MPa，抗拉强度f t=

2.721MPa，泊松比ν=0.2，弹性模量

E c=28020MPa；

2.钢筋：弹性模量为E c=200GPa，屈服强度f ys=f yc=440MPa，f yv=596MPa

3.混凝土垫块：弹性模量为E c=28020MPa，泊松比ν=0.2

2.建模过程

1)Part

打开ABAQUS使用功能模块，弹出窗口Create Part，参数为：Name：beam；Modeling

Space：2D；Type：Deformable；Base Feature─Shell；Approximate size：2000。点击Continue 进入Sketch二维绘图区。由于该梁关于Y轴对称，建模的时候取沿X轴的一半作为模拟对象。

使用功能模块，分别键入独立

有限元分析过程可以分为以下三个阶段：

1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。

2.计算阶段: 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。

注意：在上述三个阶段中，建立有限元模型是整个有限分析过程的关键。首先，有限元模型为计算提供所以原始数据，这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度；其次，有限元模型的形式将对计算过程产生很大的影响，合理的模型既能保证计算结构的精度，又不致使计算量太大和对计算机存储容量的要求太高；再次，由于结构形状和工况条件的复杂性，要建立一个符合实际的有限元模型并非易事，它要考虑的

概括为三种情况

8 F, yP. q# F1）单元损伤失效，这种单元失效可以用来模拟材料由于损伤，或其他原因导致刚度减小的情况。 2）单元直接删除技术，这种技术可以用来模拟基坑，隧道开挖而导致的材料消失情况。

8 f) P% B ?7 ^/ V$ x6 i# w6 u

3）vumat，这种方法本质上讲与第一种相类似，但是它可以根据用户自己的情况来删除单元，但是属于很高级的操作，难度也较大

6 C/ y$ K( y7 _5 y, I0 [1 g

0 h/ X5 | a. E* t, \\7 H2 h\当然，cohesive也可以算作一种单元删除的方法，只是本身很少做断裂模拟，对于那方面不是很了解。在这三种方法中，我想讲一讲前两种情况。1首先来讲一下第二种方法。这种方法很简单

, Q' k4 r' ]\& x; F2 @. O7 S p+ {6 F\2 d. U7 `0 L! h9 M+ B

* V- X( r2 [ n; L: v: L他的使用方法就是在edit keyword中加一行关键字*MODEL CHANGE, TYPE=ELEMENT, REMOVE Set-1

Set-1为所定义的单元集合，这一集合需要事先定义，而这一关键字的位置

1. 分析过程

1.1. 理论分析

1.2. 简化过程

如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算，则会出现裂纹缝隙无法修补，给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦，因此，在Abaqs中进行计算之前，对原来的零件模型进行一些简化和修整。 A. 法兰部分不是分析研究的重点，因此将其简化掉；

B. 经计算，M24×3的螺纹的升角很小，在 度，因此可以假设螺旋升角为0； C. 忽略螺栓和螺母的圆角等细节；

1.3. Abaqus中建模

查阅机械设计手册，得到牙型如下图所示，在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型，如图 1-1所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如图 1-2所示。

1 / 12

图 1-1

图 1-2

建立材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中，选择Material->Manager->Create，创建一个名为Bolt&Nut的新材料，首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa，设置其泊松比为0.3，如图 1-4所示。

建立截面。点击Section->Manager->Creat，建立Solid，Homogeneous的各

有限元

课 程 论 文

(2015-2016学年第一学期)

有限元理论在软件中的应用与刚度矩阵的求解

学生：张贺

有限元

有限元分析案例：打点喷枪模组（用于手机平板电脑等电子元件粘接），该产品主要是使用压缩空气推动模组内的

顶针作高频上下往复运动，从而将高粘度的胶水从喷嘴中打出（喷嘴尺寸￠0.007”）。顶针是这个产品中的核心零件，设计使用材料是：AISI 4140 最高工作频率是160HZ（一个周期中3ms开3ms关），压缩空气压力3-8bar, 直接作用在顶针活塞面上， 用Ansys仿真模拟分析零件的强度是否符合要求。

1. 零件外形设计图：

2. 简化模型特征后在Ansys14.0 中完成有限元几何模型创建：

3. 选择有限元实体单元并设定，单元类型是SOILD185， 由于几何建模时使用的长度单位是mm, Ansys采用单位是 长度：mm 压强：Mpa 密度：Ton/M。根据题目中的材料特性设置该计算模型使用的材料属性：杨氏模量 2.1E5； 泊松比：0.29； 4. 几何模型进行切割分成可以进行六面体网格划分的规则几何形状后对各个实体进行六面体网格划分，网格结果：

3

有限元

5. 依据使用工况条件要求对有限元单元元素施加约束和作用载荷：

说明： 约束在

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螺纹加工的有限元分析

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（ee）

指导教师：ee

[摘要]传统的螺纹加工方法不仅加工效率低，而且切断了金属材料的纤维流向，严重降低了内螺纹的质量，难

以满足生产中对螺纹连接件高精度、高强度的要求,而冷挤压成形是一种无屑加工方法，大大提高了螺纹的抗拉强度和抗疲劳性能。本文利用DEFORM软件对螺纹加工过程进行了仿真分析，实现了一般挤压攻丝过程和振动挤压攻丝过程的有效模拟。在一般攻丝过程中，分析了挤压速度对螺纹加工中丝锥所受应力，应变以及扭矩的影响，底孔直径对螺纹加工过程中应力应变以及扭矩的影响。并且完成了轴向振动攻丝与一般挤压攻丝的比较，发现振动攻丝过程中丝锥所受扭矩、应力、温度明显减小。

[关键词]: 内螺纹 冷挤压 挤压丝锥 振动攻丝 有限元分析

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Finite Element Analysis of Thread Processing

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Tutor：ee

[Abstract] The traditional thread processing method is not only low the processing efficiency, and cut of