有限元数值仿真问题

有限元与数值方法第一讲授课教师：刘书田Tel:84706149; Email:stliu@ 教室：综合教学楼 351

时间：2013年3月15日：8:00—10:50

教学内容计算固体力学的基本理论 固体力学(以弹性力学为主描述)的基本理论 能量、变分原理和变分法 特殊问题的数值计算方法 介绍各类方法的构造过程 有限差分法(Finite Different Method) 加权残数法(Weighted Residual Method) 有限元法(Finite Element Method) 无网格法(Meshless Method) 边界元方法(Boundary element Method)

计算固体力学的主要方法

有限元法的应用和前后处理

参考教材 R.D.Cook,有限元分析的概念与应用 (Concepts and Application of Finite Element Analysis)关正西等译，西安交大 出版社 王勖成等, 有限单元法基本原理和数值方法， 清华大学出版社 杨庆生, 现代计算固体力学，科学出版社 刘正兴等, 计算固体力学，上海交大出版社

第一章 前言一 计算固体力学的任务：1.

1.有限元程序设计的基本原理是什么？

实际上就是最小势能原理，不同之处，即技术核心所在就是采用分段离散的方式来组合出全场几何域上的试函数，而不是直接寻找全场上的试函数。

2.有限元程序的具体实现步骤？请以杆系结构为例子进行阐述说明。

Ansys步骤：1进入ANSYS；2设置计算类型；3选择单元类型；4定义材料参数；5定义截面；6生成几何模型；7网格划分；8模型施加约束；9分析计算；10结果显示；11退出系统。 3.你所了解的有限元软件都有哪些？

Ansys/abuqe/markd等 4.计算力学涉及哪些领域？

计算力学的应用范围已扩大到固体力学、岩土力学、水力学、流体力学、生物力学等领域。 5.解决计算固体力学的静力问题都有哪些常用方法？

在固体力学领域应用最广泛的数值方法是有限元法，其他数值方法还有有限差分法、加权残量法、边界元法、有限条法、自由网格法等 。

6.为什么要采用有限元方法来解决工程问题？与常规解析方法有什么不同？ 运用有限元方法解决工程实际问题时，不管是简单结构或者是复杂的结构，其求解过程是完全相同的，由于每个步骤都具有标准化和规范性的特征，可以在计算机上进行编程而自行实现，这是常规解析方法无法实现的。

7.从物理模型

在碰撞仿真理论的指导下,根据国家C—NCAP的规定,以某型号轿车为研究对象,利用有限元软件ANSYS／LS—DYNA建立整车正面碰撞有限元模型,对整车正面碰撞进行仿真分析。通过对整车以及前部钣金部件和前门框变形和加速度时间历程曲线的研究,评价整车的安全性,结合有关文献的研究,分析正面碰撞建模方法的正确性。

机械设计与制造1 8

Ma h n r De in c iey sg

&

Ma u a t r n f cu e

第1期 21 0 0年 1月

文章编号：0 13 9 (0 0 0— 0 8 0 10— 9 7 2 1 ) 10 1— 3

轿车正面碰撞有限元仿真研究赵桂范柳东威孟媛媛

(哈尔滨工业大学汽车工程学院，威海 24 0 ) 6 29An y i f h i lt n o e il r n alss o e s mua i fv hce fo t mp c t o i atZHAO i f n, U n - i M ENG a— u n Gu - a LI Do g we, Yu n y a

中图分类号：H1。 4 7文献标识码： T 2U 6 A

1引言随着汽车工业的快速发展，汽车在带给人们便利和方便的同

汽车的研发成本，短设计

风vrvb

有限元部分实验报告

F0805102班 5080519046 王江

一、问题描述

一个带圆孔平板如图，内孔半径1mm，平板为方形，其边长为20mm。两侧受均布拉 伸载荷q=1000N/mm。平板材料性能参数包括：泊松比0.3，弹性模量E=200GPa。试分析平 板内部应力场。扩展讨论：当小孔直径变化时，孔边上的应力将会如何变化。

二、模型描述

2.1 模型简化

利用对称性原理，我们可以只对平板

的四分之一进行研究。

如右图所示，考虑第一象限中的平板：

对于X轴上的分应力fxx及fxy，由于对称性

可知fxy=0，且X轴上的质点在Y方向应没有

位移。 同理对于Y轴上的分应力fyx及fyy，

可由对称性推出 fyx=0，且Y轴上的质点在

X方向应没有位移。 因此可将该部分平板看

做只有一边受外载荷q，且在X轴上受Y=0，

Y轴上受X=0的边界约束。 而由对称性可知，

二、三、四象限中的平板受载荷及边界条件

情况与第一象限完全一致。因此只研究1/4

平板是合理的，与研究整体平板结果相同。

2.2、实验模型

模型单元如右上图所示，建立以（0 0 0）为圆心，（1 0 0）和（0 1 0）为边界的圆弧，再以（10 0 0）及（10 10 0）、（10 1

齿轮弯曲应力的有限元分析

摘 要：本文对有限元的概念和分析方法做了介绍，利用有限元分析软件ANSYS对UG建模的齿轮进行了分析，得出了齿轮在不同载荷下，弯曲应力的变化情况，对齿轮的设计提供了理论依据。

关键词：ANSYS；有限元；齿轮

有限元分析是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统。在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来得平衡方程式被使用到每个点上，由此产生了一个方程组。这个方程组可以用线性代数的方法来求解。有限元分析的精确度无法无限提高。元的数目到达一定高度后解的精确度不再提高，只有计算时间不断提高。

有限元分析可被用来分析比较复杂的、用一般地说代数方法无法足够精确地分析的系统，它可以提供使用其它方法无法提供的结果。在实践中一般使用电脑来解决在分析时出现的巨量的数和方程组。

在分析一个物体或系统中的压力和变形时有限元分析是一种常用的手段，此外它还被用来分析许多其它问题如热传导、流体力学和电力学。

通用有限元分析软件有：德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的ABQU

1

大连理工大学

硕士学位论文

金属切削过程的有限元法仿真研究

姓名：于贻鹏

申请学位级别：硕士

专业：机械设计及理论

指导教师：王殿龙

20051201

1

大连理工大学硕士学位论文

摘要

在金属切削加工中，对切削过程的研究有着重要的意义。切削力、切削温度和刀具的磨损是反映切削过程的主要指标，特别是切肖０力，其使用范围更广。在切削过程中，直接决定着切削热的产生，并影响刀具磨损、破损和使用寿命，工件加工精度以及己加工表面的质量等。传统的切削研究，主要是从切削理论和切削试验两个方面来进行。长期以来，许多学者对切削力预报作了大量的理论研究工作，期望从理论上获得切削力的计算公式，但由于影响切削力的实际因素众多，切削的过程十分复杂，给建立切削力的理论模型带来很大的困难；利用正交试验获得切削力的试验数据，通过回归分析得出经验公式是生产中比较常用的方法，但当加工条件有较大变化时，利用经验公式计算得到的结果会与实际相差很大，通用性不强。

切削过程的建模和仿真在改进切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力。有限元法逐渐成为切削过程的研究和仿真的一种有效手段。本文的主要目的就是建立一个切削过程仿真的有限元模型，预报切削力、刀具应力和切削温度。在预先收集工件流动应力数据和在高应变

现代有限元仿真技术实验指导书

电子科技大学机械电子工程学院工程训练中心

目 录

实验一 结构梁的有限元分析 ............................................................................................................ 1 实验二 薄板圆孔的有限元分析 ........................................................................................................ 6 实验三 受内压作用的球体的有限元建模与分析 .......................................................................... 15 实验四 坝体的有限元建模与应力应变分析 .................................................................................. 18 实验五 联轴器的有限元分析实验 ...................

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

1. Geom即为几何体，是我们分析对象的真实模型，实际物体的三维表现形式；elems即

为网格单元，是我们分析对象的力学模型，是对实际物体的一种近似模拟，是把实际物体转换成可计算的力学和数学模型，它不是简单的线和面，是带有数据的线和面。 在HyperMesh中，我们把geom和elems统称为comps，comps可以理解为图层，这里的图层和CAD的图层的概念不同。这里comps是以后赋予模型材料和几何性质的一个最小单元，或者说对于不同材料性质和不同几何性质的elems要处于不同的comps中。每个comps都会有个名字，所以同一个名字的comps包含两个部分，即XXX（名字）geom和XXX（名字）elems。当然几何体和力学模型是两个完全独立的部分，所以两者完全可以放在不同的comps。

窗口下方是主菜单，共分7类，分别是Geom、1D、2D、3D、BCs、Tool、Post，每一类中有一些重复的比较经常使用的命令。

Geom:主要是对模型的修改和操作。 1d:主要是对线单元的修改和操作。 2d:是对面单元的修改和操作。 3d:是对固体单元的修改和操作。 BCS:边界条件。 TOOL:使用的方法。 POST:后处理的命令。

窗口右下方是对

有限元大作业

学院：机械工程学院专业：机械工程及自动化班级：姓名：学号：日期：

题号：135

题目：如图1所示的托架，其顶面承受100N的均匀分布载荷，托架通过有孔的表面固定在墙上，托架是钢制的，杨氏模量

E=1*1011Pa，泊松比v=0.3，试通过ANSYS输入其变形图及托架的von Misese应力分布。（题中in单位换成mm，如1in= 25.4mm,图中所示每个尺寸分别乘以：11）

该题的实际模型及尺寸如图2所示。

图1 显示原始尺寸的模型 图2 转化尺寸后的模型

1前处理

1.1改变文件名。单击File\\Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在jobname框中输入Entity Analysis，单击OK，退出Change Jobname对话框。

1.2改变工作目录。单击File\\Change directory,浏览至桌面AnsysCourse文件夹，单击确定，退出浏览文件夹对话框。

1.3改变文件标题。单击File\\change Title,弹出Change Title对话框，在Title框中输入Entity Analysis。单击OK，退出Change