有限元上机实验报告..docxVIP

上机实验报告问题一、模具加热过程温度场的有限元模拟一、问题描述有一很长的方形模具，其截面结构见问题一图，外部尺寸为300300 mm, 内部为5050 mm，现需进行加热奥氏体化。模具初始为室温25℃，装入炉温为1000℃空气加热炉加热，假定外表面与炉气换热系数为250 W/m2K，内表面与炉气换热系数为80 W/m2K，模具材料密度为7800 kg/m3，导热系数为35 W/mK，比热为460 J/kgK。试计算该模具内温度场，升温最快点和最慢点的加热曲线。（各类参数可以自己改变，以研究其对结果的影响）问题一图二、模型描述因模具对x轴、y轴对称，只取右上部简化问题。简化后，模型拥有2个4节点的四边形单元，手动添加节点（0.025,0,0），（0.15,0,0），（0,0.025,0），（0.025,0.025,0），（0.15,0.025,0），（0,0.15,0），（0.15,0.15,0）。细分单元时，每个小单元为0.005×0.005的正方形。最后清除重复节点，检查单元法线方向，重新编号。三、材料参数材料参数使用题目给出的数据，材料参数的分析类型为thermal，材料类型为standard，输入的热力学参数：K=35 W/mK，比热为460 J/kgK，模具材料密度为7800 kg/m3，如图。四、初始条件模具初始温度为25℃。初始条件initial conditions选择thermal类型当中的temperature，输入初始条件temperature=25。将初始条件赋予所有存在的节点。五、边界条件环境温度为1000℃，外表面与炉气换热系数为250 W/m2K，内表面与炉气换热系数为80 W/m2K。边界条件1：输入环境温度ambient temperature=1000，换热系数film coefficient=250。将边界条件1赋予模具外边界，如图。边界条件2：输入环境温度ambient temperature=1000，换热系数film coefficient=80。将边界条件2赋予模具内边界，如图。六、计算设定设置最大增量步数max # increments in job=1000000，最大迭代次数max # recycles=20，。设置收敛准则，输入max error in temperature estimate=0.5，max temperature change before reassembly=0.5。输入工况分析时间total loadcase time=1000000。设置最大增量步数max # increments=1000000，初始时间步长initial time step=0.01，将任务结束条件换成finish when exceed，输入任务结束温度finish temperature=840，输入允许的最大温度改变max temperature change allowed=2。新建类型为thermal的任务，激活载荷工况lcase1，激活所有边界条件及初始条件。分析维度analysis dimension设置为axisymmetric，激活热容矩阵分析选项lumped capacity。设置analysis dimension为axisymmetric，并选择solid中quad下的40，将单元类型设置为轴对称4节点四边形全积分单元。对所有单元施加此单元类型。检查任务设置有无警告及错误。确认没有警告及错误提示后提交任务，等待计算完成。七、结果分析打开结果文件，激活contour bands查看温度云图，得到最终结果温度云图如图所示。通过path plot可知升温最快点为右上角的顶点，升温最慢点为模具内中部处。对对角线方向若干个点，作path plot 可得。通过history plot可得7号节点，4号节点及66号节点的加热曲线。问题二 、有孔平板拉伸平面应力问题的有限元模拟一、问题描述一个带圆孔平板如问题二图所示。平板为方形，边长30mm，内孔半径2.5mm。两侧受均布拉伸载荷p = 20 N/mm。平板材料性能参数包括：泊松比0.3，弹性模量200GPa。试分析平板内部变形情况及应力场。（各类参数可以自己改变，以研究其对结果的影响）问题二图二、模型描述因模型对x轴、y轴对称，取右上部简化问题。简化后手动添加节点（15,0,0），（15,15,0），（0,15,0）。将此三节点通过添加多折线polyline连接。以原点（0,0,0,）为中心点，（2.5，0,0）为起点，通过arc_cpa作一条90°的圆弧。再将直纹面转换为单元。设置division为20 20，设置bias factors为0 -0.4，将直纹面转化为小单元。图为最终结果。三、材料参数材料参数的分析