实验二平面结构静力有限元分析.doc

实验二 平面结构静力有限元分析 一、实验目的： 1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、能利用ANSYS软件对平面结构进行静力有限元分析。 二、实验设备： 微机，ANSYS软件。 三、实验内容： 单位厚度的方板中间有一个圆孔（如图所示），平板所用材料的弹性模量为E=107Mpa，泊松比为0.3。沿圆孔边缘施加P=1Mpa的压力。分析方板的应力及位移。 四、实验步骤： 1、建立有限元模型。 创建工作文件夹并添加标题； 定义几何参数； 选择单元； 定义实常数； 定义材料属性； 创建实体模型； 设定网格尺寸并划分网格； 2、施加载荷并求解。 选择分析类型； 定义约束； 施加载荷； 求解； 查看分析结果。 进入后处理（POST1）模式，查看分析结果：GUI: Main MenuGeneral Postproc 查看变形后图形； 这里需要对比变形前后的实体模型，找出变形的最大位置。显示变形后图形的操作如下： GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape 在弹出的对话框中选择Def+undeformed选项，然后单击OK按钮。 结果如图1所示： 图1 在图形对话框中显示变形前后的形状对比。从图 1 得知，最大变形为 DMX 为 0.232E-08m。改变显示比例，使变形更加明显。 显示变形动画可更精确地了解变形过程，其操作如下： GUI: Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Shape 选择Def + undeformed，并单击OK按钮。在动画控制器（Animation Controller）中选择Forward Only。变形过程显示，左侧边和底边与原有位置平行位移，表明整个方板的变形的确关于此对称轴变化，同时也表明前面所定义的约束是正确的。圆弧向外扩展这与方向为受径向向外力的预计变形相一致，因此从直觉判断本模型变形与所定义的约束相协调。 查看等效应力（Nodal Solu）； 通过等效应力等值线图，分析应力分布。显示等效应力等值线图的操作如下： GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu 从左侧列表中选择Stress选项，从右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK按钮。 结果如图2所示： 图2 从图2得知，最大、最小等效应力的数值及其位置，即 MX 和MN 分别表示最大最小等效应力。但是什么位置才是期望的？即图形对话框中显示的 SMX 和 SMN，最大最小应力值。图形窗口显示的等效应力关于斜对角线对称。为什么会这样？带着疑问继续分析。 查看等效应力（Element Solu）； 通过应力在各个单元内部的分布是否均匀判别网格密度是否合理，决定是否需要细化网格。由于Element Solution不经过节点插值平滑处理，因此单元内部的应力分布显示得比较清楚。显示操作如下： GUI: Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu 在弹出的对话框的左边列表中选择Stress选项，在右边列表中选择von Mises SEQV选项，然后单击OK按钮。以单独单元显示等效应力。 结果如图3所示： Element Solution在每个单元内部通过线性插值进行平滑处理，但是不再根据每个节点进行平均处理，单元间的不连续显示出单元之间的应力变化梯度。图3显示单元内部的应力不连续相对与单元之间很小，其误差可以忽略不计，这表明所用单元数量比较合理。 置疑分析结果； 通常采用测定第一主应力sigma1的方法置疑ANSYS分析结果是否合理，具体操作如下： GUI: Main Menu General Postproc Query Results Subgrid Solu 系统将弹出Query Subgrid Solution Data对话框，从左侧列表中选择Stress选项，从右侧列表中选择1st principal S1，单击OK按钮，将弹出Pick对话框，图形窗口显示了模型任何位置的第一主应力。单击需要置疑的位置，此位置的第一主应力的坐标及具体应力值显示在Pick对话框中。 结果如图4所示： 图3 图 五、本实例日志文件 /BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.1 U 12:42:11 12/16/2010 /TITLE,plate !* /C