有限元实例分析1

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1、有限元实例练习分析学号：姓名：专业：材料成型及控制工程201年5月2日引言有限元方法发展到今天。已经成为一门相当复杂的实用工程技 术。有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特 征。即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。模型包括所有节 点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理 系统的特征。Marc是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的 非线型有限元分析软件，可广泛应用于航空航天、汽车、造船、石油 化工、铁道、能源、电子元件、机械制造、材料工程、土木工程、医 疗器材、冶金工艺和家用电器等。亥软件功能特色具体包括：多种物 理场的分析能力、复合场的耦合分析能力

2、、强大的非线性分析能力、 最先进的接触分析功能、并行计算功能、丰富的单元库、开放的用户 环境、强大的网格自适应功能和全自动三维网格重划分；Marc的学 习、应用是一个系统、复杂的工程。由于它涉及到多方面的知识，所 以在学Marc的过程中一定要对Marc所涉及到的一些理论知识有一个 大概的了解，以加深对Marc的理解。目录引言一、目的4二、软件应用介绍4三、实例内容6四、求解步骤61. 建立有限元模型62. 加载求解113. 后处理12五、总结16参考文献有限元实例练习分析一、目的1、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。2、能利Marc软件对实例结构进行静力有限元分析。3、加深有限元理论关

3、于网格划分概念、划分原则等的理解。二、软件应用介绍有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现在计算 方法。它是50年代首先在连续体力学领域一飞机结构静、动态特性 分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应于求解热 传导、电磁场、流体力学等连连续行问题。想要解答，必须先简化结 构，采用数值模拟方法分析。（一）有限元软件发展特点1. 单一场计算向多物理耦合场问题的求解发展2. 由求解线性问题发展到求解非线性问题3. 与CAD/CAM等软件的集成4. 提高自动化的网格处理能力5软件面向专业用户的开放性6.软件开发强强联合（二）、分析研究过程1、前处理（1）建模有限元分析的最终目的是还

4、原一个实际工程系统的数学行为特 征，即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。Marc分析的前 处理主要就是用来进行建模与网格划分，前处理包括单元类型实常 数、材料、属性、建模和划分网格。(2) 单元选择有限元模型可分为2D和3D两种,可以由点单元，线单元,面单元 或实体单元组成,也可将不同类型的单元混合使用。(3) 网格划分网格划分是其中一个重要的步骤，网格划分的好坏，直接影响到 计算的精度和速度，网格划分方法主要有自由网格划分、映射网格划 分和体扫掠网格划分三种。2、加载求解有限元模型建好后，就可以进入求解器进行加载求解。当施加载 荷和边界条件的面、节点或单元比较多时，应该用实体选择命令把

5、这 些对象选出来，然后在其上施加载荷或边界条件，以保证所施加的 载荷或边界条件的正确性。3. 后处理Marc的后处理过程即为采集求解器处理分析的结果，提取用户所 需的信息，了解计算机结果的过程。后处理处理器可以用来查看整个 模型在某一时间段的计算结果和用来查看模型的某一部分在整个时 间段上的计算结果，还可以生成动画，Marc提供的现成的动画制作 功能已经非常丰富，各种计算结果的变形动画、时间历程动画、切片 动画、粒子轨迹动画等。三、实例内容利用Marc软件对图示矩形截面结构进行静力学分析，长度L=2mm, 矩形截面高h=0.3mm,梁的弹性模量E=71000MPa,泊松比卩二0. 3下面 进行

6、矩形截面等效应力与时间变化分析。四、求解步骤1、建立有限元模型(1) 建立工作文件夹：在运行Marc之前，在默认工作目录下建立一个文件夹，名称为 mark，在随后的分析过程中所生成的所有文件都将保存在这个文件夹 中。启动Marc2010后，使用菜单中FileCurrent Direc tory将工作 目录指向mark文件夹；使工作后的文件存储在这里。(2) 构建模型：网格构建：MAINMESH GENERATIONGRIDElEMS /ADD SUBDIVIDE (30 3 1) EIEMENTS END LIST画线：RETURNCURV/ADD倒角：CURVS TYPEFILLETRETU

7、RNCURVS/ADD(0.1) 画圆：CURVS TYPECENTER POINTRETURNCURVS/ADDSWEEPALLRENUMBERALLSAVE 完成建模。(3) 定义材料属性:定义弹性模量和泊松比，操作如下:MAIN MATERIAL PROPERTIES MATERIALPROPERTIES NEWSTANDARDSTURCTURAL在框中输入材料参数：YOUNG S MODULUS弹性模量(EX)：7.1e4POISSON S RATLO泊松比(PRXY) ：0.3TABLES NEWSINDEPENENT VARIABLETYPEEQ-PLASTICADDFITSHOW

8、 TABLESHOWMODELRETURNPLASTICITYYIELDSTRESSTABLETABLEOKOKELEMENT/ADD（选单元体）END LISTYIELDSTRESS定义屈服应力：1（4）定义变形体：进入CONTACT菜单，定义三个接触体如下：接触体1:由所有单元组成的可变形体接触体2：压具圆，加载，摩擦系数为0.1接触体3：支撑模具，静止，摩擦系数为0.1操作如下：MAINCONTACTCONTACTBODIESDEFORMABLEFRICTION COEFFICCIENTOKELEMENTS/ADD （选择 单元体）FRICTION COEFFICCIENT定义摩擦系数：

9、0.1定义可压具小圆：NEWRIGIDFRICTIONCOEFFICIENTOKTABLESNEWINDEPENDENT VARIBLETYPETIMEADDFITtable2F （k.1）SHOW TABLESHOWMODELRETURNRIGIDPOSITION/PARARNTERSYTABLEOKOKOKCURVE/ADD（选择小圆）END LIST位置参数POSITION/PARARNTERS定义Y为1定义接触表面：NEWRIGIDFRICTIONCOEFFICIENTOKCURVES/ADD （选择接触体）ENDLISTRETURNCONTACT TABLESNEWPROPERTLE

10、SCONTACT TYPE/NOCONTACTTOUCHINGAUTOMATICOKCONTACTCONTACTCONTACT BODIESID CONTACTFLIP CURVES （选择线)END LIST)(5) ：定义边界条件：首先定义3个关键点，选作约束节点，结构件在长度方向上属于 对称结构件，可以通过施加对称边界条件取其一半结构进行分析，即 约束二分之一界面处节点沿长度方向上的位移与模具运动方向的位 移等于零。定义约束点操作如下：MAIN 操作如下：BOUNDARY CONDITIONSTRUCTURALFIXED DISPLACEMENT固定X和Z方向)OKNODES/ADD (

11、选取约束节点)END约束节点选取如下(6):定义动画:LIST操作如下：MAINLOADCASENEWSTATICPROPERTIESCONTACTCONTACTTABLECTABLE 1OKSOLUTION CONTROLNON-POSITIVE DEFINE和 PROCEEDWHEN NOTOKOKRETURN2、加载求解在加载求解过程中进行工作参数设定、载荷工况选择、后处理变量、定义单元体分析类型（此例为二维）最后检查无误后提交求解。操作如下：MAINNEWSTRUCTUREPROPERTIES LCASE 1CONTACTCONTROLSTICK-SLIP INITIAL CONTRO

12、LCONTACT TABLECTABLE1OKOKANALYSISLARGE STAINOKJOB RESULTSEQU-VON MISES STRINOKANASYSDIMENSONS/3D-2DOKCHECKRUNSUBMIT3、后处理后处理流程包括打开后处理文件、所有分析结果读入后处理器、定义后处理变量与方法、结果分析。操作如下：RESULTSOPEN DEFAULTDEF ONLYCONTOURBANDSMONITORSCALAR （选择目Inc:50Time:1.000e+0002.203e-0011.762e-0011.322e-0018.810e-0024.404e-002 -2

13、.305已一005 -4.409e-002 -8.815e-002 -1.322e-001 -1.763e-001 -2.203e-001标）0PATH PLOTNODE PATH（选择节点路径）END LISTADD CURVESADD CURVE选择 ARC LENGTH 和 Y轴目Inc : 501easelTime : 1RETURNCLIPBOARD/COPY （保存EXCEL） Ainc： L已ngthDisplac：已in已门t Y00 066666了01333330. 20 26666了0.3333330.2581280.2202670.1824050.1445410.1066

14、740.06882340. 40.0309490.466667-0.006258940.533333-0.04522560. &06666苗0花33330. 80 86666Y0 9333331-0.0831114-0空10開 -015刖-0.194794-0.229111-0. 25752-0.268083SHOW PATH PLOTSHOW MODELRETURNREWINDHISTORY PLOTSET LOCATIONS （选择追踪节点）END LISTALL INCSADD CURVESALL LOCATIONS （选择目标）FITjoblEquivalent Von Mises S

15、tress （kIOO）RETURN CLIP BOARD/COPY （保存EXCEL）JTimeEquivalent Von Mises Stress Node 64TimeJILEquivalent Von Mises Etress Node 6900000. 02160. 4920. 02134. 5230. 04342. 2080. 04265. 6410. 06383. 6830. 06265. 4820. 08378. 1490. 08284. 7650.1372. 7490. 1305. 2750.12367. 3890. 12327. 1830.14363. 8630. 143

16、49. 3610.16364. 6730. 16364. 6410.18368. 470. 18368. 5070. 2372. 3230. 2372. 3090. 22377. 260. 22318. 6840. 24379. 4210. 24377.180. 26383. 5820. 26381.3680. 28387. 7370. 28385. 0520. 3392. 040. 3388. 5940. 32396. 4660. 32392. 0380. 34400. 340. 34395. 3020. 36403. 2110. 36398. 5030. 38406. 2820. 3838

17、7. 2880. 4405. 4470. 4402. 4340. 42406. 7750. 42399. 9160. 44408. 3740. 44390. 9870. 46410. 4770. 46383. 8350. 48412. 970. 48377. 2120. 5415. 8870. 5370. 4140. 52419. 2120. 52363. 9420. 54422. 9410. 54358. 3370. 56427. 0650. 56353. 949|-| 匚口n匚口匚1广I 匚SHOW HISTORYSHOW MODElUTILSSNAPSHOT （选择选择模式）MSCSvf

18、lwareStude rrt EditionInc:0v=lTiiiLB :0 . UUUe+U U U1.000e+0009.000e-001S.00Ob-OOIj oh 1 Dipla.cenf&n t X7.000e-0016.00Ob-0015.000e-0014.OOOb-OOI3.000e-0012.00Ob-0011.000e-001O.OOOe+OOOUTILSANIMATIONAVI MOVIEMAKE AVI MOVIEPLAY AVI五、总结利用Marc软件对矩形截面结构进行静力有限元分析；熟悉了有 限元的建模、求解及结果分析的步骤和方法；同时加深了有限元理论 关于网格划分概念、划分原则等的理解。参考文献1. 有限元分析及应用，刘扬，刘巨保，罗敏编著北京：中国电力出版社,2008.72. ANSYS 11.0结构分析工程应用实例解析，张朝辉主编北京：机械工业出版社，2006.103. 有限元基础教程，曾攀，北京，高等教育出版社，2009.074. 有限元分析基础，傅永华，武汉大学出版社，2003.08