材料成型CAE综合实验课程设计.doc

学号:
课程设计
题目
材料成型CAE综合实验
学院
材料科学与工程学院
专业
材料成型及控制工程
班级
姓名
指导教师
2011
年
12
月
16
日
实验课程名称:材料成型CAE综合实验一
实验项目名称
桁架的结构分析
实验成绩
实验者
专业班级
组别
同组者

实验日期
2011年12月13日
一部分:实验预习报告(包括实验目的、意义,实验基本原理与方法,主要仪器设备及耗材,实验方案与技术路线等)
一)实验目的
掌握用ANSYS进行有限元结构分析的基本过程。

二)基本原理和方法
结构分析是有限元分析的基础内容,也是材料成型过程模拟的主要内容。
有限元法是一种离散化的数值计算方法。离散后的单元和单元之间只通过节点相联系,所有场变量(位移、应力、温度等)都通过节点进行计算。对于每个单元,选取适当的插值函数,使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程都组装起来,就得到整个结构的方程组。求解方程组,就可以得到方程的近似解。
有限元刚度分析法的步骤:1)建立几何模型;2)对几何模型进行离散化处理;3)将单元节点位移作为基本未知量;4)选择位移模式;5)确定单元应变与位移、应力与应变的关系;6)根据虚功原理建立单元中节点力与节点位移的关系;7)根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上;8)将各单元的刚度方程叠加,组装成整体刚度方程;9)根据边界条件修改刚度方程,消除刚体位移;10)求解整体刚度方程,得到节点位移;11)根据相应方程求解应力和应变;12)利用计算机图形方式,将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析。
从应用角度看(如用ANSYS分析软件),整个过程可分为:
前处理:步骤1)、2)
加载求解:步骤7)、9)、10)、11)
后处理:步骤12)
其余为软件自动进行。
三)实验内容
桁架结构如图所示,各节点等距离分布,1、2节点间距1m,集中力P=10KN,确定桁架各杆件内力。
第二部分:实验过程记录(可加页)(包括实验原始数据记录,实验现象记录,实验过程发现的问题等)
上机实验步骤(GUI法,参考)
建立文件:
Utility Menu>File>Change Directory>into yours>OK
Utility Menu>J File>obname>truss>OK
定义单元类型:
Main menu>Preference>Strucrtural>OK
Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Add>Link 2D Spar 1>OK >Close
Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete>Add>LINK 1>OK>AREA: >OK >Close
定义材料属性:
Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Strucrural>Linear>Elastic >Isotropic>EX: 30E6, PRXY: >OK
生成节点:
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS>Node 1: 0,0,0>Apply >Node 2: 1,0,0>Apply 同理:Node 3: 2,0,0>Node 4: 3,0,0>Node 5: 4,0,0>Node 6: 3,1,0>Node 7: 2,1,0>Node 8: 1,1,0>OK
Utility Menu>PlotCtrls>Numbering>NODE Node Numbers On>OK
生成单元:
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes>Pick 1,2>Apply>Pick 2,3>Apply>同理:3,4>4,5>5,6>4,6>3,6>3,7>2,8>1,8>7,8>6,7>OK
施加位移约束和载荷:
Main Menu>Solution>Defined Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes>Pick 1,3>Lab 2: UY>Apply>Pick 5>Lab 2: UX, UY>OK
Main Menu>Solution>Defined Loads>Apply>Structural>Force