数值模拟实验指导书.doc

数值模拟实验指导书.doc武汉理工大学
“材料成型数值模拟”课程
上机实验指导书
使用班级：成型1003-05
2013年04月
为杜绝抄袭，实验报告中实验结果和分析讨论的内容雷同者，将被认定为 抄袭：
抄袭者和被抄袭者，都须重做实验，并参加答辩。否则，实验成绩为不及格。
实验报告按学校规定格式完成，实验报告尽量双面打印，否则太厚。分析 讨论应包括：
（1） 对比理论精确解，对模拟计算的结果，进行分析讨论（可参考“提示”）。 用ANSYS计算时，还可改变划分的单元数等对结果的精度进行讨论。
（2） 学****用ANSYS软件分析有限元问题的体会。
实验一：工字悬臂梁的有限元分析 2
实验二：矩形梁的有限元分析 4
实验三：受内压作用球体的有限元分析 6
实验四：受热作用的厚壁圆筒的有限元分析 8
实验一：工字悬臂梁的有限元分析
一）实验目的
1） 了解用ansys进行有限元结构分析的基本过程。
2） 将ansys结果与手算结果进行比较。
-）基本原理和方法
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
Point
求解P作用在Point处的变形，并将数值解与用弹性梁理论计算的解析解进行对比:
（提示：根据弹性梁理论，Point处的变形：yPoint = （PL3）/（3EI） = in.
四）上机实验步骤（参考）
进入 ansys :开始—程序-^ANSYS^Utility Menu: File^Change Directory into yours^Change Jobname: beamO
设置计算类型：Main Menu: Preferences^select Structural^OK
选择单元类型： Main Menu: Prepocessor^ ElementType^Add/Edit/Delete^ Add^select Beam 2D elastic 3^OK^Close
定义实常数：Main Menu: Prepocessor^Real Con