有限元分析报告

第一篇：有限元分析报告

有限元仿真分析实验

一、实验目的

通过刚性球与薄板的碰撞仿真实验，学习有限元方法的基本思想与建模仿真的实现过程，并以此实践相关有限元软件的使用方法。本实验使用HyperMesh软件进行建模、网格划分和建立约束及载荷条件，然后使用LS-DYNA软件进行求解计算和结果后处理，计算出钢球与金属板相撞时的运动和受力情况，并对结果进行可视化。

二、实验软件

HyperMesh、LS-DYNA

三、实验基本原理

本实验模拟刚性球撞击薄板的运动和受力情况。仿真分析主要可分为数据前处理、求解计算和结果后处理三个过程。前处理阶段任务包括：建立分析结构的几何模型，划分网格、建立计算模型，确定并施加边界条件。

四、实验步骤

1、按照点－线－面的顺序创建球和板的几何模型

（1）建立球的模型：在坐标(0,0,0)建立临时节点，以临时节点为圆心，画半径为5mm的球体。

（2）建立板的模型：在tool-translate面板下node选择临时节点，选择Y-axis,magnitude输入5.5，然后点击translate+，return;再在2D－planes-square 面板上选择Y-axis,B选择上一步移下来的那个节点，surface only ,size=30。

2、画网格

（1）画球的网格：以球模型为当前part，在2D－atuomesh面板下，surfs选择前面建好的球面，element size设为0.5mm，mesh type选择quads，选择elems to current comp,first order，interactive。

（2）画板的网格：做法和设置同上。

3、对球和板赋材料和截面属性

（1）给球赋材料属性：在materials面板内选择20号刚体，设置Rho为

2.000e-08,E为200000,NU为0.30。

（2）给球赋截面属性：属性选择SectShll,thickness设置为0.1，QR设为0。（3）给板赋材料属性：材料选择MATL1，其他参数：Rho为2.000e-08,E为100000,Nu为0.30，选择Do Not Export。

（4）给板赋截面属性：截面选择SectShll，thickness设为0.2。其他参数:SHRE为8.333-01，QR为0，T1为0.2。

（5）给板设置沙漏控制：在Properties-Create面板下Card image选择HourGlass，IHQ为4，QM为0.100。更新平板。

4、加载边界条件

（1）将板上最外面的四行节点分别建成4个set。（2）建立一个load collector。

（3）Analysis－constraints面板中，设置SIZE为1，nodes通过by sets选择set_

1、set_

2、set_

3、set_4，然后点击creat即可，边界条件加载完毕。

5、建立载荷条件（给球一个3mm的位移）

（1）建立一个plot: post－xy plots-plots-creat plot,然后点击return;(2)在post-xy plots-edit curves面板中输入X{0，0，0.0001},Y{0,3}。(3)给刚性球一个3mm的沿y正方向的位移：card image设为PrcrRgd,DOF为2,VAD为2,LCID为1,SF为1,option选择Rigid。

6、接触处理

（1）做两个用于接触的segment：在Analysis-set_segment面板中，Card image选择setSegment，elems选择球这个part。重复操作对平板创建segment。要同时保证球的setsegment的方向朝外，plane的setsegment方向朝上。

（2）建立接触：

①对称接触：在Analysis-interfaces面板中,type选择SurfaceToSuface,Card image选择SingleSurface。master的contactsurfs选择球的setgment;slave的contactsurfs选择平板的setgment。点击edit后，设置FS为10，FD为10，SFS为100，SFM为100，Automatic一项勾选OneWay。

②非对称接触：在Analysis-interfaces面板中,type选择SingleSurface,Card image选择SingleSurface。master的contactsurfs选择球的setgment;slave的

contactsurfs选择平板的setgment。点击edit后，设置FS为10，FD为10，SFS为100，SFM为100，Automatic一项勾选smooth。

7、定义控制卡片

在Analysis-control cards面板中，(1)选择Control_Enegy,将hgen设置为2；

(2)选择Control_Termination,将ENDTIM设为0.0001s;(3)选择Control_Time_step,将DTINIT设为1*10-6s，将TSSFAC设置为0.6;(4)选择DATABASE_BINARY_D3PLOT,将DT设置为5*10-6;(5)选择DATABASE_OPTION，将MATSUM设置为1*10-6，将RCFORC设置为1*10-6。

8、删除临时节点

在geom中选择temp nodes，点击node，选择all，然后点击clear。

9、节点重新排号。

tool中选择renumber，然后选择all，最后点击renumber。

10、将文件导出成KEY文件。

11、生成的KEY文件导入LS-DYNA中，并运行。

12、打开后处理程序Ls-Prepost，点击file-open-ls-dyna binary plot，选择计算得到的d3plot结果。

13、点击下方运行按钮，观看碰撞动画。选择右边的ASCII按钮，选择rcforc后，点击左边的Load按钮，再选择Sl或者Ma，然后选择最下方的Resultant force,最后点击Plot，观看冲击力随时间的变化曲线。

五、实验结果

1、对称接触情况

对称接触定义下，冲击过程中薄板的弹塑性变形过程如图1至图5所示。

图1

图2

图3

图4

图5 冲击过程中刚性球与薄板层接触力时间历程如图6所示。

图6

2、非对称接触情况

非对称接触定义下，冲击过程中薄板的弹塑性变形过程如图7至图11所示。

图7

图8

图9

图10

图11 冲击过程中刚性球与薄板层接触力时间历程如图12所示。

图12

六、实验总结

根据对称接触定义与非对称接触定义的对比实验计算过程和实验结果可以看出，对称接触定义下刚性球撞击薄板的冲击现象更加明显，接触力更大，计算所花费的时间也更长，这与理论上双接触面与单接触面的结论是相同的。

第二篇：《有限元分析课程设计》教学大纲

《有限元分析课程设计》教学大纲

课 程 编 号： 4012057 课程中文名称：有限元分析

课程英文名称：Finite Element Analysis

课 程 类 别：专业课 周数：2周 学 分： 2学分

适 用 专 业：机械设计制造及其自动化机械制造及自动化专业方向

一、课程设计的性质、目的

有限元分析课程设计是一门技术基础综合课程，是工科院校相关专业的学生在校期间第一次接受较全面的工程师基本能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。(一)目的

课程目的和任务旨在使学生了解有限元分析的基本方法，通过使用计算机计算工程力学中的若干问题，进一步加深工程力学课程中的基本概念和基本理论，培养学生解决一些简单的工程实际问题的能力，为学生在今后的机械课程设计和毕业设计中对机械构件进行力学分析打下扎实的基础。

（二）任务

（1）完成课程设计题目的方案分析与设计;（2）完成装配图、零件图设计；（3）编写设计计算说明书。

二、课程设计基本要求

1.了解有限元分析的基本原理和方法；

2.熟悉有限元分析软件（ANSYS）的图形用户界面和菜单； 3.能熟练创建二维和三维有限元分析模型；

4.会使用指定的单元对有限元分析模型进行网格划分，也能对一些简单的有限元分析模型选择合适的单元进行网格划分； 5.能熟练使用工程力学的知识来确定模型的约束条件和受力的类型； 6.会使用有限元分析软件对有限元分析模型进行计算；

7.能熟练掌握有限元分析后处理过程，并对计算结果作出正确的评价； 8.掌握使用有限元分析方法对机械构件进行优化设计的过程；

三、课程设计教学内容

1．ANSYS有限元分析软件简介、功能概览和分析案例； 2．ANSYS图形用户界面及基本操作方法； 3．创建2D有限元模型 4．加载、求解、结果后处理 5．高级建模技术 6．分析结果评价

四、课程设计时间分配

机械设计基础课程设计集中2周的共10个工作日完成，进度可参照如下安排： 第1个工作日： 学习ANSYS图形用户界面和分析的基本步骤； 第2～3个工作日：创建有限元模型、加载_求解_后处理；

第4～5个工作日：使用多媒体课件，理论教学与上机练习分析设计计算，及辅导； 第6～7个工作日：教师布置题目和内容，学生查阅收集相关资料进行计算； 第8个工作日： 结果分析汇总；

第9个工作日： 编写课程设计说明书；课程设计总结； 第10个工作日： 答辩。

五、课程设计考核与成绩评定

有限元分析课程设计按优秀、良好、中等、及格、不及格五级分评定成绩，单独记分。上机考核与提交设计分析报告及答辩。

六、课程设计指导书

[1]“有限元法概论”，龙驭球，人民教育出版社，1997年7月 [2]“有限元法理论及应用基础教程”，宋天霞，2003年7月

[3]“工程力学课程设计”讲义，上海理工大学力学教研室，张志忠、张丽芳、翁国华等编写 2004年7月

七、其它说明

执笔人：周华祥 审核人：（盖章）

2010 年 11 月 17日

第三篇：有限元分析考试--说明

有限元分析考试说明

1、接学院通知，所有同学都必须要交纸质版实验报告，用长沙理工大学专用实验报告纸填写。每个班由学习委员统一收齐后，再交给我。

2、实验报告内容为ansys 上机操作的练习1和有限元分析基础教程(ANSYS算例)中选择两道题。实验报告要有实验结果的截图。

3、有限元分析考试试题的答题，做成word文件，以学号命名后发到我邮箱12233437@qq.com。

4、实验报告和考试答题请务必于5月14日之前交过来。

第四篇：有限元分析学习心得

有限单元法学习心得

有限元分析学习心得

土木0903马烨军11 有限单元法是20世纪50年代以来随着电子计算机的广泛应用而发展起来的有一种数值解法。有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题有限元分析后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。有限元求解问题的基本步骤通常为：

有限单元法学习心得

某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。

有限单元法学习心得

端处，单元的形变很小，单元的位移主要是由于其他单元发生形变而引起的刚体位移。因此，为了正确反映单元的位移形态，唯一模式必须能反映该单元的刚体位移。

（2）位移模式必须能反映单元的常量应变。每个单元的应变一般总是包含着两个部分：一部分是与该单元中各点的位置坐标有关的，是各点不相同的，即所谓变量应变。另一部分是与位置坐标无关的，是各点相同的，即所谓常量应变。而且，当单元的尺寸比较小时，单元中各点的应变趋于相等，也就是单元的形变趋于均匀，因而常量应变就成为应变的主要部分。因此，为了正确的反映单元的形变状态，位移模式必须能反映该单元的常量应变。

（3）位移模式应当尽可能反映位移的连续性。在连续弹性体中，位移是连续的，不会发生两相邻部分互相脱离或互相侵入的现象。为了使得单元内部的位移保持连续，必须把坐标模式取为坐标的单值连续函数。为了使得相邻单元的位移保持连续，就不仅要使它们在公共结点处具有相同的位移时，也能在整个公共边界上具有相同的位移。这样就能使得相邻单元在受力以后局部互相脱离，也不互相侵入，因而代替原为连续弹性体的那个离散化结构仍然保持为连续弹性体。不难想象，如果单元很小很小，而且相邻单元在公共结点处具有相同的位移，也就能保证它们在整个公共边界上大致具有相同的位移。但是，实际计算时，不大可能把单元取得如此之小，因此，我们在选取位移模式时，还是应当尽可能使他反映位移的连续性。

理论和实践都已证明：为了有限单元法的解答在单元的尺寸逐步

有限单元法学习心得

取小时能够收敛于正确解答，反映刚体位移和常量应变是必要条件，加上反映相邻单元的位移连续性，就是充分条件。

有限单元法在将来的工作生活中有着重要的作用，它的功能如此强大，前景是很美好的，是值得我们好好用心学习和研究的。

第五篇：《机械工程有限元分析基础》大作业报告

《机械工程有限元分析基础》大作业报告

二〇二一年六月

一、建模过程/步骤

1、ANSYS分析开始准备工作

（1）清空数据库并开始一个新的分析，选取 Utility > File > Clear & Start New,弹出 Clear database and Start New 对话框，单击 OK 按钮，弹出 Verify 对话框，单击 OK按钮完成清空数据库。

（2）指定新的工作文件名 指定工作文件名。选取 Utility Menu > File >Change Jobname,弹出 Change Jobname 对话框，在 Enter New Jobname 项输入工作文件名“feilm”，单击 OK按钮完成工作文件名的定义。

（3）指定新的标题指定分析标题。选取 Utility Menu > File > Change Title，弹出 Change Title 对话框，在 Enter New Title 项输入标题名“feilun axis”为标题名，然后单击OK按钮完成分析标题的定义。

（4）重新刷新图形窗口 选取 Utility Menu > Plot >Repiot，定义的信息显示在图形窗口中。

2、确定分析类型

（1）运行主菜单 Main Menu > Preference 弹出分析类型设定对话框，选择分析模块为 Structural 结构分析，然后单击 OK 按钮完成分析类型定义。

（2）d定义单元及材料属性

（3）新建单元类型 运行主菜单 Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 命令，弹出 Element types 对话框，单击 Add 按钮新建单元类型，弹出 Library of Element Types 对话框，先选择单元大类为 solid，接着选择 Quad 8 node 183，单击 OK 按钮，完成单元类型选择。接着单击 Option 按钮进入单元设置选项，在 Element behavior(K3)栏中更改选项为 Asisymmetric(轴对称)，在单击 OK按钮返回 Element Type 对话框，单击 Close 按钮完成设置。

（4）定义材料属性 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Material Props > Matorial Models 命令，系统显示材料属性设置对话框，在材料属性对话框中一次选择 Structure/Linear/Elastic/Isotropic。完成选择后，弹出材料属性对话框，方便输入弹性模量210e9，泊松比0.27，单击 OK 返回选择 Density，弹出密度定义对话框，输入密度 7800，单击 OK返回。完成材料属性设置后，关闭对话框离开材料属性设置。

3、建立几何图形

（1）建立关键点

（2）绘制矩形 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions 命令，在对话框中分别输入 1 点坐标 X1=50，Y1=0，2 点坐标 X2=55，Y2=50，单击 Apply 按钮完成第一个矩形绘制；同理，输入3点坐标X1=55，Y1=24，6点坐标 X2=75，Y2=16，单击 Apply 按钮完成第二个矩形绘制；输入4点坐标 X1=75，Y1=40，5点坐标 X2=80，Y2=5，单击 OK 按钮完成第三个矩形绘制。

（3）布尔操作合并图形 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出现选择拾取对话框，依次点击图形再点 Apply，完成布尔加。

（4）设置显示方式 运行菜单 Utility Menu > Plot > Line，设置显示方式为直线，以便下一步为直线倒圆角。

（5）倒圆角 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet 弹出对话框，拾取视频中线段，单击 OK按钮，出现圆角半径设置对话框，Fillet Radius 项输入5，其他项默认，单击 Apply 按钮完成第一个圆角绘制；同理，完成其他三个圆角的绘制。

（6）生成面 运行菜单 Utility Menu > Plot > Line 设置直线显示方式，运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas >Arbitrary > By Lines，出现选择拾取对话框，点击拾取视频中的线段，单击 Apply 按钮完成；同理，完成其他三个面的生成，单击 OK 按钮结束。

（7）布尔运算 完成几何图形创建 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出现选择拾取对话框，依次点击图形再点 Apply，完成几何图形创建。

4、划分网格

（1）运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool(网格划分工具)命令，出现 Mesh Tool 菜单，单击 Areas 中的 set 按钮，在单元尺寸对话框中的 Element edge length 项中输入单元尺寸，本列中输入1，单击 OK 按钮确定。在 Mesh Tool 菜单中设置 Mesh 下拉框为 Areas，shape 项选择 Quad(四边形单元网格），单击 Mesh 按钮划分网格，出现的 Mesh Areas 对话框中单击飞轮平面，在点击Apply，系统将自动完成网格划分。

5、加载求解

（1）显示线段

（2）施加约束 运行主菜单 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Displacement on Lines 命令，出现拾取菜单，选择视频中线段，单击 Apply，出现约束定义对话框，选择 All DOF 约束所有自由度，在 Displacement Value 选项输入0，在单击OK按钮，完成约束定义。

（3）施加载荷 运行 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Pressure > On Lines 命令，出现拾取菜单，选择线段，单击 Apply，出现载荷（压力）定义对话框，输入1e6，单击 OK 按钮完成。

（4）施加角速度 运行主菜单 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Inertia >Angular veloc > Globel 弹出施加速度对话框。在 OMEGY Y 项输入62.8 单击 OK按钮完成。

6、求解

（1）运行主菜单 Main Menu > Solution > Current LS 命令，出现菜单中单击 OK 按钮确定。计算机开始进行求解，求解完成后出现“solution is done”提示表示求解完成。单击 Close 按钮完成求解。

7、查看分析结果

（1）改变观察输出结果坐标系 在总体柱坐标系下观察应力分布和变形比较方便，因此，吧结果坐标系转换到柱体坐标系下：执行 Main Menu > General Postproc > Options for output 出现结果坐标系设置对话框，设置为柱坐标系，单击 OK按钮完成。

（2）显示节点（单元）径向位移云图 运行主菜单 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，选择 DOF Solution > X-Component of Displacement 径向位移（如果观察周向位移，该项选择为 Y-Component of Displacement)，单击 OK 按钮。

（3）显示节点（单元）应力云图 运行主菜单 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，选择 stress > X-Component stress 径向应力（周向应力为 Y-Component stress），单击 OK按钮。

（4）三维扩展结果 运行下拉菜单 Utility Menu > PlotCtrls > Style > symmetry Expansion > 2D Axis-symmetric 弹出轴对称扩展设置对话框，选择 Full expansion，单击 OK 按钮。（也可以改成四分之一显示）

二、结果分析图片

图2.1 节点径向位移云图

图2.2 节点径向应力云图

图2.2 三维扩展结果图

三、ANSYS软件应用小结

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

本次实验是学习如何使用ANSYS 通过软件对框架结构内力进行计算，在还未学习该软件前，对于此类问题，通常会采用力矩分配法来进行计算，计算过程繁复，计算量大，并且容易出错。导致过程缓慢，效果不显著。

在这次大作业中，我跟随着视频中老师的讲解一步步建模和受力分析，在一开始的迷茫和不解中一次次观看老师的教程，一点点学会使用软件。在课堂上魏老师也在上课过程中给我们介绍了有关飞机上角架和飞轮以及她在研究生期间的研究设计，给我打开了一扇新的大门

对于其他应用型软件而言，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，在解题过程中是十分牢靠的。同时这也是一门不易掌握的软件，因而，要学好ANSYS,我们要自己有较高的要求，所有实验的基础都是需要我们有理论知识的支持，因此我们要对力学有一定程度的掌握。在掌握理论知识的同时我们要对软件的使用积累经验，光有理论或者经验都是不行的。要结合起来这样我们才能有更深层次的探索和学习。