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金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题

金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题
金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题

 万方数据

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金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题

作者:李涛, 顾立志, Li Tao, Gu Lizhi

作者单位:华侨大学

刊名:

工具技术

英文刊名:TOOL ENGINEERING

年,卷(期):2008,42(12)

参考文献(18条)

https://www.sodocs.net/doc/be4585069.html,ui E.Maekawa K.shirakashi T Simulation analysis of the built-up edge formation in machining of low carbon steel 1981(04)

2.K Iwata.K Osakada.Y Terasaka Process modeling of orthogonal cutting by the rigid-plastic finite element method 1984

3.J S Strenkowski.K J Moon Finite element prediction of chip geometry and tool/workpiece temperature distributions in orthogonal metal cutting 1990

4.K Komvopoulos.S A Erpenbech Finite element modeling of orthogonal metal cutting 1991

5.Sasahara H.Obikawa T.Shirakashi T FEM analysis of cutting sequence effect on mechanical characteristics in machined layer 1996

6.Zhang Liangchi On the separation criteria in the simulation of orthngonal metal cutting using the finite element method 1999

7.宋金玲金属切削中刀屑接触长度的有限元分析[期刊论文]-农业机械学报 2003(03)

8.邓文君正交切削高强耐磨铝青铜的有限元分析[期刊论文]-机械工程学报 2004(03)

9.成群林航空整体结构件切削加工过程的数值模拟与实验研究 2006

10.Johnson G R.Cook W H A constitutive model and data for metals subjected to large strains,high strain rates and high temperature 1983

https://www.sodocs.net/doc/be4585069.html,ui E.Shirakashi T Mechanics of machining from descriptive to predictive theory,on the art of cutting metals-75 years later 1982

12.Carroll J T.Strenkowski J S Finite element models of orthogonal cutting with application to

single point diamond turning 1988

13.Cockroft M https://www.sodocs.net/doc/be4585069.html,tham D J A simple criterion of fracture for ductile metals[Report 216] 1996

14.Lin Z https://www.sodocs.net/doc/be4585069.html,i W L The study of ultra-precision machining and residual stress for nip alloy with different cutting speeds and depth of cut[外文期刊] 2000(03)

15.Zorev N N Inter-relationship between shear processes occurring along tool face and shear plane in metal cutting 1963

16.杨勇高速切削有限元模拟技术研究[期刊论文]-航空学报 2006(03)

17.唐志涛金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究[期刊论文]-中国机械工程 2007(06)

18.顾立志金属切削过程的计算机仿真及其在切削参数优化中的应用 2000

本文链接:https://www.sodocs.net/doc/be4585069.html,/Periodical_gjjs200812003.aspx

有限元分析实验报告

武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析 开课学院机电工程学院 指导老师姓名 学生姓名 学生专业班级机电研 1502班 2015—2016 学年第2学期

实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁,另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直向下的30KN的载荷与60kN的载荷,分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变,其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 1.1方形截面悬臂梁模型建立 建模环境:DesignModeler 15.0。 定义计算类型:选择为结构分析。 定义材料属性:弹性模量为2.1Gpa,泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 (1)绘制方形截面草图:在DesignModeler中定义XY平面为视图平面,并正视改平面,点击sketching下的矩形图标,在视图中绘制10mmX10mm的矩形。(2)拉伸:沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm,即可得到梁的三维模型,建模完毕,模型如下图1.1所示。 图1.1 方形截面梁模型 1.2 定义单元类型: 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分:通过选定边界和整体结构,在边界单元划分数量不变的情况下,通过分别改变节点数和载荷大小,对同一结构进行分析,划分网格如下图1.2所示:

图1.2 网格划分 1.21 定义边界条件并求解 本次实验中,讲梁的左端固定,将载荷施加在右端,施以垂直向下的集中力,集中力的大小为30kN观察变形情况,再将力改为50kN,观察变形情况,给出应力应变云图,并分析。 (1)给左端施加固定约束; (2)给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力; 1.22定义边界条件如图1.3所示: 图1.3 定义边界条件 1.23 应力分布如下图1.4所示: 定义完边界条件之后进行求解。

有限元分析实验报告

学生学号1049721501301实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称机械中的有限单元分析机电工程学院开课学院 指导老师姓名

学生姓名 学生专业班级机电研1502班 学年第学期2016—20152 实验一方形截面悬臂梁的弯曲的应力与变形分析 钢制方形悬臂梁左端固联在墙壁,另一端悬空。工作时对梁右端施加垂直 向下的30KN的载荷与60kN的载荷,分析两种集中力作用下该悬臂梁的应力与应变,其中梁的尺寸为10mmX10mmX100mm的方形梁。 方形截面悬臂梁模型建立1.1 建模环境:DesignModeler15.0。 定义计算类型:选择为结构分析。 定义材料属性:弹性模量为 2.1Gpa,泊松比为0.3。 建立悬臂式连接环模型。 (1)绘制方形截面草图:在DesignModeler中定义XY平面为视图平面,并正 视改平面,点击sketching下的矩形图标,在视图中绘制10mmX10mm的矩形。 (2)拉伸:沿着Z方向将上一步得到的矩阵拉伸100mm,即可得到梁的三维模型,建模完毕,模型如下图 1.1所示。

图1.1方形截面梁模型 :定义单元类型1.2 选用6面体20节点186号结构单元。 网格划分:通过选定边界和整体结构,在边界单元划分数量不变的情况下,通过分别改变节点数和载荷大小,对同一结构进行分析,划分网格如下图 1.2

所示: 图1.2网格划分 1.21定义边界条件并求解 本次实验中,讲梁的左端固定,将载荷施加在右端,施以垂直向下的集中 力,集中力的大小为30kN观察变形情况,再将力改为50kN,观察变形情况,给出应力应变云图,并分析。 (1)给左端施加固定约束; (2)给悬臂梁右端施加垂直向下的集中力; 1.22定义边界条件如图1.3所示:

有限元仿真技术的发展及其应用

有限元仿真技术的发展及其应用 许荣昌 孙会朝(技术研发中心) 摘 要:介绍了目前常用的大型有限元分析软件的现状与发展,对其各自的优势进行了分析,简述了有限元软件在冶金生产过程中的主要应用领域及其发展趋势,对仿真技术在莱钢的应用进行了展望。 关键词:有限元仿真 冶金生产 发展趋势 0 前言 自主创新,方法先行,创新方法是自主创新的根本之源,同时,随着市场竞争的日益激烈,冶金企业的产品设计、工艺优化也由经验试错型向精益研发方向发展,而有限元仿真技术正是这种重要的创新方法。近年来随着计算机运行速度的不断提高,有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的应用,比如,有限元分析在冶金、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域正在发挥着重要的作用,主要表现在以下几个方面:增加产品和工程的可靠性;在产品的设计阶段发现潜在的问题;经过分析计算,采用优化设计方案,降低原材料成本;缩短产品研发时间;模拟试验方案,减少试验次数,从而减少试验成本。与传统设计相比,利用仿真技术,可以变经验设计为科学设计、变实测手段为仿真手段、变规范标准为分析标准、变传统分析技术为现代的计算机仿真分析技术,从而提高产品质量、缩短新产品开发周期、降低产品整体成本、增强产品系统可靠性,也就是增强创新能力、应变能力和竞争力(如图1、2) 。 图1 传统创新产品(工艺优化)设计过程为大循环 作者简介:许荣昌(1971-),男,1994年毕业于武汉钢铁学院钢铁冶金专业,博士,高级工程师。主要从事钢铁工艺技术研究工 作。 图2 现代CA E 创新产品(工艺优化)设计过程为小循环 1 主要有限元分析软件简介 目前,根据市场需求相继出现了各种类型的应用软件,其中NASTRAN 、ADI N A 、ANSYS 、 ABAQUS 、MARC 、MAGSOFT 、COS MOS 等功能强大的CAE 软件应用广泛,为实际工程中解决复杂的理论计算提供了非常有力的工具。但是,各种软件均有各自的优势,其应用领域也不尽相同。本文将就有限元的应用范围及当今国际国内C AE 软件的发展趋势做具体的阐述,并对与冶金企业生产过程密切相关的主要有限元软件ANSYS 、AB AQUS 、MARC 的应用领域进行分析。 M SC So ft w are 公司创建于1963年,总部设在美国洛杉矶,M SC M arc 是M SC Soft w are 公司于1999年收购的MARC 公司的产品。MARC 公司始创于1967年,是全球首家非线性有限元软件公司。经过三十余年的发展,MARC 软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用,建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。随着M arc 软件功能的不断扩展,软件的应用领域也从开发初期的核电行业迅速扩展到航空、航天、汽车、造船、铁 道、石油化工、能源、电子元件、机械制造、材料工程、土木建筑、医疗器材、冶金工艺和家用电器等,成为许多知名公司和研究机构研发新产品和新技术的重要工具。在航空业M SC N astran 软件被美国联邦航空管理局(F AA )认证为领取飞行器适 13

电磁仿真算中的有限元法

1电磁仿真算法中的有限元法 1.1常规的电磁计算方法简介 从上世纪50年代以来,伴随着计算机技术的进步,电磁仿真算法也蓬勃发展起来,这其中主要包括:单矩法、矩量法和有限元法等属于频域技术的算法; 传输线矩阵法、时域积分方程法以及时域有限差分法等属于时域技术的算法。除了这些以外, 还有属于高频技术的集合衍射理论等。本文根据国内外计算电磁学的发展状况,对日常生活中比较常用的电磁计算方法做了介绍,并对有限元法做了重点说明。 ⑴矩量法 矩量法属于电磁场的数值计算方法中频域技术的一种, 它的基本原理是利用把待解的微积分方程转化成的算子方程, 然后将由一组线性组合表示的待求函数代入第一步中的算子方程, 然后将算子方程转化成矩阵方程, 最后再通过计算机进行大量的数值计算从而得到数值结果。该方法在求解非均勻和不规则形状对象时,面很广,但会生成病态矩阵,所以会在一定程度上受到限制。矩量法的特点就是适用于求解微积分方程, 并且求解方法统一简单。但缺点就是会占用大量计算机内存,影响计算速度。 (2)单矩法 单矩法是一种解析方法和数值方法相结合的混合数值算法法,该方法的关键在于,如何合理的选择一个球面最小的半径,使得能够将分析对象的结构全部包含在内,以便将内外场进行隔离。外边的散射场单独使用其他函数表示,而包围的内部区域使用有限元法亥姆赫兹(Helmholtz)方程。此方法对于计算复杂形体乃至复杂埋入体内的电磁散射是种极为有效的手段。 (3)时域有限差分法 时域有限差分法(FDTD)近几年来越来越受到各方的重视, 因为一方面它处理庞大的电磁福射系统方面和复杂结构的散射体时很突出,另外一方面则在于它不是传统的频域算法, 它是种时域算法, 直接依靠时间变量求解麦克斯韦方程组,可以在有限的时间和体积内对场进行数据抽样, 这样同时也能够保证介质边界

有限元上机实验报告

有限元上机实验报告结构数值分析与程序设计 上机实验 院系: 土木工程与力学学院专业: 土木工程 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 1、调试教材P26-30程序FEM1。 1.1、输入数据文件为: 6,4,12,6,1.0E0,0.0,1.0,0.0,1 3,1,2 5,2,4 3,2,5 6,3,5 0.0,2.0 0.0,1.0 1.0,1.0 0.0,0.0 1.0,0.0 2.0,0.0

1,3,7,8,10,12 1.2、输出数据文件为: NN NE ND NFIX E ANU T GM NTYPE 6 4 12 60.1000E+01 0.000 1.0000.0000E+00 1 NODE X-LOAD Y-LOAD 1 0.000000E+00 -0.100000E+01 2 0.000000E+00 0.000000E+00 3 0.000000E+00 0.000000E+00 4 0.000000E+00 0.000000E+00 5 0.000000E+00 0.000000E+00 6 0.000000E+00 0.000000E+00 NODE X-DISP Y-DISP 1 -0.879121E-15 -0.325275E+01 2 0.879121E-16 -0.125275E+01 3 -0.879121E-01 -0.373626E+00 4 0.117216E-1 5 -0.835165E-15 5 0.175824E+00 -0.293040E-15 6 0.175824E+00 0.263736E-15 ELEMENT X-STR Y-STR XY-STR 1 -0.879121E-01 -0.200000E+01 0.439560E+00 2 0.175824E+00 -0.125275E+01 0.256410E-15 3 -0.879121E-01 -0.373626E+00 0.307692E+00 4 0.000000E+00 -0.373626E+00 -0.131868E+00 2、修改FEM1,计算P31例2-2。

有限元分析软件比较分析

有限元分析软件 有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50 年代首先在连续体力学领域--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,随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元分析软件目前最流行的有:ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 四个比较知名比较大的公司,其中ADINA、ABAQUS 在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件,ANSYS、MSC 进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析,但是除ADINA 以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析,唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。ANSYS是商业化比较早的一个软件,目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件,功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 结构分析能力排名:ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名:ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名:ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名:最好的是ADINA,其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS 软件与ANSYS 软件的对比分析: 1.在世界范围内的知名度:两种软件同为国际知名的有限元分析软件,在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉,它在计算机资源的利用,用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题,其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。由于ANSYS 产品进入中国市场早于ABAQUS,并且在五年前ANSYS 的界面是当时最好的界面之一,所以在中国,ANSYS 软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立,ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高,并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2.应用领域:ANSYS 软件注重应用领域的拓展,目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS 则集中于结构力学和相关领域研究,致力于解决该领域的深层次实际问题。 3.性价比:ANSYS 软件由于价格政策灵活,具有多种销售方案,在解决常规的

ANSYS有限元分析二维静态磁场仿真

一周总结报告 一、ANSYS学习 1.学习情况 目前正在边看书籍边操作ANSYS系统,已经了解了ANSYS的基本操作系统以及ANSYS 分析过程的三大步骤,大体上知道了它的整个工作流程。目前正在深入仔细学习每一部分的详细步骤。现在已经学习了ANSYS有限元分析典型步骤、实体建模、网格划分、创建有限元模型,正在学习加载和求解这一部分。 2.理论知识 (1)网格划分与创建有限元模型 ①设置单元属性,包括: a.选择单元类型,如常用的有PLANE13,PLANE53,INFIN110;在Element Type中设 置; b.设置单元实常数,如线圈横截面积、匝数、导体填充率等; c.设置材料属性,如泊松比、材料密等; d.设置单元坐标系统。 ②通过网格划分工具设置网格划分属性包括: a.单元属性分配设置,作用是在网格划分之前为模型(包括实体和有限元模型)分配单元属性; b.智能划分水平控制; c.单元尺寸控制,单元尺寸的意思是单元边的长度。 ③实体模型的划分 ANSYS有两种方式对实体模型进行网格划分。 映射网格划分方法:最大特点就是必须使用形状规则的单元划分,对于面对象必须使用三角形单元或四边形单元,对于体对象只能使用六面体单元。故划分对象必须形状规则。不是任何形状的对象都能用映射网格划分。 (2)加载和求解 有限元分析的主要目的在于得到系统在特定激励源和边界条件下的响应。这些激励以及边界条件统称为载荷。所以载荷包括边界条件和激励。磁场分析中常见的载荷有磁势、磁通量边界条件等。 载荷分为六大类:自由度约束、集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。关于载荷步、子步和平衡迭代,通过阅读理论知识自己的理解的总结是:一个实际加载过程需要多次施加不同的载荷才能满足要求,每一步就称为一个载荷步。一个载荷步可以通过多个子步来逐渐施加。平衡迭代用于考虑收敛的非线性分析。 3.仿真结果 目前按照教程的步骤将ANSYS从建立模型到加载求解再到查看后处理器的整个分析过程大体操作了一遍,目的就是先通过简单模型熟练ANSYS的整体操作。最终的分析结果如图所示。 4.下周计划 (1)学习ANSYS通用后处理器以及时间历程后处理器; (2)目前只是跟着书上的步骤可以进行操作,还得进一步熟练; (3)目前主要是用GUI方式进行,下一步要更加熟练使用命令流的操作方式。

机械零件有限元分析——实验报告

中南林业科技大学机械零件有限元分析 实验报告 专业:机械设计制造及其自动化 年级: 2013级 班级:机械一班 姓名:杨政 学号:20131461 I

一、实验目的 通过实验了解和掌握机械零件有限元分析的基本步骤;掌握在ANSYS 系统环境下,有限元模型的几何建模、单元属性的设置、有限元网格的划分、约束与载荷的施加、问题的求解、后处理及各种察看分析结果的方法。体会有限元分析方法的强大功能及其在机械设计领域中的作用。 二、实验内容 实验内容分为两个部分:一个是受内压作用的球体的有限元建模与分析,可从中学习如何处理轴对称问题的有限元求解;第二个是轴承座的实体建模、网格划分、加载、求解及后处理的综合练习,可以较全面地锻炼利用有限元分析软件对机械零件进行分析的能力。

实验一、受内压作用的球体的有限元建模与分析 对一承受均匀内压的空心球体进行线性静力学分析,球体承受的内压为 1.0×108Pa ,空 心球体的内径为 0.3m ,外径为 0.5m ,空心球体材料的属性:弹性模量 2.1×1011,泊松比 0.3。 承受内压:1.0×108 Pa 受均匀内压的球体计算分析模型(截面图) 1、进入 ANSYS →change the working directory into yours →input jobname: Sphere 2、选择单元类型 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window)→ Options… →select K3: Axisymmetric →OK →Close (the Element Type window) 3、定义材料参数 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3→ OK 4、生成几何模型生成特征点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标:input :1(0.3,0),2(0.5,0),3(0,0.5),4(0,0.3)→OK 生成球体截面 ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Spherical ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In ActiveCoord → 依次连接 1,2,3,4 点生成 4 条线→OK Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines →依次拾取四条线→OK ANSYS 命令菜单栏: Work Plane>Change Active CS to>Global Cartesian 5、网格划分 ANSYS Main Menu : Preprocessor →Meshing →Mesh Tool →(Size Controls) lines: Set

(完整word版)有限元分析软件的比较

有限元分析软件的比较(购买必看)-转贴 随着现代科学技术的发展,人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能,需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响,看看是否会发生破坏性事故;分析计算核反应堆的温度场,确定传热和冷却系统是否合理;分析涡轮机叶片内的流体动力学参数,以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式,这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析(FEA,Finite Element A nalysis)方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。在工程实践中,有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃,主要表现在以下几个方面: 增加设计功能,减少设计成本; 缩短设计和分析的循环周期; 增加产品和工程的可靠性; 采用优化设计,降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案,减少试验时间和经费; 进行机械事故分析,查找事故原因。 在大力推广CAD技术的今天,从自行车到航天飞机,所有的设计制造都离不开有限元分析计算,FEA在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是由美国国家宇航局(NASA)在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。该系统发展至今已有几十个版本,是目前世界上规模最大、功能最强的有限元分析系统。从那时到现在,世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低的专用或通用有限元分析软件,主要有德国的ASKA、英国的PA FEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。 以下对一些常用的软件进行一些比较分析: 1. LSTC公司的LS-DYNA系列软件

模态分析有限元仿真分析学习心得

有限元仿真分析学习心得 1 有限元分析方法原理 有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元法是随着电子计算机发展而迅速发展起来的一种工程力学问题的数值求解方法。20世纪50年代初,它首先应用于连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析之中,用以求得结构的变形、应力、固有频率以及阵型。由于其方法的有效性,迅速被推广应用于机械结构分析中。随着电子计算机的发展,有限元法从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学、生物工程学、声学等。 随着计算机科学与应用技术的发展,有限元理论日益完善,随之涌现了一大批通用和专业的有限元计算软件。其中,通用有限元软件以ANSYS,MSC公司旗下系列软件为杰出代表,专业软件以ABAQUS、LS-DYNA、Fluent、ADAMS 为代表。 ANSYS作为最著名通用和有效的商用有限元软件之一,集机构、传热、流体、电磁、碰撞爆破分析于一体,具有强大的前后处理及计算分析能力,能够进行多场耦合,结构-热、流体-结构、电-磁场的耦合处理求解等。 有限元分析一般由以下基本步骤组成: ①建立求解域,并将之离散化成有限个单元,即将问题分解成单元和节点; ②假定描述单元物理属性的形(shape)函数,即用一个近似的连续函数描述每个单元的解; ③建立单元刚度方程; ④组装单元,构造总刚度矩阵; ⑤应用边界条件和初值条件,施加载荷; ⑥求解线性或者非线性微分方程组得到节点值,如不同节点的位移; ⑦通过后处理获得最大应力、应变等信息。 结构的离散化是有限元的基础。所谓离散化就是将分析的结构分割成为有限

有限元实验报告模板

有限元实验报告 T1013-5 20100130508 蔡孟迪

ANSYS有限元上机报告(一) 班级:T1013-5 学号:20100130508 姓名:蔡孟迪 上机题目: 图示折板上端固定,右侧受力F=1000N,该力均匀分布在边缘各节点上;板厚t=2mm 材料选用低碳钢,弹性模量E=210Gpa,μ=0.33. 一、有限元分析的目的: 1.利用ANSYS构造实体模型; 2.根据结构的特点及所受载荷的情况,确定所用单元类型;正确剖分网格并施加外界条件;3.绘制结构的应力和变形图,给出最大应力和变形的位置及大小;并确定折板角点A处的应力和位移; 4.研究网格密度对A处角点应力的影响; 5.若在A处可用过渡圆角,研究A处圆角半径对A处角点应力的影响。 二、有限元模型的特点: 1.结构类型 本结构属于平面应力类型 2.单位制选择 本作业选择N(牛),mm(毫米),MPa(兆帕)。 3.建模方法 采用自左向右的实体建模方法。 4.定义单元属性及类型 1)材料属性:弹性模量:EX=2.10E5MPa, 泊松比:PRXY=0.33 2)单元类型:在Preferences选Structural,Preprocessor>ElemmentType>Add/Edit/Delete中定义单元类型为:Quad4 node 182,K3设置为:平面薄板问题(Plane strs w/thk) 3)实常数:薄板的厚度THK=2mm 5.划分网格 在MeshTool下选set,然后设置SIZE Element edge length的值,再用Mesh进行网格划分。6.加载和约束过程:在薄板的最上端施加X、Y方向的固定铰链,在薄板的最右端施加1000N 的均匀布置的载荷。

有限元分析在结构分析和计算机仿真中的应用

第20卷增刊重庆交通学院学报2001年11月VoI.20Sup.JOURNAL OF CHONGOING JIAOTONG UNIVERSITY NoV., ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2001文章编号:1001-716 (2001)S0-0124-03 有限元分析在结构分析和计算机仿真中的应用" 韩西,钟厉,李博 (重庆交通学院结构工程部级重点实验室,重庆400074) 摘要:简要论述了有限元分析方法在结构分析和计算机仿真的发展趋势和应用情况. 关键词:有限元分析;结构分析;计算机仿真 中图分类号:TU311.41文献标识码:B 自1943年数学家Courant第一次尝试应用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理求解St.Venant扭转问题以来,许多数学家、物理学家和工程师由于各种原因都涉及过有限单元的概念.但由于即使一个小规模的工程问题,用有限元分析都将产生较大的计算工作量.直到1960年后,随着计算机技术的发展,有限元分析这门特别依赖数值计算的学科才真正进入了飞速发展阶段.到目前为止,有限元法已成为最强有力的数值分析方法之一,在固体力学、流体力学、机械工程、土木工程、电气工程等领域得到了广泛的应用.由于其所涉及问题和算法基本上全部来源于工程实际、应用于工程中,其解决工程实际问题的能力愈来愈强.由于计算机技术作为有限元分析的计算平台和应用支撑工具,故有限元分析成为CAE(Computer Aided Engineering,计算机辅助工程)这一学科类的主要研究内容.与此同时,由于有限元分析所建模型具有和实际结构相对应的几何、材料、力学特性,对实际结构具有“真实”的模拟特性,和单纯的几何仿真有着本质的区别,所以可以称之为“真实的仿真”(ReaIity SimuIation),可以想象,其模型和计算的数据量将比单纯的几何仿真要大得多,当前,计算机并行多处理器技术正迅猛发展,如SGI OONU-MA体系使计算能力达到工程应用水平,极大地促进了有限元分析计算的发展[2]. 1现状与发展趋势 1.1现状 1956年,Tuner,CIough等人将刚架位移法推广应用于弹性力学平面问题,并用于分析飞机结构,这是现代有限元法第一次成功的尝试.他们第一次给出了用三角形单元求解平面应力问题的正确解答,其研究工作打开了利用计算机求解复杂平面问题的新局面.1963~1964年,BesseIing、MeIosh 和Jones等证明有限单元法是基于变分原理的Ritz 法的另一种形式,从而使Ritz分析的所有理论基础都适用于有限元法,确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法. 几十年来,有限元法的应用已由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题,由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题;分析的对象从弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材料等;从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域.在工程分析中的作用已从分析比较扩展到优化设计并和CAD(计算机辅助设计)结合越来越紧密. 有限元分析理论的逐步成熟主要经历了60年代的探索发展时期,70~80年代的独立发展专家应用时期和90年代与CAD相辅相成的共同发展、推广使用时期. 有限元分析作为一种强有力的数值分析方法,在结构分析和仿真计算中有着极大的应用价值.目前,结构仿真中的静力分析、动力分析、稳定性计 "收稿日期:2001-03-19 作者简介:韩西(1964-),男,重庆人,工学博士,副教授,主要从事振动工程、结构损伤识别、结构动力及计算机仿真分析研究.

UG有限元分析教程

第1章高级仿真入门 在本章中,将学习: ?高级仿真的功能。 ?由高级仿真使用的文件。 ?使用高级仿真的基本工作流程。 ?创建FEM和仿真文件。 ?用在仿真导航器中的文件。 ?在高级仿真中有限元分析工作的流程。 1.1综述 UG NX4高级仿真是一个综合性的有限元建模和结果可视化的产品,旨在满足设计工程师与分析师的需要。高级仿真包括一整套前处理和后处理工具,并支持广泛的产品性能评估解法。图1-1所示为一连杆分析实例。 图1-1连杆分析实例 高级仿真提供对许多业界标准解算器的无缝、透明支持,这样的解算器包括NX Nastran、MSC Nastran、ANSYS和ABAQUS。例如,如果结构仿真中创建网格或解法,则指定将要用于解算模型的解算器和要执行的分析类型。本软件使用该解算器的术语或“语言”及分析类型来展示所有网格划分、边界条件和解法选项。另外,还可以求解模型并直接在高级仿真中查看结果,不必首先导出解算器文件或导入结果。 高级仿真提供基本设计仿真中需要的所有功能,并支持高级分析流程的众多其他功能。 ?高级仿真的数据结构很有特色,例如具有独立的仿真文件和FEM文件,这有利于在分布式工作环境中开发有限元(FE)模型。这些数据结构还允许分析师轻松 地共享FE数据去执行多种类型分析。

UG NX4高级仿真培训教程 2 ?高级仿真提供世界级的网格划分功能。本软件旨在使用经济的单元计数来产生高质量网格。结构仿真支持完整的单元类型(1D、2D和3D)。另外,结构级仿真 使分析师能够控制特定网格公差。例如,这些公差控制着软件如何对复杂几何体 (例如圆角)划分网格。 ?高级仿真包括许多几何体简化工具,使分析师能够根据其分析需要来量身定制CAD几何体。例如,分析师可以使用这些工具提高其网格的整体质量,方法是消 除有问题的几何体(例如微小的边)。 ?高级仿真中专门包含有新的NX传热解算器和NX流体解算器。 NX传热解算器是一种完全集成的有限差分解算器。它允许热工程师预测承受热载荷系统中的热流和温度。 NX流体解算器是一种计算流体动力学(CFD)解算器。它允许分析师执行稳态、不可压缩的流分析,并对系统中的流体运动预测流率和压力梯度,也可 以使用NX传热和NX流体一起执行耦合传热/流体分析。 1.2仿真文件结构 当向前通过高级仿真工作流时,将利用4个分离并关联的文件去存储信息。要在高级仿真中高效地工作,需要了解哪些数据存储在哪个文件中,以及在创建那些数据时哪个文件必须是激活的工作部件。这4个文件平行于仿真过程,如图1-2所示。 图1-2仿真文件结构 设计部件文件的理想化复制 当一个理想化部件文件被建立时,默认有一.prt扩展名,fem#_i是对部件名的附加。例如,如果原部件是plate.prt,一个理想化部件被命名为plate_fem1_i.prt。 一个理想化部件是原设计部件的一个相关复制,可以修改它。 理想化工具让用户利用理想化部件对主模型的设计特征做改变。不修改主模型部件,

有限元实验报告

一、实验目的 通过上机对有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解;通过对本实验所用软件平台Ansys 的初步涉及,为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE 软件进行工程分析奠定初步基础。 二、实验设备 机械工程软件工具包Ansys 三、实验内容及要求 1) 简支梁如图3.1.1所示,截面为矩形,高度h=200mm ,长度L=1000mm ,厚 度t=10mm 。上边承受均布载荷,集度q=1N/mm2,材料的E=206GPa ,μ=0.29。平面应力模型。 X 方向正应力的弹性力学理论解如下: 图3.1.1 ①在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ,y σ的分布规律。 ②计算下边中点正应力x σ的最大值;对单元网格逐步加密,把x σ的计算值与理论解对比,考察有限元解的收敛性。 ③针对上述力学模型,对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。 2) 一个正方形板,边长L = 1000mm ,中心有一小孔,半径R = 100mm ,左右边 受均布拉伸载荷,面力集度q = 25MPa ,如图 3.2.1所示。材料是 206E GPa =,0.3μ=,为平面应力模型。当边长L 为无限大时,x = 0截面上理论解为: ) 534()4 (6222 23-+-=h y h y q y x L h q x σ

)32(2|44 220r R r R q x x ++==σ 其中R 为圆孔半径,r 为截面上一点距圆心的距离。x = 0截面上孔边(R r =)应力q x 3=σ。所以理论应力集中系数为3.0。 图3.2.1 用四边形单元分析x = 0截面上应力的分布规律和最大值,计算孔边应力集中系数,并与理论解对比。利用对称性条件,取板的四分之一进行有限元建模。 3) 如图3.3.1所示,一个外径为0.5m ,内径为0.2m ,高度为0.4m 的圆筒,圆 筒的外壁施加100MPa 的压强,圆筒的内部约束全部的自由度,材料参数是密度。 使用平面单元,依照轴对称的原理建模分析。 q

有限元实验指导书—ansys

有限元法基础及应用上机指导书 南京理工大学 2008年4月

1 引言 上机实验是“有限元法基础及应用”课程的一个教学实践环节。通过上机,同学们可以对理论课所学有限元法的基本原理和方法有一个更加直观、深入的理解,同时通过对本实验所用软件平台Ansys的初步涉及,为将来在设计和研究中利用该类大型通用CAD/CAE软件进行工程分析奠定初步基础。 2 Ansys软件及其应用简介 Ansys是一个集成化的机械工程软件工具包,它包含所谓的CAD/CAE/ CAM功能。该软件能实现对机械工程产品设计和分析的并行工程(Concurrent Engineering)方法,它允许协同工作的不同设计小组共享设计模型并在不同应用模块之间自由交换信息。 Ansys是一个主要基于有限元法的工程分析应用软件系统,其功能几乎涉及工程分析的所有方面。用Ansys软件对一个结构或机械零件进行有限元分析的过程由三个大步骤组成:前处理、求解、后处理。 前处理是指建立有限元模型的几何、输入模型的物理和材料特性、边界条件和载荷的描述、模型检查的整个过程。 求解阶段对前处理建立的有限元模型选择相应的求解器进行求解运算。 后处理涉及对计算结果进行考察和评估的各种操作,比如绘制应力、变形图,将结果与失效准则进行比较等。后处理阶段必须回答两个问题:模型是否准确?结构或零件是否满意? 模型中有许多可能产生误差的因素,比如有限元网格的疏密、所使用单元的类型、材料特性、边界条件等。因此后处理需要对这些环节可能产生的错误进行检查,而这些问题往往在前处理和求解阶段难以发现。在根据计算结果对所分析的结构或零件进行评估之前,应确保模型中没有错误。 3 上机实验 3.1 习题1 3.1.1 已知条件 简支梁如图3.1.1所示,截面为矩形,高度h=200mm,长度L=1000mm,厚度t=10mm。上边承受均布载荷,集度q=1N/mm2,材料的E=206GPa,μ=0.29。平面

Abaqus6.14有限元仿真分析视频教程-实例篇(上)

Abaqus6.14有限元仿真分析视频教程-实例篇(上)

江西省南昌市2015-2016学年度第一学期期末试卷(江西师大附中使用)高三理科数学分析 一、整体解读 试卷紧扣教材和考试说明,从考生熟悉的基础知识入手,多角度、多层次地考查了学生的数学理性思维能力及对数学本质的理解能力,立足基础,先易后难,难易适中,强调应用,不偏不怪,达到了“考基础、考能力、考素质”的目标。试卷所涉及的知识内容都在考试大纲的范围内,几乎覆盖了高中所学知识的全部重要内容,体现了“重点知识重点考查”的原则。 1.回归教材,注重基础 试卷遵循了考查基础知识为主体的原则,尤其是考试说明中的大部分知识点均有涉及,其中应用题与抗战胜利70周年为背景,把爱国主义教育渗透到试题当中,使学生感受到了数学的育才价值,所有这些题目的设计都回归教材和中学教学实际,操作性强。 2.适当设置题目难度与区分度

选择题第12题和填空题第16题以及解答题的第21题,都是综合性问题,难度较大,学生不仅要有较强的分析问题和解决问题的能力,以及扎实深厚的数学基本功,而且还要掌握必须的数学思想与方法,否则在有限的时间内,很难完成。 3.布局合理,考查全面,着重数学方法和数学思想的考察 在选择题,填空题,解答题和三选一问题中,试卷均对高中数学中的重点内容进行了反复考查。包括函数,三角函数,数列、立体几何、概率统计、解析几何、导数等几大版块问题。这些问题都是以知识为载体,立意于能力,让数学思想方法和数学思维方式贯穿于整个试题的解答过程之中。 二、亮点试题分析 1.【试卷原题】11.已知,,A B C 是单位圆上互不相同的三点,且满足AB AC → → =,则AB AC → → ?的最小值为 ( )

(有限元)上机实验指导书

实验一ANSYS软件环境及典型实例分析 一、实验目的: 熟悉ANSYS软件菜单、窗口等环境、软件分析功能及解题步骤。 二、实验设备: 微机,ANSYS软件。 三、实验内容: ANSYS软件功能、菜单、窗口及解题步骤介绍。 四、实验步骤: 1、ANSYS界面介绍: ANSYS软件功能非常强大,应用范围很广,并具有友好的图形用户界面(GUI)和优秀和程序架构。基于Motif标注的GUI主要由主窗口和输出窗口组成。随着版本的不断升级,ANSYS界面不断改进,不同版本间的界面存在着较大差别。下面介绍ANSYS的用户界面。 (1)主窗口 * 。 ANSYS的主窗口主要由以下5个部分组成。 ①Utility菜单 这些菜单主要通过ANSYS的相关功能组件起作用,比如文件控制、参数选择、图像参数控制及参数输入等。 ②Input Line(Input Window命令输入窗口)

命令输入窗口(也称为命令栏)用于显示程序的提示信息并允许用户直接输入命令,简化分析过程。 ③工具栏(Toolbar) { 工具栏主要由按钮组成,这些按钮都是ANSYS中的常用命令。用户可以根据工作类型定义自己的工具栏以提高分析效率。 ④主菜单(Main Menu) 主菜单包括了ANSYS最主要的功能,分为前处理器(Preprocessor)、求解器(Solution)、通用后处理器(General Postprocessor)、设计优化器(Design Optimizer)。展开主菜单可以看到非常多的树状建模命令,这也是版本和以前版本的一个显著差别。虽然菜单的外观改变了,但是菜单结构没有变化,这对ANSYS 用户平滑升级非常有利。 ⑤图形窗口(Graphic Windows) 图形窗口用于显示分析过程的图形,实现图形的选取。在这里可以看到实体建模各个过程的图形并可查看随后分析的结果。 (2)输出窗口(Output Windows) 输出窗口用于显示程序的文本信息,即以简单表格形式显示过程数据等信息。通常,输出窗口被主窗口遮盖,当然,如果需要随时可以将输出窗口拖到前面。 注意: 应该在ANSYS分析的各个步骤中随时查看输出窗口中的信息,检验分析过程是否正确,以便及时调整。 通过GUI可以方便地交互式访问程序的各种功能、命令、用户手册和参考材料,一步步地完成整个分析,很好地体现出ANSYS的易用性。同时,ANSYS软件也提供了完整的在线说明和帮助文件,以协助有经验的用户进行高级应用。 在用户界面中,ANSYS软件提供了4种通用的命令输入方式:菜单、对话框、工具栏和直接输入命令。 ~ 2、ANSYS分析过程: 一个典型的ANSYS分析过程包含3个主要步骤,每个主要步骤及其子步骤如下: (1)建立有限元模型 在ANSYS中建立有限元模型的过程大致可分为以下3个主要步骤: ①建立或导入几何模型 ②定义材料属性 ③划分网格建立有限元模型 (2)施加载荷并求解 在ANSYS中施加载荷及求解的过程大致可以分为以下3个主要步骤: ①定义约束 ②\ ③施加载荷 ④设置分析选项并求解 (3)查看分析结果

ansys实验报告

有限元上机实验报告 姓名柏小娜 学号0901510401

实验一 一 已知条件 简支梁如图所示,截面为矩形,高度h=200mm ,长度L=1000mm ,厚度t=10mm 。上边承受均布载荷,集度q=1N/mm 2,材料的E=206GPa ,μ=0.29。平面应力模型。 X 方向正应力的弹性力学理论解如下: )534()4 (6222 23-+-=h y h y q y x L h q x σ 二 实验目的和要求 (1)在Ansys 软件中用有限元法探索整个梁上x σ,y σ的分布规律。 (2)计算下边中点正应力x σ的最大值;对单元网格逐步加密,把x σ的计算值与理论解对比,考察有限元解的收敛性。 (3)针对上述力学模型,对比三节点三角形平面单元和4节点四边形平面等参元的求解精度。 三 实验过程概述 (1) 定义文件名 (2) 根据要求建立模型:建立长度为1m ,外径为0.2m ,平行四边行区域 (3) 设置单元类型、属性及厚度,选择材料属性: (4) 离散几何模型,进行网格划分 (5) 施加位移约束 (6) 施加载荷 (7) 提交计算求解及后处理 (8) 分析结果 四 实验内容分析 (1)根据计算得到应力云图,分析本简支梁模型应力分布情况和规律。主要考察x σ和y σ,并分析有限元解与理论解的差异。 由图1看出沿X 方向的应力呈带状分布,大小由中间向上下底面递增,上下底面应力方向相反。由图2看出应力大小是由两侧向中间递增的,得到X 方向

上最大应力就在下部中点,为0.1868 MPa 。根据理论公式求的的最大应力值为0.1895MPa 。由结果可知,有限元解与理论值非常接近。由图3看出Y 的方向应力基本相等,应力主要分布在两侧节点处。 图 1 以矩形单元为有限元模型时计算得出的X 方向应力云图 图 2 以矩形单元为有限元模型时计算得出的底线上各点x 方向应力图 (2)对照理论解,对最大应力点的x σ应力收敛过程进行分析。列出各次计算 应力及其误差的表格,绘制误差-计算次数曲线,并进行分析说明。 答:在下边中点位置最大应力理论值为: MPa h y h y q y x L h q x 1895.0)5 34()4(622223=-+-=σ

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