有限元课程设计.doc
目录：一.前言二问题阐述三有限元设计说明1.创建节点2.定义单元类型和材料3.创建单元4.施加约束和载荷5.求解6.后处理7.退出程序8.结果分析四机械优化设计说明 1.问题阐述 2.黄金分割法C语言程序 3.结果显示 4.结果分析五心得六参考文献二问题阐述有一简支梁结构如图所示，其中q=2KN/m，F=3KN。对该梁进行分析，画出弯矩图和剪力图。用材料力学计算弯矩图和剪力图如下：剪力图：弯矩图： 三有限元设计说明：将梁划分为12个单元，13个节点，用BEAM3来建立单元，进行静力学分析。1 创建节点1.1创建梁的各个节点1Main Menu：PreprocessorModelingCreateNodeIn Active CS。2在创建节点窗口内，在NODE后的编辑框内输入节点号1，并在X，Y，后的编辑框内输入0，0，0作为节点1的坐标值。3 按下该窗口内的Apply按钮。4 输入节点号13，并在X，Y，Z后的编辑框内输入6，0，0作为节点13的坐标值。5 按下OK按钮。6 Main Menu：Preprocessor-Modeling-CreateNodeFill between Nds。7 在图形窗口内，用鼠标选择节点1和13。8 按下Fill between Nds窗口内的Apply按钮。9 按下OK按钮，完成在节点1到节点13之间节点的填充。1.2显示各个节点1 Utility Menu：PlotctrlsNumberings2 将Node numbers项设置为On。3 Utility Menu：PlotNodes4 Utility Menu：ListNodes5 对出现的窗口不做任何操作，按下OK按钮。6 浏览节点信息后，关闭该信息窗口。2定义单元类型和材料特性2.1定义单元类型1 Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete2 按下Element Type窗口内的Add按钮。3 在单元类型库中，选择左侧列表中的BEAM单元家族，及右侧列表中2D elastic 3类型。4 按下OK按钮完成选择。5 elastic 3类型。6 按下OK按钮完成选择。7 按下Close按钮关闭Element Type窗口。2.2定义材料特性1 Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。2 在材料定义窗口内选择：StructuralLinearElasticIsotropic。3 在EX后的文本框内输入数值207e5作为弹性模量。4 按下OK按钮完成定义。2.3定义几何参数1 Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。2 按下Real Constants窗口内的Add按钮。3 按下Real Constants for Element Type窗口内的OK按钮。4 依次输入1，1，0.02088，0.5。5 按下OK按钮完成定义。6 按下Real Constants窗口内的Close按钮。3创建单元3.1创建单元1 Main Menu：PreprocessorCreateElementsAuto-NumberedThru Nodes。2 在图形窗口内，用鼠标点选节点1和2。3 按下按下OK按钮完成单元1的定义。4 Main Menu：PreprocessorModelCopyElementsAuto-Numbered。用光标选择单元1，然后点Apply。5 在ITIME后的编辑框内输入12（包括被复制的单元1）作为要复制的单元总数。6 按下按下OK按钮完成单元1到单元12的定义。3.2显示单元资料1Utility Menu：PlotCtrlsNumberings2在第一个下拉列表中，选择Elements numbers选项。3Utility Menu：PlotElements4Utility Menu：ListElementsNodes+Attributes5浏览单元信息后，关闭该窗口。4施加约束和载荷4.1节点自由度约束1 Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructural Displacement On nodes。2 用鼠标在图形窗口内选择节点4。3 按下选择窗口内的Apply按钮。4 选择自由度UX和UY，并在VALUE后为其输入数值0。5 按下Apply按钮。6 用鼠标在图形窗口内选择节点13。7 按下选择窗口内的Apply按钮。8 选择自由度UY，并在VALUE后为其输入数值0。9 按下OK按钮。4.2 施加单元1到单元13上的的分布载荷q。1 Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructural Pressure On Beams。2 用鼠标在图形窗口内选择单元1到单元13。3 按下选择窗口内的Apply按钮。4 在LKEY后的文本框内输入数值1。5 在VALI和VALJ后的编辑框内分别输入2，6 按下OK按钮。5求解5.1定义分析类型1 Main Menu：Solution Anslysis Type New Analysis。2 选中Static选项。3 按下OK按钮。5.2求解1 Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。2 按下OK按钮关闭Solve Current Load Step窗口。3 按下Close按钮关闭求解结束后出现的Information窗口。4 浏览/STATUS Command窗口内的信息后，将其关闭。6后处理6.1显示梁变形结果1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal Solu. 选择DOF Solution下的Displacement vector sum2 不改变对话框内的任何项，按下OK按钮。6.2建立单元结果表6.2.1创建单元表，计算节点弯矩。1 Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table。2 按下Element Table Data窗口内的Add按钮。3 在Lab后的文本框内输入IMOMENT。4 在左侧列表中选择By sequence num项。5 右侧列表中选择SMICS，项。6 在右侧列表下的文本框内输入SMICS，6。7 按下Apply按钮。8 在Lab后的文本框内输入JMOMENT。9 重复上面的步骤4和5。10右侧列表下的文本框内输入SMICS，12。11按下OK按钮。6.2.2创建单元表，计算节点剪力。1 Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table。2 按下Element Table Data窗口内的Add按钮。3 在Lab后的文本框内输入ISHEAR。4 在左侧列表中选择By sequence num项。5 右侧列表中选择SMICS，项。6 右侧列表下的文本框内输入SMICS，2。7 按下Apply按钮。8 在Lab后的文本框内输入JSHEAR。9 重复上面的步骤4和5。10右侧列表下的文本框内输入SMICS，8。11按下OK按钮。6.3列出所有表格资料6.3.1列出资料1 Main Menu：General PostprocList ResultsElement Table Data。2 在List Element Table Data窗口内选择IMOMENT，JMOMENT，ISHEAR和JSHEAR。3 按下OK按钮并在浏览资料窗口内的信息后，将其关闭。6.3.2画剪力图1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res2 在第一个下拉列表中选择ISHEAR，在第二个下拉列表中选择JSHEAR。3 按下OK按钮。46.3.3画弯矩图1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res2 在第一个下拉列表中选择IMOMENT，在第二个下拉列表中选择JMOMENT。3 按下OK按钮。弯矩图及其相应数据如下（图形已经过反色处理）：剪力图及其相应数据如下（图形已经过反色处理）：7退出程序1 Toolbar：Quit。2 选择Quit-No Save！3 按下OK按钮。8果分析：按材料力学原理计算的结果与用Ansys软件运行出的结果进行比较，可以看出两者有一定的偏差，但是偏差不大。再将元格分成32个进行对比如下图：两者在各个受力点处值几乎一样。四机械优化设计说明：1问题阐述：利用黄金分割法求佛f（x）= x2-6x+9的最优解。设初始点x0=0,初始步长为1.02129，去迭代精度=0.4初步计算得近似最优解为 x*=2.91811 f(x*)=0.00672黄金分割法C语言程序#include<stdio.h>#include<conio.h>#include<math.h>#define e 0.4#define tt 1.02129float function(float x )float y= pow(x,2)-6 * x+9;return(y);void finding(float a3,float f3)float t=tt,a1,f1,ia;a0=0;f0=function(a0);for(int i=0; ;i+)a1=a0+t; f1=function(a1);if(f1<f0) break;if(fabs(f1-f0)>=e)t=-t;a0=a1;f0=f1;elseif(ia=1) return;t=t/2;ia=1;for(i=0; ;i+)a2=a1+t;f2=function (a2);if(f2>f1) break;t=2*t;a0=a1;f0=f1;a1=a2;f1=f2;if(a0>a2)a1=a0;f1=f0;a0=a2;f0=f2;a2=a1;f2=f1;return;float gold(float * ff)float a13,f13,a4,f4;float aa;finding(a1,f1);a0=a10;f0=f10;a3=a12;f3=f12;a1=a0+0.382*(a3-a0);a2=a0+0.618*(a3-a0);f1=function(a1);f2=function(a2);for(int i=0; ;i+)if(f1>=f2)a0=a1;f0=f1;a1=a2;f1=f2;a2=a0+0.618*(a3-a0);f2=function(a2);elsea3=a2;f3=f2;a2=a1;f2=f1;a1=a0+0.382*(a3-a0);f1=function(a1);if(a3-a0)<e) aa=(a1+a2)/2; * ff=function(aa);break;return(aa);void main()float xx,ff;xx=gold(&ff);printf("nThe Optimal Design Result Is:n");printf("ntx*=%fntf*=%f",xx,ff);getch();3运行结果：4 结果分析程序运行结果与实际计算结果有一定偏差，这是因为初选迭代步长不同而引起的。五设计心得通过本次课程设计，使我了解到熟练掌握各种工程软件的重要性，通过运用ANSYS的内部接口，不仅简化了设计时间，也使结果更加精确，由此可见可以综合运用各种软件是很重要的，在以后的学习生活中我会不断的钻研创新。同时感谢安老师在这一学期非了我巨大的帮助使我获益非浅。六参考文献 1 ANSYS有限元分析实用教程-李黎明编. 北京：清华大学出版社，2005 2 APDL参数化有限元分析技术及其应用实例. 北京：中国水利水电出版社，2004 3 机械优化设计基础/高健编.-北京:科学出版社,2000.14 材料力学典型题解分析及自测试题/苟文选主编.-西安:西北工业大学出版社,2000.11
