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有限元课程上机提示Strand7


有限元课程上机提示 一、平面应力问题
1. 设定单位制:文件-新建-N,mm,OK。或 Global-Unit-N,mm 2. 根据对称性,取四分之一结构进行计算 150×100。 3. 生成节点:可先设定捕捉栅格:150×100 范围内 30×20 等分,Create-Node- 用鼠标直接点出控制节 点: (0,0)(75,0)(150,0)(150,70)(130

,70)(75,70)(0,70)(0,100)(75, , , , , , , , , 100)(130,100) , 4. 建立圆柱坐标系:Global-Coordinates System-Cylinder-选坐标面 xy、选坐标原点(150,70) 5. 复制节点:Tools-Copy-By Increment- Δθ=22.5°, 选(130,70)为母本,重复 4 次。 6. 坐标系换到直角坐标下,生成 4 节点平面单元 3 个;8 节点单元 2 个:Create-Element-Quad4/ Quad8 用 鼠标选 4 个角节点,再用 Average 给出非圆弧边中节点, 圆弧边中节点人为选定已生成的节点。 7. 细化生成 48 个 8 节点单元:Tools-Subdivide-,还可以用 Smooth Plates 平滑板单元,即 使单元形状更合理。 8. 施加载荷:Attribute-Plate-Edge Pressure- Value=100MPa 9. 施加约束:整体:Global-Load & Freedom Cases- Freedom cases- 2D Plane; 对称边界条件:Attribute-Node-Restraintx/y Symmetry, 用区域选择一次选中所有对称轴上节点。 10. 11. 12. 给材料特性:Type:2D Plane Stress, Structural: E=2.1e11, μ=0.3, Geometry: Thickness=5 求解:Solve-Linear Static, 查看 Log 文件,看是否有错误 Error 或警告 Warning,有则检查模型。 查看结果:Result-Open Result File-Result Setting-Contour-Displacement(位移) or Stress(应力) /List 列结果数据 /Create Animation 生

- Axis System: Combined, 11 (最大主应力) /Peek 查结果数据 成动画 13. 求应力集中系数

二、平面应变问题
1. 设定单位制:文件-新建-SI,或缺省,OK 2. 生成节点:可先设定捕捉栅格:点左边显示项目第一个,再击鼠标右键,出现对话框,给出范围 100 ×100,等分数 20×20,Create-Node- 用鼠标直接点: (-20,0)(0,0)(15,0)(80,0)(15, , , , , 90)(15,100)(0,100)(0,90)(0,30) , , , , 。也可直接建立单元,会同时生成节点,方法见下面。 3. 创建单元:Create-Element-Tri3 用鼠标选 3 个角节点可建立一个三角形平面单元,改 Type 为 Quad4, 用鼠标选 4 个角节点可建立一个四边形平面单元,共有两个三角形,一个四边形。 4. 细化生成节点单元:Tools-Subdivide-选中小三角形,A 给 6,B、C 不管,Target,Quad,Apply;选中 大三角形, 给 18, C 不管,Target, A B、 Quad, Apply;选中四边形,A 给 3, 给 20, C 不管, B Target, Quad,Apply。 5. 施加载荷:静水压力等效节点载荷:Attribute-Node-Force- 根据计算得到各个节点 节点 Fx(N) (从上向下) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4.167×104 25×104 50×104 75×104 100×104 125×104 150×104 175×104 200×104 225×104 250×104 Fy(N) (从上向下) 12 13 14 15 16 17 18 19 275×104 300×104 325×104 350×104 375×104 400×104 425×104 450×104 -102.78×104 -216.67×104 -233.33×104 -250.00×104 -266.67×104 -283.33×104 -300.00×104 节点 Fx(N) Fy(N)

施加重力载荷:Global-Load & Freedom Cases- Load Cases- Liner acceleration Y 方向 -9.8 6. 施加约束:平面问题:Global-Load & Freedom Cases- Freedom cases- 2D Plane; 底边固定边界条件: Attribute-Node-Restraint- Fix, 用区域选择,一次选中所有底边节点。Apply。 7. 给材料特性:Property-Plate,Type:2D Plane Strain, Structural: Modulus=2.14e10, Poission’ Ratio=0.25, Density=2500 8. 求解:Solve-Linear Static, 查看 Log 文件,看是否有错误 Error 或警告 Warning,有则检查模型。

9.

查看结果:Result-Open Result File-Result Setting-Contour-Displacement(位移) or Stress(应力) /Peek 查结果

- Axis System: Combined, Von-Mises (第四强度理论相当应力)或 11,22 第一第三主应力 数据 /List 列结果数据 /Create Animation 生成动画

三、轴对称问题
1. 设定单位制:Global-Units-N,mm 2. 生成节点:Create-Node-(50,0),(100,0),(100,60),(50,60) 3. 生成单元:Create-Element-Quad4 4. 细化单元:Tools-Subdivided-Target:Quad8, 生成 5×6=30 个八节点单元 5. 施加载荷:载荷工况 1:内压 Attribute-Plate-Edge Pressure-(-120MPa), 由 Select By Region 选内侧所有 单元的边,Apply. 载荷工况 2: 角速度 Global-Load & Freedom cases- Load cases new 给角速度 Angular Velocity: 1000deg/s

6. 施 加 约 束 : 整 体 : Global-Load & Freedom cases-Freedom cases- 指 定 2D Plane; 对 称 约 束 : Attribute-Node-Restraint-y-symmetry; 边界约束:底边节点 dy 约束。 7. 材料特性:Property-Plate: Type: Axisymmetric, 程序规定对称轴为 y 轴,Structural: E=2.1e11,μ=0.3 8. 求解:Solve-Linear Static-, 9. 后处理:Result-Open Result File-Result Setting- Displacement dy/ Stress-Global-RR/ Combined- VonMises / Peek/List

厚壁圆筒作为三维问题静力分析
大致步骤: 1. 设定单位:Global-Units-N,mm 2. 生成节点:Create-Node-(50,0),(100,0),(0,60),(50,60) 3. 复制节点:建立圆柱坐标系:Global-Coordinates System-New-Cylindrical-ZX-(0,0,0), Tools-Copy-By Increment-Δθ=5°,Repeat=2, 选现有的四个节点,Apply 4. 生成单元:Create-Element-Hexa20 用鼠标选 8 个角节点,再用 Average 给出非圆弧边中节点,圆弧边 中节点人为选定已生成的节点。 5. 施加载荷: Global-Load & Freedom Cases-Load Case 1: 再创建一个新的载荷工况: New-Load Case 2. 工 况 1 中只施加面压力 120(N/mm2):Attribute-Brick-Face Pressure- Normal,工况 2 单独施加一个绕 y 轴 的角速度 1000°/s ,转轴原点在(0,0,0) 。 6. 细化:Tools-Subdivided-径向 5 等分、轴向 6 等分、环向不再分 7. 施加约束:整体:Global-Load & Freedom cases-Freedom cases-3D Brick; 约束:底面节点约束 y 方向平 移自由度;两子午面在柱坐标系中关于 ZR 对称 Attribute-Node-Restrain-ZR sym,选两子午面上所有节 点,区域选择,ZX 视图,用光标画框选取; 8. 材料特性:Property-Plate: Structural: E=2.1e11,μ=0.3, ρ=7.8e-5(N/mm3) 9. 求解:Solve-Linear Static10. 后处理:Result-Open Result File-Result Setting- Displacement dR/ Stress-Ucs-RR/ TT / Peek(选择显

示节点应力可查看其值)/List

五、梁单元
1. 设定单位:Global-Units-SI 2. 生成节点:Create-Node-(0,0),(0,5),(0,10),(0,15),(5,5),(10,5) 3. 生成单元:Create-Element-Beam2 4. 施加载荷:Attribute-Node-, Global-Load & Freedom Cases-Load Case 1: 再创建一个新的载荷工况: New-Load Case 2. 工况 1 中只施加两个 1kN 力,工况 2 单独施加一个 3kN 力。 5. 施 加 约 束 : 整 体 : Global-Load & Freedom cases-Freedom cases-2D Beam; 节 点 约 束 : Attribute-Node-Restraint-dy,dx-fixed(固定铰支),dy-fixed(滚动铰支) ; 6. 材料特性:Property-Plate: Type: Beam, 正方形,边长 B=0.1,C=0.1 7. 求解:Solve-Linear Static-, 8. 后处理:Result-Open Result File-Result Setting- Displacement / Stress9. 关闭结果文件,创建载荷工况 3:Result-Close Result File, Result-Linear Load Case Combinations- Add将工况 1 和工况 2 都给定系数 1 10. 查看工况 3 结果:重新打开结果文件, Multi View, 对于梁单元经常看其剪力图和弯矩图:Result Structural: E=2.1e11,μ=0.3, 梁截面形状尺寸 Geometry: Edit-

Setting-Diagram-Force/Moment- Shear Force 2 /Bending Moment 2, Peek---- Load Case 2 ,载荷作用点位移: DX=1.30756E-05; DY=-3.16612E-06; DZ=0. Load Case 1 - Max. axial stress = 9.97449E+04 Pa Load Case 2 – Max. axial stress = 1.99998E+05 Pa Load Case3 - Max. axial stress = 2.99682E+05 Pa Min. axial stress = 1.41037E+05 Pa Min. axial stress = 1.41190E+05 Pa Min axial stress = 2.82203E+05 Pa

11.将材料特性中类型换成桁架,可计算各杆铰接情况下内力、应力、变形:Property-Type-Truss

七、悬臂梁固有特性分析
1. 设定单位:Global-Units-N,mm 2. 生成节点:Create-Node-(0,0),(0,1000) 3. 生成单元:Create-Element-Beam2, 4. 给出特性:Property-Beam-, 细化:Tools-SubdivideGeometry:

Type: Beam, Structure: E=2.1e5, μ=0.3, ρ=7.8e-5(N/mm3)

Edit-长方形,边长 B=30,C=10 5. 施加约束:整体:Global-Load & Freedom cases-Freedom cases-2DBeam; 固定约束:左边节点 6. 求解:Solve-Model Analysis-,

六、薄板弯曲问题
1. 设定单位:Global-Units-N,mm 2. 生成节点:Create-Node-(0,0),(0,25),(25,0),(25,25) 3. 生成单元:Create-Element-Quad4 用鼠标选 4 个角节点, 细化:Tools-Subdivided4. 施加载荷: Global-Load & Freedom Cases-Load Case 1: 再创建一个新的载荷工况: New-Load Case 2. 工 况 1 中只施加面沿负 Z 轴方向压力 0.001(N/mm2): Attribute-Plate- Face Pressure- Normal, 工况 2 在 (0, 0)点施加一个沿负 Z 轴方向的力 50N。 5. 施加约束:整体:Global-Load & Freedom cases-Freedom cases-All Free; 对称约束:底边节点关于 xoz 对称,左侧边上节点关于 yoz 对称,自由度工况 1----四边简支:右边节点可绕 Y 轴转动,顶边节点可 绕 X 轴转动;自由度工况 2----四边固支:右边和顶边节点全约束,Attribute-Node-Restraint- ; 6. 材 料 特 性 : Property-Plate: Thickness=2.5mm 7. 求解:Solve-Linear Static-, 8. 后处理:Result-Open Result File-Result Setting- Displacement /Moment/ Peek/List Type : Plate / Shell, Structural: E=2.1e11, μ =0.3, Geometry:

八、板梁组合结构
1. 设定单位制:文件-新建-SI,或缺省,OK 或 Global-Units-SI 2. 可先设定捕捉栅格:点左边显示项目第一个,再击鼠标右键,出现对话框,给出范围 12×3,等分数 12×3。 3. 生成板单元:Create-Element-Quad4;直接点击四个栅格点,建立单元,会同时生成节点。 4. 细化板单元:Tools-Subdivided-Target:Quad4, 生成 12×3=36 个四边形单元; 5. 生成梁单元:Create-Element-beam,边上的梁为方形截面,作为 Property 1,内部的梁为角形截面,作 为 Property 2。 6. 细化梁单元:Tools-Subdivided-生成 12×2=24,3×2=6,共 30 个边上的方形截面梁,12×2=24 共 24 个内部的角形截面梁。 7. 实体显示梁单元,观察截面方位是否正确。右击鼠标,Element Display,Beam,Display Mode,Solid 8. 中间的梁应该是角钢的短边与板贴紧,为此建立用户坐标系:以(0,0,0)为原点, (1,0,0)为 1 点确定 x 轴,2 点坐标(0,0.8254,0.5645) ,Global-Coordinate systems –new system- UCS---然后调整 Tools-Align-Beam axis, 1 轴与用户坐标系的 y 轴正方向一致, 使 按特性选内部梁——Property 2, Apply。 梁节点缺省是在梁截面形心的,板节点也是在板中面,当梁与板结合时,它们要共用节点,有限元模

型与实际几何模型有差异,需要平移 Offset。梁 Tools-Auto Assign-Beam offset-,选角钢截面,节点点 到短边中点;板 Attribute-Plate-Offset-0.005,选所有板,Apply 9. Tools-Clean mesh,使相同位置的梁节点和板节点合并。 10. 编辑特性: Beam Property 1: Structural: E=2.1e11,μ=0.3, ρ=7800, Geometry: 0.1m×0.1m×0.01m Beam Property 2:Structural: E=2.1e11,μ=0.3,ρ=7800,Geometry:0.1m×0.12m×0.01m 11. 12. 施加载荷:Attribute-Plate- Face Pressure-250Pa

施加约束:型钢框架短边一侧为固定铰支:左侧四个节点除了绕 y 轴转动 除了绕 轴转动外全约束掉,另一侧为

可动铰支:右侧四个节点约束 y,z 平移和绕 x,z 转动。 13. 14. 求解:Solve-Linear Static-, 查看 log 文件, 没有警告或错误信息后, 进入后处理: Result-Open Result File-Result Setting- Beam 、

Plate Displacement dz,dxyz/ Beam Stress-Contour Total Fibre/ Plate stress-Combined- VonMises / Peek/List


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