第一篇：有限元分析報告

有限元仿真分析實驗

一、實驗目的

通過剛性球與薄板的碰撞仿真實驗，學習有限元方法的基本思想與建模仿真的實現(xiàn)過程，并以此實踐相關有限元軟件的使用方法。本實驗使用HyperMesh軟件進行建模、網(wǎng)格劃分和建立約束及載荷條件，然后使用LS-DYNA軟件進行求解計算和結果后處理，計算出鋼球與金屬板相撞時的運動和受力情況，并對結果進行可視化。

二、實驗軟件

HyperMesh、LS-DYNA

三、實驗基本原理

本實驗模擬剛性球撞擊薄板的運動和受力情況。仿真分析主要可分為數(shù)據(jù)前處理、求解計算和結果后處理三個過程。前處理階段任務包括：建立分析結構的幾何模型，劃分網(wǎng)格、建立計算模型，確定并施加邊界條件。

四、實驗步驟

1、按照點－線－面的順序創(chuàng)建球和板的幾何模型

（1）建立球的模型：在坐標(0,0,0)建立臨時節(jié)點，以臨時節(jié)點為圓心，畫半徑為5mm的球體。

（2）建立板的模型：在tool-translate面板下node選擇臨時節(jié)點，選擇Y-axis,magnitude輸入5.5，然后點擊translate+，return;再在2D－planes-square 面板上選擇Y-axis,B選擇上一步移下來的那個節(jié)點，surface only ,size=30。

2、畫網(wǎng)格

（1）畫球的網(wǎng)格：以球模型為當前part，在2D－atuomesh面板下，surfs選擇前面建好的球面，element size設為0.5mm，mesh type選擇quads，選擇elems to current comp,first order，interactive。

（2）畫板的網(wǎng)格：做法和設置同上。

3、對球和板賦材料和截面屬性

（1）給球賦材料屬性：在materials面板內選擇20號剛體，設置Rho為

2.000e-08,E為200000,NU為0.30。

（2）給球賦截面屬性：屬性選擇SectShll,thickness設置為0.1，QR設為0。（3）給板賦材料屬性：材料選擇MATL1，其他參數(shù)：Rho為2.000e-08,E為100000,Nu為0.30，選擇Do Not Export。

（4）給板賦截面屬性：截面選擇SectShll，thickness設為0.2。其他參數(shù):SHRE為8.333-01，QR為0，T1為0.2。

（5）給板設置沙漏控制：在Properties-Create面板下Card image選擇HourGlass，IHQ為4，QM為0.100。更新平板。

4、加載邊界條件

（1）將板上最外面的四行節(jié)點分別建成4個set。（2）建立一個load collector。

（3）Analysis－constraints面板中，設置SIZE為1，nodes通過by sets選擇set_

1、set_

2、set_

3、set_4，然后點擊creat即可，邊界條件加載完畢。

5、建立載荷條件（給球一個3mm的位移）

（1）建立一個plot: post－xy plots-plots-creat plot,然后點擊return;(2)在post-xy plots-edit curves面板中輸入X{0，0，0.0001},Y{0,3}。(3)給剛性球一個3mm的沿y正方向的位移：card image設為PrcrRgd,DOF為2,VAD為2,LCID為1,SF為1,option選擇Rigid。

6、接觸處理

（1）做兩個用于接觸的segment：在Analysis-set_segment面板中，Card image選擇setSegment，elems選擇球這個part。重復操作對平板創(chuàng)建segment。要同時保證球的setsegment的方向朝外，plane的setsegment方向朝上。

（2）建立接觸：

①對稱接觸：在Analysis-interfaces面板中,type選擇SurfaceToSuface,Card image選擇SingleSurface。master的contactsurfs選擇球的setgment;slave的contactsurfs選擇平板的setgment。點擊edit后，設置FS為10，F(xiàn)D為10，SFS為100，SFM為100，Automatic一項勾選OneWay。

②非對稱接觸：在Analysis-interfaces面板中,type選擇SingleSurface,Card image選擇SingleSurface。master的contactsurfs選擇球的setgment;slave的

contactsurfs選擇平板的setgment。點擊edit后，設置FS為10，F(xiàn)D為10，SFS為100，SFM為100，Automatic一項勾選smooth。

7、定義控制卡片

在Analysis-control cards面板中，(1)選擇Control_Enegy,將hgen設置為2；

(2)選擇Control_Termination,將ENDTIM設為0.0001s;(3)選擇Control_Time_step,將DTINIT設為1*10-6s，將TSSFAC設置為0.6;(4)選擇DATABASE_BINARY_D3PLOT,將DT設置為5*10-6;(5)選擇DATABASE_OPTION，將MATSUM設置為1*10-6，將RCFORC設置為1*10-6。

8、刪除臨時節(jié)點

在geom中選擇temp nodes，點擊node，選擇all，然后點擊clear。

9、節(jié)點重新排號。

tool中選擇renumber，然后選擇all，最后點擊renumber。

10、將文件導出成KEY文件。

11、生成的KEY文件導入LS-DYNA中，并運行。

12、打開后處理程序Ls-Prepost，點擊file-open-ls-dyna binary plot，選擇計算得到的d3plot結果。

13、點擊下方運行按鈕，觀看碰撞動畫。選擇右邊的ASCII按鈕，選擇rcforc后，點擊左邊的Load按鈕，再選擇Sl或者Ma，然后選擇最下方的Resultant force,最后點擊Plot，觀看沖擊力隨時間的變化曲線。

五、實驗結果

1、對稱接觸情況

對稱接觸定義下，沖擊過程中薄板的彈塑性變形過程如圖1至圖5所示。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5 沖擊過程中剛性球與薄板層接觸力時間歷程如圖6所示。

圖6

2、非對稱接觸情況

非對稱接觸定義下，沖擊過程中薄板的彈塑性變形過程如圖7至圖11所示。

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11 沖擊過程中剛性球與薄板層接觸力時間歷程如圖12所示。

圖12

六、實驗總結

根據(jù)對稱接觸定義與非對稱接觸定義的對比實驗計算過程和實驗結果可以看出，對稱接觸定義下剛性球撞擊薄板的沖擊現(xiàn)象更加明顯，接觸力更大，計算所花費的時間也更長，這與理論上雙接觸面與單接觸面的結論是相同的。

第二篇：《有限元分析課程設計》教學大綱

《有限元分析課程設計》教學大綱

課 程 編 號： 4012057 課程中文名稱：有限元分析

課程英文名稱：Finite Element Analysis

課 程 類 別：專業(yè)課 周數(shù)：2周 學 分： 2學分

適 用 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化機械制造及自動化專業(yè)方向

一、課程設計的性質、目的

有限元分析課程設計是一門技術基礎綜合課程，是工科院校相關專業(yè)的學生在校期間第一次接受較全面的工程師基本能力訓練，在實現(xiàn)學生總體培養(yǎng)目標中占有重要地位。(一)目的

課程目的和任務旨在使學生了解有限元分析的基本方法，通過使用計算機計算工程力學中的若干問題，進一步加深工程力學課程中的基本概念和基本理論，培養(yǎng)學生解決一些簡單的工程實際問題的能力，為學生在今后的機械課程設計和畢業(yè)設計中對機械構件進行力學分析打下扎實的基礎。

（二）任務

（1）完成課程設計題目的方案分析與設計;（2）完成裝配圖、零件圖設計；（3）編寫設計計算說明書。

二、課程設計基本要求

1.了解有限元分析的基本原理和方法；

2.熟悉有限元分析軟件（ANSYS）的圖形用戶界面和菜單； 3.能熟練創(chuàng)建二維和三維有限元分析模型；

4.會使用指定的單元對有限元分析模型進行網(wǎng)格劃分，也能對一些簡單的有限元分析模型選擇合適的單元進行網(wǎng)格劃分； 5.能熟練使用工程力學的知識來確定模型的約束條件和受力的類型； 6.會使用有限元分析軟件對有限元分析模型進行計算；

7.能熟練掌握有限元分析后處理過程，并對計算結果作出正確的評價； 8.掌握使用有限元分析方法對機械構件進行優(yōu)化設計的過程；

三、課程設計教學內容

1．ANSYS有限元分析軟件簡介、功能概覽和分析案例； 2．ANSYS圖形用戶界面及基本操作方法； 3．創(chuàng)建2D有限元模型 4．加載、求解、結果后處理 5．高級建模技術 6．分析結果評價

四、課程設計時間分配

機械設計基礎課程設計集中2周的共10個工作日完成，進度可參照如下安排： 第1個工作日： 學習ANSYS圖形用戶界面和分析的基本步驟； 第2～3個工作日：創(chuàng)建有限元模型、加載_求解_后處理；

第4～5個工作日：使用多媒體課件，理論教學與上機練習分析設計計算，及輔導； 第6～7個工作日：教師布置題目和內容，學生查閱收集相關資料進行計算； 第8個工作日： 結果分析匯總；

第9個工作日： 編寫課程設計說明書；課程設計總結； 第10個工作日： 答辯。

五、課程設計考核與成績評定

有限元分析課程設計按優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級分評定成績，單獨記分。上機考核與提交設計分析報告及答辯。

六、課程設計指導書

[1]“有限元法概論”，龍馭球，人民教育出版社，1997年7月 [2]“有限元法理論及應用基礎教程”，宋天霞，2003年7月

[3]“工程力學課程設計”講義，上海理工大學力學教研室，張志忠、張麗芳、翁國華等編寫 2004年7月

七、其它說明

執(zhí)筆人：周華祥 審核人：（蓋章）

2010 年 11 月 17日

第三篇：有限元分析考試--說明

有限元分析考試說明

1、接學院通知，所有同學都必須要交紙質版實驗報告，用長沙理工大學專用實驗報告紙?zhí)顚?。每個班由學習委員統(tǒng)一收齊后，再交給我。

2、實驗報告內容為ansys 上機操作的練習1和有限元分析基礎教程(ANSYS算例)中選擇兩道題。實驗報告要有實驗結果的截圖。

3、有限元分析考試試題的答題，做成word文件，以學號命名后發(fā)到我郵箱12233437@qq.com。

4、實驗報告和考試答題請務必于5月14日之前交過來。

第四篇：有限元分析學習心得

有限單元法學習心得

有限元分析學習心得

土木0903馬燁軍11 有限單元法是20世紀50年代以來隨著電子計算機的廣泛應用而發(fā)展起來的有一種數(shù)值解法。有限元分析（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）的基本概念是用較簡單的問題代替復雜問題有限元分析后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。有限元求解問題的基本步驟通常為：

有限單元法學習心得

某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關系，從而形成單元矩陣（結構力學中稱剛度陣或柔度陣）。為保證問題求解的收斂性，單元推導有許多原則要遵循。對工程應用而言，重要的是應注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應以規(guī)則為好，畸形時不僅精度低，而且有缺秩的危險，將導致無法求解。

有限單元法學習心得

端處，單元的形變很小，單元的位移主要是由于其他單元發(fā)生形變而引起的剛體位移。因此，為了正確反映單元的位移形態(tài)，唯一模式必須能反映該單元的剛體位移。

（2）位移模式必須能反映單元的常量應變。每個單元的應變一般總是包含著兩個部分：一部分是與該單元中各點的位置坐標有關的，是各點不相同的，即所謂變量應變。另一部分是與位置坐標無關的，是各點相同的，即所謂常量應變。而且，當單元的尺寸比較小時，單元中各點的應變趨于相等，也就是單元的形變趨于均勻，因而常量應變就成為應變的主要部分。因此，為了正確的反映單元的形變狀態(tài)，位移模式必須能反映該單元的常量應變。

（3）位移模式應當盡可能反映位移的連續(xù)性。在連續(xù)彈性體中，位移是連續(xù)的，不會發(fā)生兩相鄰部分互相脫離或互相侵入的現(xiàn)象。為了使得單元內部的位移保持連續(xù)，必須把坐標模式取為坐標的單值連續(xù)函數(shù)。為了使得相鄰單元的位移保持連續(xù)，就不僅要使它們在公共結點處具有相同的位移時，也能在整個公共邊界上具有相同的位移。這樣就能使得相鄰單元在受力以后局部互相脫離，也不互相侵入，因而代替原為連續(xù)彈性體的那個離散化結構仍然保持為連續(xù)彈性體。不難想象，如果單元很小很小，而且相鄰單元在公共結點處具有相同的位移，也就能保證它們在整個公共邊界上大致具有相同的位移。但是，實際計算時，不大可能把單元取得如此之小，因此，我們在選取位移模式時，還是應當盡可能使他反映位移的連續(xù)性。

理論和實踐都已證明：為了有限單元法的解答在單元的尺寸逐步

有限單元法學習心得

取小時能夠收斂于正確解答，反映剛體位移和常量應變是必要條件，加上反映相鄰單元的位移連續(xù)性，就是充分條件。

有限單元法在將來的工作生活中有著重要的作用，它的功能如此強大，前景是很美好的，是值得我們好好用心學習和研究的。

第五篇：《機械工程有限元分析基礎》大作業(yè)報告

《機械工程有限元分析基礎》大作業(yè)報告

二〇二一年六月

一、建模過程/步驟

1、ANSYS分析開始準備工作

（1）清空數(shù)據(jù)庫并開始一個新的分析，選取 Utility > File > Clear & Start New,彈出 Clear database and Start New 對話框，單擊 OK 按鈕，彈出 Verify 對話框，單擊 OK按鈕完成清空數(shù)據(jù)庫。

（2）指定新的工作文件名 指定工作文件名。選取 Utility Menu > File >Change Jobname,彈出 Change Jobname 對話框，在 Enter New Jobname 項輸入工作文件名“feilm”，單擊 OK按鈕完成工作文件名的定義。

（3）指定新的標題指定分析標題。選取 Utility Menu > File > Change Title，彈出 Change Title 對話框，在 Enter New Title 項輸入標題名“feilun axis”為標題名，然后單擊OK按鈕完成分析標題的定義。

（4）重新刷新圖形窗口 選取 Utility Menu > Plot >Repiot，定義的信息顯示在圖形窗口中。

2、確定分析類型

（1）運行主菜單 Main Menu > Preference 彈出分析類型設定對話框，選擇分析模塊為 Structural 結構分析，然后單擊 OK 按鈕完成分析類型定義。

（2）d定義單元及材料屬性

（3）新建單元類型 運行主菜單 Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 命令，彈出 Element types 對話框，單擊 Add 按鈕新建單元類型，彈出 Library of Element Types 對話框，先選擇單元大類為 solid，接著選擇 Quad 8 node 183，單擊 OK 按鈕，完成單元類型選擇。接著單擊 Option 按鈕進入單元設置選項，在 Element behavior(K3)欄中更改選項為 Asisymmetric(軸對稱)，在單擊 OK按鈕返回 Element Type 對話框，單擊 Close 按鈕完成設置。

（4）定義材料屬性 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Material Props > Matorial Models 命令，系統(tǒng)顯示材料屬性設置對話框，在材料屬性對話框中一次選擇 Structure/Linear/Elastic/Isotropic。完成選擇后，彈出材料屬性對話框，方便輸入彈性模量210e9，泊松比0.27，單擊 OK 返回選擇 Density，彈出密度定義對話框，輸入密度 7800，單擊 OK返回。完成材料屬性設置后，關閉對話框離開材料屬性設置。

3、建立幾何圖形

（1）建立關鍵點

（2）繪制矩形 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions 命令，在對話框中分別輸入 1 點坐標 X1=50，Y1=0，2 點坐標 X2=55，Y2=50，單擊 Apply 按鈕完成第一個矩形繪制；同理，輸入3點坐標X1=55，Y1=24，6點坐標 X2=75，Y2=16，單擊 Apply 按鈕完成第二個矩形繪制；輸入4點坐標 X1=75，Y1=40，5點坐標 X2=80，Y2=5，單擊 OK 按鈕完成第三個矩形繪制。

（3）布爾操作合并圖形 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出現(xiàn)選擇拾取對話框，依次點擊圖形再點 Apply，完成布爾加。

（4）設置顯示方式 運行菜單 Utility Menu > Plot > Line，設置顯示方式為直線，以便下一步為直線倒圓角。

（5）倒圓角 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet 彈出對話框，拾取視頻中線段，單擊 OK按鈕，出現(xiàn)圓角半徑設置對話框，F(xiàn)illet Radius 項輸入5，其他項默認，單擊 Apply 按鈕完成第一個圓角繪制；同理，完成其他三個圓角的繪制。

（6）生成面 運行菜單 Utility Menu > Plot > Line 設置直線顯示方式，運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas >Arbitrary > By Lines，出現(xiàn)選擇拾取對話框，點擊拾取視頻中的線段，單擊 Apply 按鈕完成；同理，完成其他三個面的生成，單擊 OK 按鈕結束。

（7）布爾運算 完成幾何圖形創(chuàng)建 運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出現(xiàn)選擇拾取對話框，依次點擊圖形再點 Apply，完成幾何圖形創(chuàng)建。

4、劃分網(wǎng)格

（1）運行主菜單 Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool(網(wǎng)格劃分工具)命令，出現(xiàn) Mesh Tool 菜單，單擊 Areas 中的 set 按鈕，在單元尺寸對話框中的 Element edge length 項中輸入單元尺寸，本列中輸入1，單擊 OK 按鈕確定。在 Mesh Tool 菜單中設置 Mesh 下拉框為 Areas，shape 項選擇 Quad(四邊形單元網(wǎng)格），單擊 Mesh 按鈕劃分網(wǎng)格，出現(xiàn)的 Mesh Areas 對話框中單擊飛輪平面，在點擊Apply，系統(tǒng)將自動完成網(wǎng)格劃分。

5、加載求解

（1）顯示線段

（2）施加約束 運行主菜單 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Displacement on Lines 命令，出現(xiàn)拾取菜單，選擇視頻中線段，單擊 Apply，出現(xiàn)約束定義對話框，選擇 All DOF 約束所有自由度，在 Displacement Value 選項輸入0，在單擊OK按鈕，完成約束定義。

（3）施加載荷 運行 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Pressure > On Lines 命令，出現(xiàn)拾取菜單，選擇線段，單擊 Apply，出現(xiàn)載荷（壓力）定義對話框，輸入1e6，單擊 OK 按鈕完成。

（4）施加角速度 運行主菜單 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Inertia >Angular veloc > Globel 彈出施加速度對話框。在 OMEGY Y 項輸入62.8 單擊 OK按鈕完成。

6、求解

（1）運行主菜單 Main Menu > Solution > Current LS 命令，出現(xiàn)菜單中單擊 OK 按鈕確定。計算機開始進行求解，求解完成后出現(xiàn)“solution is done”提示表示求解完成。單擊 Close 按鈕完成求解。

7、查看分析結果

（1）改變觀察輸出結果坐標系 在總體柱坐標系下觀察應力分布和變形比較方便，因此，吧結果坐標系轉換到柱體坐標系下：執(zhí)行 Main Menu > General Postproc > Options for output 出現(xiàn)結果坐標系設置對話框，設置為柱坐標系，單擊 OK按鈕完成。

（2）顯示節(jié)點（單元）徑向位移云圖 運行主菜單 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，選擇 DOF Solution > X-Component of Displacement 徑向位移（如果觀察周向位移，該項選擇為 Y-Component of Displacement)，單擊 OK 按鈕。

（3）顯示節(jié)點（單元）應力云圖 運行主菜單 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，選擇 stress > X-Component stress 徑向應力（周向應力為 Y-Component stress），單擊 OK按鈕。

（4）三維擴展結果 運行下拉菜單 Utility Menu > PlotCtrls > Style > symmetry Expansion > 2D Axis-symmetric 彈出軸對稱擴展設置對話框，選擇 Full expansion，單擊 OK 按鈕。（也可以改成四分之一顯示）

二、結果分析圖片

圖2.1 節(jié)點徑向位移云圖

圖2.2 節(jié)點徑向應力云圖

圖2.2 三維擴展結果圖

三、ANSYS軟件應用小結

ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)。它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級CAE工具之一。

本次實驗是學習如何使用ANSYS 通過軟件對框架結構內力進行計算，在還未學習該軟件前，對于此類問題，通常會采用力矩分配法來進行計算，計算過程繁復，計算量大，并且容易出錯。導致過程緩慢，效果不顯著。

在這次大作業(yè)中，我跟隨著視頻中老師的講解一步步建模和受力分析，在一開始的迷茫和不解中一次次觀看老師的教程，一點點學會使用軟件。在課堂上魏老師也在上課過程中給我們介紹了有關飛機上角架和飛輪以及她在研究生期間的研究設計，給我打開了一扇新的大門

對于其他應用型軟件而言，ANSYS作為大型權威性的有限元分析軟件，在解題過程中是十分牢靠的。同時這也是一門不易掌握的軟件，因而，要學好ANSYS,我們要自己有較高的要求，所有實驗的基礎都是需要我們有理論知識的支持，因此我們要對力學有一定程度的掌握。在掌握理論知識的同時我們要對軟件的使用積累經(jīng)驗，光有理論或者經(jīng)驗都是不行的。要結合起來這樣我們才能有更深層次的探索和學習。