第三讲有限元分析方案的制定课件.pptVIP

有限元方法 通常考虑的分析因素 确定合适的分析学科领域 分析目的 线性 / 非线性分析 静力 / 动力分析 高效率建模技术 高效率建模技术 - 细节处理 高效率建模技术 - 对称性模型 高效率建模技术 - 应力奇异 高效率建模方法 - 单元类型 网格划分(网格密度) 载荷分类 添加载荷应遵循的原则 选择求解器 体载荷 是分布于整个体内或场内的载荷。 定义 结构分析中的温度载荷。 热分析中生热率。 电磁场分析中电流密度。 体载荷可以、添加到关键点或节点上。 (关键点上的体载荷最终将转化成各个节点上的一组组体载荷。) 举例 体载荷分布一般都很复杂，必须通过其它分析才能得到，例如通过热应力分析获得温度分布。在某些情况下，体载荷是由当前分析结果决定，这就需要进行耦合场分析。 结构分析模型上温度分布 惯性载荷 是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，例如重力加速度，加速度，以及角加速度。 定义 特点 惯性载荷只有结构分析中有。 惯性载荷是对整个结构定义的，是独立于实体模型和有限元模型的。 考虑惯性载荷就必须定义材料密度 (材料特性DENS)。 绕Y轴的角速度 简化假定越少越好。 使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。 如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为是正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的附近一定区域内的应力。 加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 不要忘记泊松效应。 添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束。 实际上，集中载荷是不存在的。 轴对称模型具有一些独一无二的边界特性 。 准则 返回 求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组 - 这个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度)到几个小时或者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度)，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。 ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器（Frontal solver）和 PCG求解器（ PCG solver）（预条件共扼梯度, 或者 “Power求解器”）。稀疏矩阵求解器（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。 波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。 Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有的PCG迭代计算，并输出错误信息。 返回 实例分析 轮子的受力分析 问题描述：如图1所示为轮子的二维平面图，图上列出了该轮的基本尺寸(尺寸单位均为标准单位)，轮的三维示意图如图2所示，现要分析该轮仅承受绕Y轴旋转角度的作用下，轮的受力及变形情况。 图1 轮子的结构平面图 图2 轮子的三维图 已知角速度为： 材料属性为： 求解分析： (1)分析领域: 结构分析 (2)分析目的: 受力分析，载荷不随时间的改变而改变，为静力学问题 (3) 实体无几何非线性，材料非线性故为线性问题。 (4)建模：根据该轮的对称性，在分析时只要分析其中的一部分即可，由轮子的结构特点，选择分析的有限元模型如图3所示。 图2 轮子的三维图 图3 轮子的有限元分析几何模型 (5) 网格划分，很显然这是一个三维问题，由于结构的复杂性，必须要采用自由网格划分和映射网格划分相结合，不能采用由2D网络拖拉生成3D网格。 (6) 单元选择，研究对象为三维实体，故选用三维实体单元 Brick 4node 45 (7) 材料属性，为线性弹性各向同性材料 操作步骤和过程如下： (1)先建立三维几何模型。 (2)根据三维模型的特点，对三维模型进行分割，使其中一部分模型能够采用映射网络方式划分，其余部分则可以用自由网格方式划分。 (3)施加对称约束和角速度。 (4)求解分析。 (5)结果显示。 具体详细的操作过程如下描述。 GUI操作方式 1定义工作名和工作标题 2单元类型及材料属性 3建立模型 1)建立2D模型 2)通过拖拉生成3D模型 3)生成一个圆柱孔 所建3D模型 生成一个圆柱孔后的3D模型 4)网格划分 划分网格后的3D模型 4施加载荷并求解 5浏览分析结果 轮子的Von Mises应力分布 节点上Von Mises应力扩展显示 命令流方式 没有固定招式的刀法才是最厉害的刀法－－金庸 总结 作业：找一实例研究其分析方案 讲的这么抽象？让我思考思考！！ 有限元方法 第三讲 有限元分析方案的制定 山东科技大学 主讲人： 苏春建 机电学院机械专业 June 3