有限元期末作业.doc

深圳大学考试答题纸 (以论文、报告等形式考核专用)二○一三～二○一四学年度第 2 学期 课程编号 2311122101 课程名称 有限元分析方法 主讲教师 龚峰 评分 学 号 2011110174 姓名 朱浩 专业年级 机械设计制造及其自动化1班 教师评语： 题目： 简单单人床静力分析 摘要: 对宿舍的单人床的工作情况进行了分析, 采用有限元方法，借助计算机仿真软件solidworks, 建立其简单的3d模型——单人床有限元模型， 对其进行了应力应变分析, 得出了该床在静力条件下的危险工作部位，并采取了相关措施保护该部位。 单人床静力分析 1 问题描述 由于对宿舍的床进行了改造，担心会对其核心部位造成破坏，于是萌发了分析该床的想法。原来床两边是由横梁支撑起来的，现在把一边的拆了，改由宿舍的衣柜支撑。图1为改造后的样子。 图1床的实物图 2 建立几何模型 2.1初步确定尺寸 经测量后其尺寸为2000*1000*500，对应为长宽高，单位为毫米。衣柜部分就由横板代替，因为接触部分就为一条直线，为了方便建模与分析，于是用一块板来代替。 2.2 SolidWorks建模 由于模型比较简单，即由简单的拉伸形成，具体过程就不细说了。下面直接给出其3d模型图。如图2所示。保存为x-t 文件。 图2 3 导入patran2010里进行分析 3.1用patran 建立一个新文件，并命名zhuhao,修改相关设置以确保导入后的模型的尺寸与在SolidWorks里面的一致，如图3所示,点击apply完成初步操作。图4 为导入后的样子。 图3 图4 3.2划分网格 点击Elements，利用mesh划分网格，相关参数及结果如图5所示。 图5 3.3定义载荷边界条件 点击Load/BCs按钮，建立边界条件及载荷。边界的约束条件命名为y，载荷命名为z.相关参数与结果如下图所示，其中约束端为底板的底面，因为我的体重大概为60千克，故施加压力大小为600N。 图6约束条件 图7载荷大小 图8 边界条件与施加的载荷 3.4定义材料关系 点击materials按钮，建立材料。默认该床的材料全为铁，其杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3，密度为7800千克每立方米。并命名为c。 图9材料的属性设置 3.5定义单元属性 点击properties按钮，定义其单元属性，并命名为pp.在选作用区域时选择整个实体。 图10定义单元属性 3.6 分析机分析结果 点击analysis按钮，全部为默认设置值，点击apply系统开始分析。计算完毕后重新依次设置Action=access result ,object=attach XDB,Method=Result Entities 提取分析结果。其分析结果如下图所示。 图11 应力分布云图 图12 位移分布云图 4施加pressure 当人躺在床上时，可看成是在床面上施加了一个pressure。其他的与上述过程一样，只是在施加边界条件与载荷时将force换成pressure即可如图13所示。 图13 4.1 下面直接给出施加pressure时的结果图。 图14 位移分布云图 图15 应力分布云图 从以上4个结果图可看出，当施加载荷为force时，应力最大在靠近该里的地方，位移也符合生活中的常识；当施加载荷为pressure时应力变化分布在整个床面上，床面靠中间位置时的位移最大。 为了改善以上情况，可考虑在床的前端加几块三角形的类似于横梁的板，另外在床头也加2块类似的板，在床面中间部位加一根横梁。如图16所示。 图16 5分析改进后的模型 过程基本一致，下面就分别给出施加force，pressure时的应力、位移分布图。 5.1施加force时应力、位移图如下图所示 图17 应力分布云图 图18 位移分布云图 5.2 施加的载荷为pressure时，应力、位移分布图如下图所示 图19 位移分布云图 图20 应力分布云图 6 结论 结合理论力学和材料力学的基本原理, 利用MSC.Patran 软件对该模型进行有限元分析是一种有效的手段。 根据有限元法静力分析结果，得知靠近坐下横板的位置应力最大，时间久了可能会导致磨损，于是我在该位置放了一本比较厚的杂志书，以缓解磨损。 最易变形的地方为施加载荷的地方与床面及床后面的横板，不过现实生活中几乎看不出变化，可予以忽略不计。 对比改进后的方案，可得看出在同一部位的应力变化变小了，同样，位移的情况也有所改善。说明一个机械结构的设计好坏会直接影响其寿