现代设计方法之有限元上机作业(分析报告).docx

《现代设计方法》有限元部分上机作业（2017）分析报告题目：59号姓名：粟 东班级：2014学号现代设计方法》有限元部分上机作业分析报告1．上机题目矩形板尺寸如下图1，板厚为5mm。材料弹性模量为，泊松比。其中向下均布载荷p=5N/mm，作用于ab边，a b点简支，分析其位移、应力分布的情况。图1 计算简图（2）如下图，讨论板上开孔、切槽等对于应力分布的影响。（载荷约束组合不变，仍同（1）中所选）图2 开孔/切槽示例我选了以下三种情况进行讨论：第一种是只在（80,0）处加一个半径为10mm的圆孔第二种是，在x坐标（240,250），y坐标（40，50）、（-40，-50）处开方槽（10x10mm）第三种是在（80,0）处加一个半径为10mm的圆孔，在x坐标（240,250），y坐标（40，50）、（-40，-50）处开方槽（10x10mm）2．模型建立2.1 单元选择选择solid单元大类的Quad 4node 42单元，选择有厚度的平面应力，其厚度为5mm。2.2 模型建立及网格划分进入ANSYS前处理，设置完单元类型、时常数和材料属性完成后，在Modeling模块中建立分析模型，然后借助Meshing模块划分网格，再用Solution模块定义边界条件并求解。2.3 载荷及约束处理因为本次题目我设计了四种情况但约束都为ab点简支，受力都为均布载荷分布于ab边上因此这点的处理十分简单（每次施加都是一样的），就是要注意在开完槽后加的载荷是不包括槽的内边界。3．计算分析及结果处理3.1 按照题目的要求以及自定的要求求得单元的位移分布及其分析下面四张图给出了四种结构在同种边界条件（ab点简支，且ab边受到5N/mm的均布载荷）下的位移云图结构一位移图结构二位移图结构三位移图结构四位移图四种结构的位移对比表见表一，由位移对比表可知，在开孔和开槽后的最大位移加大了，这说明板单元在开孔及槽后最大变形量会变大，但由位移云图可以看出开孔及槽对位移变化的分布没有很明显的差别，最大的地方依旧是板的中间，因其受到均布载荷且ab点简支，当然中间位置变形量最大。而且开槽后的最大位移量比开孔后要大，因为槽是开在载荷施加的边上会对板单元产生的位移变化影响要大。表1 位移对比ab点简支结构一最大位移μm138.16结构二最大位移（直径20mm的圆孔）μm142.23结构三最大位移（两个方形槽）μm172.56结构四最大位移（直径20mm的圆孔加两个方形槽）μm174.33.2应力分布及其分析下面四张图给出了四种结构在同种边界条件（ab点简支、ab边受5N/mm向下的均布载荷）下的等效应力云图结构一应力图结构二应力图结构三应力图结构四应力图结构一、结构二、结构三、结构四在ab点简支的条件下的最大等效应力对比见表2。在载荷和约束不变的情况下，由于在位移约束处存在应力集中，因此两简支点对板的最大等效应力影响很大。其最大应力就在两简支点处（因其被约束不会发生变形则位移小应力大）而其他地方的应力都比较小而且没有应力集中，这说明在实际工程中要保证简支点的强度保证板单元不会失效。还有对比几种结构可以看出开孔后会使最大应力减小一半左右，这说明开孔可以减小最大应力，而边界开槽对最大应力没有改变反而会加大。表2 应力对比ab点简支结构一最大等效应力 MPa459.244结构二最大等效应力（直径20mm的圆孔） MPa211.618结构三最大等效应力（两个个方形槽） MPa453.404结构四最大等效应力（直径为20mm的圆孔加两个方形槽） MPa494.9064．心得体会本次进行有限元分析操作，利用ANSYS软件对最简单的平面四节点板单元进行了在已知约束条件及外加载荷的作用下，板单元各部分的位移变化图及应力变化图，这既让我加深了对有限元分析的基本步骤也让我掌握了ANSYS这样一门强大的分析软件（虽然我们做的只是最为简单的有限元分析），不过有的事情一旦有了开始以后就会慢慢学到更加高级的操作毕竟熟能生巧自己做了才能体会到这其中的奥秘所在，其次是对单元分析的一些领悟，如果开的槽或者孔相对于整个板单元是比较小的那么对它的位移变化以及应力変化是比较小的主要是在应力集中的地方会比较大其余地方的变化与之前的板单元无大的差别，这样就可以在工程实践中明白该如何去进行减少应力集中怎样布局才更加的经济又可以完美实现其使用性能不会失效，现在中国正朝着机械强国的路上慢慢前行，而推动这一过程的就是向我们这样的当代大学生，因此要用实际行动去展现自己而不是光学课本上的知识，要懂得运用知识解决实际问题哪怕这只是一个很简单的实际问题，都会让我们明白这个过程中的艰辛体会到一件机械制造产品的加工是需要大量的工作才能完成的，搞工程的人必须以自己的实际行动来设计好最优秀的产品而不是满口