实验一 坝体的有限元建模及应力应变分析
一、实验目的：
1、掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及各种载荷施加方法。 2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。 3、能利用ANSYS软件对结构进行有限元分析。 二、实验设备：
微机，ANSYS软件。 三、实验内容：
计算分析模型如图所示，分析坝体的应力、应变。 四、实验步骤： 1 进入ANSYS
程序 →ANSYS →change the working directory into yours →input Initial jobname: dam 2设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 3选择单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Quad 4node 42 →OK (back to Element Types window) → Options… →select K3: Plane Strain →OK→Close (the Element Type window) 4定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.1e11, PRXY:0.3 → OK 5生成几何模型 ? 生成特征点
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入四个点的坐标：input:1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) →OK ? 生成坝体截面
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →Through KPS →依次连接四个特征点，1(0,0),2(1,0),3(1,5),4(0.45,5) →OK 生成坝体截面如图一
图一
6 网格划分
ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→(Size Controls) lines: Set →依次拾取两
条横边:OK→input NDIV: 15 →Apply→依次拾取两条纵边:OK →input NDIV: 40 →OK →(back to the mesh tool window)Mesh: Areas, Shape: Quad, Mapped →Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close( the Mesh Tool window)
图二
7 模型施加约束
? 分别给下底边和竖直的纵边施加x和y方向的约束
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On lines →pick the lines →OK →select Lab2:UX, UY → OK ? 给斜边施加x方向的分布载荷
ANSYS 命令菜单栏: Parameters →Functions →Define/Edit →1) 在下方的下拉列表框内选择x ,作为设置的变量；2) 在Result窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：1000*{X}； 3) File>Save(文件扩展名：func) →返回：Parameters →Functions →Read from file：将需要的.func文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取斜边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷参数名→OK
图三
8 分析计算
ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK 9 结果显示 （1）变形情况
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window)如图四;
图四
（2）位移情况
General Postproc →Plot Results→Contour Plot →Nodal Solu… →select: DOF solution, UX,UY, Def + Undeformed , 如图五、六、七所示
图五 X方向位移图 图六 Y方向位移图 图七 总的位移图
（3）压力结果图
General Postproc →Plot Results→Contour Plot →Nodal Solu→Stress ,SX,SY,SZ, Def + Undeformed→OK 如图八、九、十所示：
图八 X方向应力图 图九Y方向应力图 图十 Z方向的应力图
10 结果分析
由以上实验的变形和位移的云图可知，坝体最上边的变形量最明显，最大，主要是因为最上边所受载荷最大，故最大位移量发生在坝体的顶部。由应力云图可知，X轴最大应力发生在坝体最上边的最右边，而Y轴最大应力发生在坝底的两个拐角处： Z轴方向所受应力与X轴方向相同，故应加固坝底拐角和坝顶最外拐角的强度，从而能提高坝体的强度。
实验二 平板孔的有限元建模及应力应变分析
如图所示，使用ANSYS分析平面带孔平板，分析在均布载荷作用下板内的应力分布。 已知条件：F＝20N/mm，L＝200mm，b＝100mm，圆孔半径r＝20，圆心坐标为（100， 50），E＝200Gpa。板的左端固定。
图1-2 带孔平板模型
1．问题描述
实例类型：ANSYS结构分析。 分析类型：线性静力分析。 单元类型：PLANE82
ANSYS功能示例：实体建模包括基本的建模操作，布尔运算和网格细化；施加均布载荷；显示变形后形状和应力等值线图、单元信息列表；基本的结果验证技巧。
ANSYS帮助文件：在ANSYS Structural Analysis Guide了解Structural Static Analysis 分析知识，在ANSYS
Elements Reference部分了解Plane82单元的详细资料。 2．建立有限元模型
1)．建立工作目录并添加标题
以Interactive 方式进入ANSYS，File菜单中设置工作文件名为Plane、标题为plane。 2)．定义材料属性 其操作如下：
GUI：PreProcessor > Material Props > Material models > Structural > Linear > Elastic >Isotropic 在弹出对话框中键入EX=200000（单位Mpa），PRXY＝0.3。 3）定义单元实常数 操作如下：选择单元
对于任何分析，必须在单元类型库中选择一种或者多种合适的单元类型。单元类型决定了附加的自由度（位移，转角、温度等）。许多单元还需要设置一些单元选项，比如单元特性和假设。单元结果的打印输出选项等，对于本问题选择Plane82单元。选择单元得操作如下：
GUI：PreProcessor Menu > Element Type > Add/Edit/Delete 选择Plane82，单击OK按钮。
GUI：PreProcessor Menu > Element Type > Add/Edit/Delete > Options 在K3项后面下拉菜单中选“Plane strs w/thk“。 单元厚度为20mm，定义单元厚度操作如下：
GUI：PreProcessor Menu > Real Constants > Add/Edit/Delete > Add 在弹出的对话框中THK后文本框中键入材料厚度值20。 4)．创建实体模型 （1）创建关键点 其操作如下：
GUI：PreProcessor > Modeling > Create > keypiont > in active CS 1(0,0,0), 2(0.1,0,0), 3(0.2,0,0), 4(0.2,0.05,0), 5(0.2,0.1,0),
6(0.1,0.1,0),7(0,0.1,0),8(0,0.05,0),9(0.08,0.05,0),10(0.1,0.03,0),11(0.12,0.05,0),12(0.1,0.07,0),13(0.1,0.05,0) (2) 创建线 其操作如下：
GUI：PreProcessor > Modeling > Create >lines>lines>straight line; (3) 创建面
其操作如下：
GUI：PreProcessor > Modeling > Create >Aeras>Arbitary>by lines
（4）下面通过布尔“粘”操作生成圆孔，其操作如下： GUI：Processor > Modeling > Operate > Booleans > glue > Areas
单击pickall,单击OK按钮，布尔操作完毕之后，实体模型为带孔平板。如图所示
图1 平板模型
5)．划分网格
如图1可知将平板均分为四块，每一块分网相同，所以选择小块长边输入NDIV值40，短边为10，与圆弧相连长边NDIV值为8，短边为5，且圆弧上值设为5，同理，另外三块相同区域设置相同NDIV值，划分网格结果如图所示，
其操作如下：
GUI：PreProcessor > Meshing >mesh tool >map>mesh>pick all 如图2