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1、word1 / 13有限元法有限元法课程实训任务书课程实训任务书学 院专 业学生某某班级、学号训练报告题目隧道的有限元分析技术参数、内容与要求：一、学习 CAE 软件 ANSYS,主要上机练习有： 1.平面连杆的静力学分析； 2.超静定桁架的有限元计算、温度应力的有限元计算和环的温度应力的有限元计算；3.平面梁结构的内力计算；4.空间梁的静力学分析； 5.压力容器的静力学分析；6.机翼模型的模态分析；7.压杆稳定临界载荷计算；8.过盈配合与拔销接触分析；9.轮子的静力学分析；有限元分析。二、通过调研，在工厂、企业或科研单位进展工程实践的根底上，或结合教师的科研课题，针对具体工程实例，应用 AN
2、SYS 软件进展有限元分析计算。也可参考材料力学、弹性力学或机械设计中的问题或习题，如有限元 ANSYS 上机练习指南附录中的题目进展分析计算：进度安排：一、学习 CAE 软件 ANSYS28 学时第 1 次上机4 学时：作有限元 ANSYS 上机练习指南中练习 1；第 2 次上机4 学时：作有限元 ANSYS 上机练习指南中练习 2；第 3 次上机4 学时：作有限元 ANSYS 上机练习指南中练习 3、4；第 4 次上机4 学时：作有限元 ANSYS 上机练习指南中练习 5、6、7；第 5 次上机4 学时：作有限元 ANSYS 上机练习指南中练习 8；第 6 次上机4 学时：作有限元 ANS
3、YS 上机练习指南中练习 9；第 7 次上机4 学时：作有限元 ANSYS 上机练习指南中练习 10。二、自拟题目上机。 第 8 次上机，4 学时注：该局部练习需要上机 4 学时，如果课内上机时间不够，学生可利用课后业余时间完成。课程实训说明书撰写不占用课内时间，由学生自行安排时间完成。指导教师签字： 2013 年 月日教研室主任签字 2013 年 月 日word2 / 13一、本人承诺：此任务书是本人独立完成，假如有违反愿意承受处一、本人承诺：此任务书是本人独立完成，假如有违反愿意承受处理。理。二、报告正文二、报告正文题 目：如下列图为一隧道断面，其内受均布水压力q，外受土壤均布压力 p；试
4、采用不同单元计算断面内的位移与应力，并分别分析 q=0 或 p=0 时的位移和应力分布情况。(材料为钢，隧道几何尺寸和压力大小自行确定)解：材料选用 A40 钢，其弹性模量为 216e9，泊松比为 0.26，安全因数取 2.0，令 q=300MN,p=320MN.此题为平面应变问题，压力载荷作用在内外平面上，采用平面应变单元模拟隧道。1、进入 ANSYS程序ANSYSConfigure ANSYS Products file Management input jobname:25Run2 2、定义材料特性1Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial
5、Models。2在材料特性定义窗口中选择：StructuralLinearElasticIsotropic。3在 EX 栏内输入 216e9弹性模量 。4在 NUXY 栏内输入 0.26泊送比 。5按下 OKOK 按钮完成操作并关闭对话框。 p q word3 / 133、定义单元类型与其选项1.Main Menu：Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete。2.按下 Add 按钮来打开添加单元类型对话框。3.从左侧列表中选择 Structural Solid。4.在右侧列表中选择 Quad 4-Noded 42。5.按下 OK 按钮完成操作.6.在 E
6、lement Types 窗口单击 Options 按钮，在 Element behavior 后选择Plane strain 按下 Ok 按钮，关闭 Element Types 窗口。4建立几何模型1MainMenu：Preprocessor-Modeling-Create-Areas-Circle-Partial Annulus2 、在 WP X 后输入 0，WP Y 后输入 0，Rad -1 后输入1，Theta-1 后输入 0，Rad -2后输入 2，Rad -2 后输入 90，按 ok 生成几何模型，SAVE-DB.word4 / 135 5、 划分四边形单元格1 、ANSYS Ma
7、in Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes Default Attribs TYPE select 1 PLIANE82 OK2 、Main Menu：PreprocessorMeshToolMesh Tool，按下Mesh Tool 窗口中的Global后的 Set 按钮，在 Global Element Sizes 窗口中，在SIZE后的编辑框中输入数值 0.08 作为单元边长，按下 OK 按钮，在下拉列表中选择 Areas，按下 Mesh 按钮，按下选择菜单上的 Pick All 按钮，关闭Mesh Tool对话框。6、施加载荷 1 ，应用
8、尾翼约束条件word5 / 13Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Lines。选择左侧竖直直线，在按下选择菜单上的 OK 按钮，选择 UX 项，在编辑框内输入 0作为位移值，按下 Apply 按钮；选择下侧直线，在按下选择菜单上的 OK 按钮，选择 UY 项，在编辑框内输入 0 作为位移值，按下 OK 按钮。2 、施加压力载荷Main Menu： SolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOnLines，选择内侧弧线，按下选择菜单中的 Apply 按钮，在Apply
9、 PRES on lines窗口的上面一行编辑框内输入 300000000，在Apply PRES on lines窗口的下面一行编辑框内输入300000000，按下对话框中的 Apply 按钮；选择内侧弧线，按下选择菜单中的 Apply 按钮，在Apply PRES on lines窗口的上面一行编辑框内输入 320000000，在Apply PRES on lines窗口的下面一行编辑框内输入 320000000，按下对话框中的 OK 按钮。word6 / 137、进展求解Main Menu：Solution-Solve-Current LS，上步操作后，屏幕上出现一个状态窗口，浏览窗口内
10、的信息，然后选择 File 菜单内的 Close 项关闭该窗口，按下 OK 按钮，开始求解。关闭求解完毕时出现的信息窗口。word7 / 138、观察结果1Main Menu：General Postproc Read ResultsFirst Set。1Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu2选择 DOF solution, Displacement vector sum在 Undisplaced shape key 后选择 Deformed shape with undeformed edge包括变形前和变形
11、后OKword8 / 138.3 绘制 von Mises 等效应力云图1Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu。2在弹出的对话框中，选择左侧列表框内的 Stress 项。3选择右侧列表框内的 von MisesSEQV项。4按 OK 按钮。word9 / 139、划分三角形单元格1单击 RESUM_DB。2 、ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes Default Attribs TYPE select 1 PLIANE82 OK2、Main
12、Menu：PreprocessorMeshToolMesh Tool，按下 Mesh Tool 窗口中的 Global 后的 Set 按钮，在 Global Element Sizes 窗口中，在 SIZE 后的编辑框中输入数值 0.08 作为单元边长，按下 OK 按钮，在下拉列表中选择Areas，在 shape 后选中 Tri，按下 Mesh 按钮，按下选择菜单上的 Pick All 按钮，关闭word10 / 13Mesh Tool 对话框。10、施加载荷 1 ，应用尾翼约束条件Main Menu：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacemen
13、tOn Lines。选择左侧竖直直线，在按下选择菜单上的 OK 按钮，选择 UX 项，在编辑框内输入 0 作为位移值，按下 Apply 按钮；选择下侧直线，在按下选择菜单上的 OK 按钮，选择 UY 项，在编辑框内输入 0 作为位移值，按下 OK 按钮。word11 / 132 、施加压力载荷Main Menu： SolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Lines，选择内侧弧线，按下选择菜单中的 Apply 按钮，在 Apply PRES on lines 窗口的上面一行编辑框内输入 300000000，在 Apply PRES on lin
14、es 窗口的下面一行编辑框内输入300000000，按下对话框中的 Apply 按钮；选择内侧弧线，按下选择菜单中的 Apply 按钮，在 Apply PRES on lines 窗口的上面一行编辑框内输入 320000000，在 Apply PRES on lines 窗口的下面一行编辑框内输入 320000000，按下对话框中的 OK 按钮。11、进展求解Main Menu：Solution-Solve-Current LS，上步操作后，屏幕上出现一个状态窗口，浏览窗口内的信息，然后选择 File 菜单内的 Close 项关闭该窗口，按下 OK 按钮，开始求解。关闭求解完毕时出现的信息窗口
15、。word12 / 1312、观察结果Main Menu：General Postproc Read ResultsFirst Set。1 Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu2 选择 DOF solution, Displacement vector sum在 Undisplaced shape key 后选择Deformed shape with undeformed edge包括变形前和变形后OK12.3 绘制 von Mises 等效应力云图1 Main Menu：General PostprocPlo
16、t ResultsContour PlotNodal Solu。2 在弹出的对话框中，选择左侧列表框内的 Stress 项。3 选择右侧列表框内的 von MisesSEQV项。4 按 OK 按钮。word13 / 1313、分析结果1 、分别比照采用两种不同单元得到的位移云图，观察不同。 当采用四边形单元时，单元上最小位移和最大位移分别为 0.00107m、0.001907m：当采用三角形单元时，单元上单元上最小位移和最大位移分别为 0.001069m、0.001907m，知两种情况下单元上各处位移几乎差没有别，且位移云图分布也大致一样。2 、分别比照采用两种不同单元得到的等效应力云图，观察
17、不同。 当采用四边形单元时，单元上最小应力和最大应力分别为 157MPa、164MPa：当采用三角形单元时，单元上单元上最小应力和最大应力分别为 157MPa、163MPa，知两种情况下单元上各处应力差异不大，应力云图分布有微量差异。3 、校核隧道的材料强度 隧道的材料为 40 号钢，其屈服强度为 335MPa，安全因数为 2.0，如此可得在上述载荷作用的情况下材料所受最大应力为 164MPa 小于其许用应力 335/2.0MPa=167.5MPa，即在上述载荷作用的情况下材料得强度满足要求没有发生破坏。参考文献参考文献机械设计课程设计 李育锡 主编 高等教育材料力学 I 第 5 版 X 鸿文 主编 高等教育结构分析中的有限元法与其应用 颜云辉 谢里阳 韩清凯 主编 东北大学参数：A45 钢屈服强度为 335MPa，数据查自机械设计课程设计李育锡 主编 表 13-6；弹性模量 E=216GPa、泊松比 u=0.240.28，数据查自材料力学第 5 版 X 鸿文 主编 表 2-2；安全系数 ns=1.22.5，数据查自材料力学第 5 版 X 鸿文 主编 第 32页；
