I, J
y y x j i
自由度 （Degrees of Freedom） UX, UY, ROTZ
•
实常数（Real Constants） AREA, IZZ, HEIGHT, SHEARZ, ISTRN, ADDMAS
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
-5-
有限元分析基础-上机课
•
单元选项
KEYOPT(6) 0 -不输出向力和弯矩
- 20 -
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
5 演示
有限元分析基础-上机课
• •
采用beam3、beam4、beam44单元计算。 比较结果
挠度 E = 196 * 109 q = 10000 L = 3;
v= qL
4
理论解： 面积、惯性矩 h = 0.18 b = 0.09 Area = bh = 0.0162
•
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
- 35 -
有限元分析基础-上机课
2 刚性连接：[Preprocessor]>[Couple/Ceqn]>[Rigid Region] 分别选取要连接的主、从结点，耦合所有自由度。
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- 36 -
作业
有限元分析基础-上机课
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
q=10kN/m
180mm
3m
90mm 汽车工程系 结构分析与CAE研究室 -2-
有限元分析基础-上机课
1. ANSYS 中的梁单元 2. Beam3 - 平面弹性梁单元 3. Beam4 - 三维弹性梁 4. Beam44 - 三维非对称梁 5. 演示：采用各种梁单元求解悬臂梁的变形
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汽车工程系 结构分析与CAE研究室
- 27 -
有限元分析基础-上机课
•
压力载荷
face 1 (I-J-K-L) (底面, +Z 方向) face 2 (I-J-K-L) (顶面, -Z 方向) face 3 (J-I), face 4 (K-J), face 5 (L-K), face 6 (I-L)
有限元分析基础-上机课
•
弹性单元
Shell63 Shell93
•
塑性、层合、剪切板及膜单元等
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- 25 -
2 Shell63 - 4结点壳单元
有限元分析基础-上机课
• •
结点（Nodes）
I, J, K, L
自由度 （Degrees of Freedom） UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ 实常数（Real Constants） TK(I), TK(J), TK(K), TK(L) （各向同性板） *若厚度相等，只需给出TK(I)
•
Surface Loads
Pressures -face 1 (I-J) (-Z，法向), face 2 (I-J) (-Y，法向), face 3 (I-J) (+X，切向), face 4 (I) (+X，轴向), face 5 (J) (-X，轴向)
汽车工程系 结构分析与CAE研究室 - 13 -
- 15 -
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4 Beam44-三维非对称梁
有限元分析基础-上机课
•
Nodes：I, J, K (optional)
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- 16 -
有限元分析基础-上机课
• •
可用于模拟非对称梁 无需定义实常数，可直接定义截面。
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Iz = b *h
3
应力
M= 1 2 M h Iz 2 q * L2
s =
8 EIz
= 9.259 * 107
12 = 0.4374 * 10- 4 b3 h 12 = 0.10935 * 10- 4
= 0.01181
Iy =
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- 21 -
《有限元分析基础》-上机课
- 11 -
有限元分析基础-上机课
•
单元选项
KEYOPT(6) 0 -不输出轴向力和弯矩
1 -在单元坐标系输出轴向力和弯矩
KEYOPT(9)：控制端点ij间附加点的输出 N -输出N个中间点的结果(N = 0, 1, 3, 5, 7, 9)
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- 12 -
有限元分析基础-上机课
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
- 28 -
有限元分析基础-上机课
•
应力输出
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- 29 -
3 Shell93 - 8结点壳单元
有限元分析基础-上机课
•
结点（Nodes） I, J, K, L, M, N, O, P
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- 30 -
4 演示
- 37 -
作业
有限元分析基础-上机课
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- 38 -
-9-
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3 Beam4-三维弹性梁
有限元分析基础-上机课
• • •
Nodes
I, J, K (optional)
两个结点情况，则由θ确定 梁截面方向. 如果给出第3个结点K,则 ijk确定单元的xz平面.
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- 10 -
有限元分析基础-上机课
汽车工程系 结构分析与CAE研究室 - 18 -
有限元分析基础-上机课
•
应力输出
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- 19 -
有限元分析基础-上机课
SDI R SBYT SBYB SBZT SBZB SMAX SMIN
轴向应力 +Y 侧弯曲应力 -Y 侧弯曲应力 +Z 侧弯曲应力 -Z 侧弯曲应力 最大应力 (轴向应力 + 弯曲应力) 最小应力 (轴向应力- 弯曲应力)
400N
2m 2m
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- 23 -
有限元分析基础-上机课
1. ANSYS 中的壳单元 2. Shell63- 4结点壳单元 3. Shell93- 8结点壳单元 4. 演示-求解薄板挠度并与对比分析
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
- 24 -
1 ANSYS 中的壳单元
•
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
- 26 -
有限元分析基础-上机课
•
单元选项 KEYOPT(1) 0 -Bending and membrane stiffness（弯曲和膜刚度）
1 -Membrane stiffness only（仅具有膜刚度）
2 -Bending stiffness only（仅具有弯曲刚度）
•
Degrees of Freedom UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ Real Constants AREA, IZZ, IYY, TKZ, TKY, THETA, ISTRN, IXX, SHEARZ, SHEARY, SPIN, ADDMAS
•
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- 17 -
有限元分析基础-上机课
• •
Degrees of Freedom UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ Real Constants（可通过定义截面形状得到） 1-24 (basic set) AREA1, IZ1, IY1, TKZB1, TKYB1, IX1, AREA2, IZ2, IY2, TKZB2, TKYB2, IX2, DX1, DY1, DZ1, DX2, DY2, DZ2, SHEARZ, SHEARY, TKZT1, TKYT1, TKZT2, TKYT2 25-30 (for shear and torsional stresses): ARESZ1, ARESY1, ARESZ2, ARESY2, TSF1, TSF2 31-36 (for shear offset and elastic foundation): DSCZ1, DSCY1, DSCZ2, DSCY2, EFSZ, EFSY
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
- 33 -
有限元分析基础-上机课
•
合并结点 不同的面划分网格之后需合并结点。
将两个结点合并为一 个结点
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
- 34 -
有限元分析基础-上机课
部件连接 不同部件之间采用以下连接方式。
1 耦合自由度：[Preprocessor]>[Couple/Ceqn]>[Couple DOFs] 选取要连接的两个结点，耦合所有自由度。
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
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有限元分析基础-上机课
•
应力输出
汽车工程系 结构分析与CAE研究室
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有限元分析基础-上机课
SDIR SBYT SBYB SMAX SMIN
轴向应力 +Y 侧弯曲应力 -Y 侧弯曲应力 最大应力 (轴向应力 + 弯曲应力) 最小应力 (轴向应力- 弯曲应力)
《有限元分析基础》-上机课
第2讲 梁单元与壳单元
• •
Project 1: 悬臂梁变形分析 Project 2: 薄板挠度分析
2008.12.12 清华大学 汽车工程系 结构分析与CAE研究室
Project 1：悬臂梁变形分析
有限元分析基础-上机课
悬臂梁左端固支，受均布载荷q=10kN/m作用，求梁左端截 面的轴向正应力和梁右端的挠度并与梁理论解对比。 已知： L=3m, E=196GPa