有限元课程设计目录0.前言 (3)1.问题阐述 (4)2.有限元分析 (5)2.1.梁的参数设定 (5)2.2.材料参数 (5)2.3.单元选择 (5)2.4.梁的边界条件 (6)2.5.梁所受的载荷 (6)2.6.ANSYS软件应用说明 (6)3.交互式的求解过程 (7)3.1创建梁的各个节点 (7)3.2定义单元类型、材料特性和梁的横截面几何参数 (10)3.3创建单元 (12)4.施加约束和载荷 (13)4.1节点自由度约束 (13)4.2施加节点13处的弯矩m。

(14)4.3施加单元1到单元12上的的分布载荷q。

(15)5.求解 (15)5.1定义分析类型 (15)5.2求解 (15)6.后处理 (16)6.1绘制梁的Y方向变形图 (16)6.2建立单元结果表 (17)6.3结果显示 (19)退出程序 (21)心得体会 (22)参考文献 (22)0.前言目前，几乎所有高校的力学、土木、机械、航空、航天、船舶、水利、交通、桥梁等理工科专业，都为高年级本科生开设了《有限元方法》基础课程，为研究生开设了《非线性有限元方法》学位课程。

学生在学习完有限元课程之后，还必须熟练掌握相关有限元软件的使用，才能将有限元基本理论有效地应用到实际工程问题分析中去。

为此，部分有条件的高校也开设了有限元软件应用课程（课程名称可能会因学校及专业的不同而有所差异，但都是以讲解有限元软件ANSYS或其他软件为主）。

哈尔滨工业大学航天学院工程力学专业20世纪90年代末即开设了该类课程《应用软件工程--ANSYS》，作者从2003年开始接手讲授该门课程。

虽然市面上的ANSYS书籍很多，但却难以找出一本非常适合做教材的书籍，因此作者参考多本书籍自主编写了校内讲稿。

经过6年多的试用，目前已基本成型，现将多年的校内讲稿和心得体会完善成书，以期与开设该类课程的兄弟院校分享、共勉，同时也供从事相关科研与工程项目的人员参考阅读。

ANSYS软件是目前国际上最著名的大型通用有限元分析软件，经过三十年的发展，已形成融结构、热、流体、电磁、声学及多物理场耦合为一体的大型通用有限元分析软件，广泛应用于航空航天、石油、化工、汽车、造船、铁道、电子、机械制造、地矿能源、水利、核能、生物、医学、土木工程、轻工、一般工业及科学研究等各个领域，其极强的分析功能覆盖了几乎所有的工程问题。

作为世界最具权威的有限元产品和工业化分析标准，目前几乎所有的CAD/CAE/CAM软件都竞相开发了与ANSYS的专用接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer、NASTRAN、Alogor、I-DEAS及AutoCAD等。

ANSYS软件在Linux 和Windows下均有版本，并同时有32位和64位版本，目前最新的版本为12.0。

本书以ANSYS 12.0版本为依据，以Windows NT为操作平台，将结构有限元分析的基本理论与ANSYS实践操作紧密结合，通过大量精心筛选的具有实际工程应用背景的原创性分析实例，以图形用户界面和命令流两种方式向读者全面介绍了ANSYS结构有限元分析方法。

1.问题阐述=3kN·m列出剪力外伸梁上均布载荷的集中度为q=3kN/m，集中力偶矩Me方程和弯矩方程，并绘制剪力图。

长度 l=8m；宽度 b= 2m；厚度 h=0.5m 弹性模量=2.06e11 材料力学Ι（刘鸿文第四版） P121用材料力学计算所得剪力和弯矩图如下：图2-1 剪力图图2-2 弯矩图2.有限元分析2.1.梁的参数设定长度 l=8m；宽度 b= 2m；厚度 h=0.5m2.2.材料参数材料特性应理想条件，即：满足完全弹性假定，连续性假定，均匀性假定，各向同性假定的理想弹性体。

所以，选择弹性模量为2.06e11泊松比选择 u=0.22.3.单元选择由于梁只受均布载荷和弯矩，所以我们择2维的单元。

BEAM3单元，运用于 2维问题，具有拉，压，弯特性，在每个节点上有3个自由度X,Y方向位移以及绕z轴的旋转。

选择BEAM单元家族中的2D elastic3类型。

即为二维梁单元。

根据梁的几何参数，所以参数定义为：AREA=1，IZZ=0.020833,HEIGHT=0.5。

2.4.梁的边界条件在节点A处梁受X,Y两个方向的约束；节点B受只受Y方向的约束。

2.5.梁所受的载荷CD之间作用着均布载荷q=3kN/m，在节点D处作用着集中力偶Me=3kN·m，方向为顺时针方向，所以为负值。

2.6.ANSYS软件应用说明由以上分析可知，在X＝2ｍ处，有一个X和Y方向的约束，在0到6ｍ的梁上作用着大小为3KN/m均布载荷，而x=6m处还作用着一个力偶Me=3kN·m. X=8m处有一个固定端，只限制Y方向上位移。

集中力载荷的作用点一般分布在载荷强度的突变点，分布载荷与自由边界的分界点，支承点等都应该取为节点。

所以将X=0,X=2,X=6,X=8设置为节点，节点均布，将梁划分为16个单元，17个节点。

3.交互式的求解过程3.1创建梁的各个节点1．给梁的各参数赋值: Utility Menu：Parameters→Scalar Parameters界面，在Selection下输入梁高H=0.5按下Accept；输入梁宽B=2→Accept；梁长L=8→Accept；计算梁的横截面积AREA=B*H→Accept；计算梁的截面惯性矩IZZ=B*H*H*H/12→Accept；然后定义载荷：弯矩M=-3000→Accept；均布载荷Q=3000→Accept；→Close.2. Main Menu：Preprocessor→Modeling →Create→Node→In Active CS。

3. 在创建节点窗口内，在NODE后的编辑框内输入节点号1，并在X，Y，Z后的编辑框内输入0，0，0作为节点1的坐标值。

4. 按下该窗口内的Apply按钮。

5. 输入节点号17，并在X，Y，Z后的编辑框内输入L，0，0作为节点17的坐值。

6. 按下OK按钮。

7. Main Menu：Preprocessor→-Modeling-Create→Node→Fill between Nds。

8. 在图形窗口内，用鼠标选择节点1和17。

9. 按下Fill between Nds窗口内的Apply按钮。

10. 按下OK按钮，完成在节点1到节点17之间节点的填充。

2. 显示各个节点1．Utility Menu：Plotctrls→Numberings2．将Node numbers项设置为On。

3．Utility Menu：Plot→Nodes4．Utility Menu：List→Nodes5．对出现的窗口不做任何操作，按下OK按钮。

6．浏览节点信息后，关闭该信息窗口。

3.2定义单元类型、材料特性和梁的横截面几何参数1. 定义单元类型1．Main Menu：Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete2．按下Element Type窗口内的Add按钮。

3．在单元类型库中，选择左侧列表中的BEAM单元家族，及右侧列表中2D elastic3类型。

4．按下OK按钮完成选择。

5．按下Close按钮关闭Element Type窗口。

2. 定义材料特性1．Main Menu：Preprocessor→MaterialProps→Material Models。

2．在材料定义窗口内选择：Structural→Linear→Elastic→Isotropic。

3．在EX后的文本框内输入数值2.06e11作为弹性模量。

4．按下OK按钮完成定义。

3. 定义梁的横截面几何参数1．Main Menu：Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete。

2．按下Real Constants窗口内的Add按钮。

3．按下Real Constants for ElementType窗口内的OK按钮。

4．依次输入1,AREA,IZZ,H。

5．按下OK按钮完成定义。

6．按下Real Constants窗口内的Close按钮。

3.3创建单元1. 创建单元1．Main Menu：Preprocessor→Create→Elements→Auto-Numbered→ThruNodes。

2．在图形窗口内，用鼠标点选节点1和2。

3．按下按下OK按钮完成单元1的定义。

4．Main Menu：Preprocessor→Modeling→Copy→Elements→Auto-Numbered。

用光标选择单元1，然后点Apply。

5．在ITIME后的编辑框内输入16（包括被复制的单元1）作为要复制的单元总数。

6．按下OK按钮完成单元2到单元16的定义。

2. 显示单元信息1. Utility Menu：PlotCtrls→Numberings2. 在第一个下拉列表中，选择Elementsnumbers选项。

3. Utility Menu：Plot→Elements4. Utility Menu：List→Elements→Nodes+Attributes5. 浏览单元信息后，关闭该窗口。

4.施加约束和载荷4.1节点自由度约束1．Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→ On nodes。

2．用鼠标在图形窗口内选择节点5。

3．按下选择窗口内的Apply按钮。

4．选择自由度UX和UY，并在VALUE后为其输入数值0。

5．按下Apply按钮。

6．用鼠标在图形窗口内选择节点17。

7．按下选择窗口内的Apply按钮。

8．选择自由度UY，并在VALUE后为其输入数值0。

9．按下OK按钮。

4.2 施加节点13处的弯矩m。

1．Main Menu：Solution→Define Loads→ Apply→Structural→Force/Moment→ On nodes。

2．用鼠标在图形窗口内选择节点13。

3．按下选择窗口内的Apply按钮。

4．在第一个下拉列表中选择MZ，并在下面的文本框内输入其值M（逆时针为正方向）。

5．按下OK按钮。

4.3 施加单元1到单元12上的的分布载荷q。

1．Main Menu：Solution→Define Loads→Apply→Structural→Pressure →On Beams。

2．用鼠标在图形窗口内选择单元1到单元12。

3．按下选择窗口内的Apply按钮。

4．在LKEY后的文本框内输入数值1。

5．在VALI和VALJ后的编辑框内分别输入Q，6．按下OK按钮。

5.求解5.1定义分析类型1．Main Menu：Solution→AnslysisType→ New Analysis。