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: dam2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK3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:, PRXY:→ OK5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),4,5)→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),4,5) →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) →OK9 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：PLANE82ANSYS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＝。
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 CS1(0,0,0), 2,0,0), 3,0,0), 4,,0), 5,,0),6,,0),7(0,,0),8(0,,0),9,,0),10,,0),11,,0),12,,0),13,,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、图2 平板划分网格图3 施加载荷并求解1)．定义约束由已知得，需要固定（Fix）板左边线，即需要约束线上节点所有自由度（All DOFs），其操作如下：GUI：Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines 弹出Apply U，ROT on Lines 对话框。
选择板左侧边线，在Lab2 栏选All DOF。
单击Apply按钮。
2)．施加载荷在板右侧边施加均布载荷，载荷大小为20/20＝1Mpa，施加载荷操作如下：GUI：Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Lines弹出Apply PRES on Lines 对话框，键入载荷值-1（由于载荷方向离开板，为拉力所以为负值，反之为正），单击OK按钮。