一、设计大纲概述1、设计目的（1）熟悉有限元分析的基本原理和基本方法；（2）掌握有限元软件ANSYS的基本操作；（3）对有限元分析结果进行正确评价。
2、设计原理利用ANSYS进行有限元静力学分析。
3、设计仪器设备1）安装windows 2000以上版本的微机；2）ANSYS 8.0以上版本软件。
4、实验内容与步骤1）熟悉ANSYS的界面和分析步骤；2）掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；3）掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；4）实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。
二、题目：如图试样期尺寸为100mm*5mm*5mm,下端固定，上端受拉力10000N作用。
已知该试样材料的应力-应变曲线如图所示。
计算试样的位移分布。
三、分析步骤：分析：从应力-应变关系可以看出该材料的屈服极限是225MPa 左右，弹性部分曲线的斜率为常数75GPa。
之后材料进入塑性变形阶段，应力-应变关系为非线性的。
估计本题应力10000/（0.05*.005）=400MPa,因此材料屈服进入塑性，必须考虑材料非线性影响。
（1）建立关键点。
单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS，建立两个关键点（0，0，0）和（0，100，0）。
（2）建立直线。
单击菜单Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StaightLine,在关键点1、2之间建立直线。
（3）定义单元类型。
单击菜单Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,定义单元Structural>Link>2D spar1(LINK1)（4）定义单元常数。
单击菜单Main Menu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,在弹出的Real Constants for LINK1对话框中，输入如下的单元几何参数：截面面积AREA=25 出始应变=0（5）定义材料属性。
1）单击菜单Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels>Structural>Linear>Elastic>Isotropic,在弹出的对话框中，输入如下的材料属性：杨氏模量EX=73e3 泊松比PRXY=.32）单击菜单Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels>Structural>Nonlinear>Elastic>Mutilinear Elastic,弹出如图所示的对话框。
在STRAIN和STRESS域输入如表所示的两组数据。
其表中的数据是从如图所示的应力-应变关系中得来，中间点采用了线性插值的计算方法。
输入第一对数据后，单击[Add Point]按钮，可以输入第二对数据。
曲线点Strain Stress1 0 02 0.01 753 0.002 1504 0.003 2255 0.004 2406 0.005 2507 0.025 3008 0.06 3559 0.1 39010 0.15 42011 0.2 43512 0.25 44913 0.275 4503）数据输入完毕，在Mutilinear Elastic for Material Number 1对话框中单击Graph按钮，得到如图所示的应力-应变图形，这个图形应该和本例开始给出的应力-应变曲线符合。
单击[OK]按钮确定输入数据。
4）单击菜单Utility Menu>Plot>Replot,重新绘制问题的几何模型。
（6）定义单元尺寸。
单击菜单Main Menu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>All Lines,指定单元边长5。
（7）划分网络。
单击菜单Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines,在弹出的对话框中单击[Pick All]按钮。
（8）定义分析类型。
单击菜单Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,选择Static选项。
（9）设置解选项。
单击菜单Main Menu>Solution>Analysis Type>Sol’n Control,弹出如图所示对话框。
按照图中所示在Basic标签页下做如下的设置：●在Analysis Options域选择Large Displacement Static选项。
这样ANSYS将考虑到大变形的效应。
●在Time Control域的Automatic time stepping列表选择On。
Automatic time stepping将运行ANSYS自动决定将载荷步划分成合适数目的子步。
激活Automatic time stepping选项同时也将降火二分法确保收敛功能。
●在Time Control域的Number of substeps文本框输入子步数目20。
这样ANSYS计算的第一个子步载荷将是总载荷的1/20。
因为现在将Automatic time stepping激活，所以剩余的子步步长将由ANSYS根据前一个子步的计算结果自动调整。
●在Time Control域的Max no of substeps文本框输入最大子步数目1000。
如果经过1000个子步迭代，仍然得不到收敛的解，ANSYS将停止继续求解。
●在Time Control域的Min no of substeps文本框输入最小子步数目1。
●在Write Items to Results File域中选择All solutions items选项，在Frequncy列表中选择Write Every Substep选项，这样可以保存每个子步的计算结果，便于作出系统的时间响应曲线。
切换到Nonlinear标签页，如图所示，做以下设置。
●在Nonlinear Options域的Line search列表中选择On选项。
线性搜索可以加速牛顿-拉普森（NR）平衡迭代的收敛。
●在Equilibrium iterations域的Maximum number ofiterations文本框中输入最大迭代数1000。
（10）施加位移约束。
单击菜单Main Menu>Solution>Define Loads> Apply>Structural>Displacement>On Keypoints固定关键点1。
（11）施加载荷。
Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Keypoints，在关键点2施加集中力载荷FY=1000N。
（12）求解。
单击菜单Main Menu>Solution>Solve>Current LS，图形窗口将显示非线性分析求解的收敛过程。
（13）显示单元的三维视图。
单击菜单Utility Menu>PlotCtrls>Srylr>Size and Shape，弹出如图所示对话框。
选择Display of element复选框，得到单元的三维视图如图所示。
（14）绘制位移分布图。
单击菜单Main Menu>General Postproc>Plot Results>CoutourPlot>Nodal Solution，在弹出的对话框中选择DOFsolution>UY，得到如图所示的位移分布图。
（15）查看位移随时间的变化。
1）定义变量。
①单击菜单Main Menu>TimeHist Postproc，弹出如图所示对话框。
②单击左上角的【+】添加变量按钮，弹出如图所示对话框。
选择Nodal Solution>DOF Solution>Y-Component of displacement，单击【OK】按钮。
弹出Node for Data窗口，选择式样顶端的节点，单击【OK】按钮。
③添加另一个变量。
单击左上角的【+】添加变量按钮，这次选择Reaction Forces>Structural Forces> Y-Component of Force。
拾取试样底端的节点，单击【OK】按钮。
④在Time History V ariable 窗口，单击FY-3行、X-Axis 列的单选按钮，将反力FY-3作为X轴变量，如图所示。
2）查看位移随时间变化。
①在Time History V ariable 窗口单击UY_3行，再单击绘图按钮【^】，得到如图所示的位移UY随反力FY变化关系。
②修改X轴和Y轴标签。
单击菜单Utility Menu>PlorCtrls>Style>Graphs>ModifyAxes，重新设定X轴和Y轴标签为LOAD和DEFLECTION。
从图中可以看出，当反力小（相应载荷和应力也较小）时，位移和载荷之间是线性的关系。
当反力较大（相应载荷和应力都超出弹性极限）时，位移以越来越大的速率增加。
这些结果和经典塑性力学的结果是一致的。
四、总结：通过本次课程设计我学会了有限元分析的基本原理和基本方法；掌握有限元软件ANSYS的基本操作。
熟悉ANSYS 的界面和分析步骤；掌握ANSYS前处理方法，包括平面建模、单元设置、网格划分和约束设置；掌握ANSYS求解和后处理的一般方法；实际应用ANSYS软件对平板结构进行有限元分析。
五、源代码/BATCH/COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 04/03/2011/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/VIEW,1,1,1,1/COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 12:06:33 02/28/2011/input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0/REPLOT,RESIZE/FILNAME,1111,0/TITLE,2222/REPLOT/FILNAME,aaa,0/TITLE,dynamic analysis of a gear/REPLOTET,1,SOLID186!*!*!*MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.06e11MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,7.8e3SA VESA VECSYS,1K,1,20,0,,K,110,16,40,,KWPA VE, 110wprot,-50,0,0CSYS,4K,2,12.838,0,,CSYS,1K,120,16,43,,K,130,16,46,,K,140,16,49,,K,150,16,52,,K,160,16,55,,KWPA VE, 120wprot,3,0,0CSYS,4K,3,13.676,0,,SA VEKWPA VE, 130NSOL,2,2,U,Y, UY_2STORE,MERGE!*RFORCE,3,1,F,Y, FY_3STORE,MERGEXVAR,3PLV AR,2,SA VESA VEFINISH! /EXIT,MODEL六、感受：通过这次课程设计，让我初步了解了有限元分析的基本方法和基本原理。