有限元分析课程论文

有限元分析课程论文（共11篇）

有限元分析课程论文 篇1

课 程 编 号： 4012057 课程中文名称：有限元分析

课程英文名称：Finite Element Analysis

课 程 类 别：专业课 周数：2周 学 分： 2学分

适 用 专 业：机械设计制造及其自动化机械制造及自动化专业方向

一、课程设计的性质、目的

有限元分析课程设计是一门技术基础综合课程，是工科院校相关专业的学生在校期间第一次接受较全面的工程师基本能力训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。(一)目的

课程目的和任务旨在使学生了解有限元分析的基本方法，通过使用计算机计算工程力学中的若干问题，进一步加深工程力学课程中的基本概念和基本理论，培养学生解决一些简单的工程实际问题的能力，为学生在今后的机械课程设计和毕业设计中对机械构件进行力学分析打下扎实的基础。

（二）任务

（1）完成课程设计题目的方案分析与设计;（2）完成装配图、零件图设计；（3）编写设计计算说明书。

二、课程设计基本要求

1.了解有限元分析的基本原理和方法；

2.熟悉有限元分析软件（ANSYS）的图形用户界面和菜单； 3.能熟练创建二维和三维有限元分析模型；

4.会使用指定的单元对有限元分析模型进行网格划分，也能对一些简单的有限元分析模型选择合适的单元进行网格划分； 5.能熟练使用工程力学的知识来确定模型的约束条件和受力的类型； 6.会使用有限元分析软件对有限元分析模型进行计算；

7.能熟练掌握有限元分析后处理过程，并对计算结果作出正确的评价； 8.掌握使用有限元分析方法对机械构件进行优化设计的过程；

三、课程设计教学内容

1．ANSYS有限元分析软件简介、功能概览和分析案例； 2．ANSYS图形用户界面及基本操作方法； 3．创建2D有限元模型 4．加载、求解、结果后处理 5．高级建模技术 6．分析结果评价

四、课程设计时间分配

机械设计基础课程设计集中2周的共10个工作日完成，进度可参照如下安排： 第1个工作日： 学习ANSYS图形用户界面和分析的基本步骤； 第2～3个工作日：创建有限元模型、加载_求解_后处理；

第4～5个工作日：使用多媒体课件，理论教学与上机练习分析设计计算，及辅导； 第6～7个工作日：教师布置题目和内容，学生查阅收集相关资料进行计算； 第8个工作日： 结果分析汇总；

第9个工作日： 编写课程设计说明书；课程设计总结； 第10个工作日： 答辩。

五、课程设计考核与成绩评定

有限元分析课程设计按优秀、良好、中等、及格、不及格五级分评定成绩，单独记分。上机考核与提交设计分析报告及答辩。

六、课程设计指导书

[1]“有限元法概论”，龙驭球，人民教育出版社，1997年7月 [2]“有限元法理论及应用基础教程”，宋天霞，2003年7月

[3]“工程力学课程设计”讲义，上海理工大学力学教研室，张志忠、张丽芳、翁国华等编写 2004年7月

七、其它说明

执笔人：周华祥 审核人：（盖章）

有限元分析课程论文 篇2

机械工程领域常常需要求解各类微分方程, 而这些微分方程的解析解一般很难得到。一般情况下, 使用有限元方法将微分方程离散化后, 便可以利用计算机编程进行辅助求解。近年, 随着有限元理论的不断成熟, 有限元法已经成为机械及其相关学科中处理各类问题的重要方法, 且被广泛地应用在航空航天、船舶工程、汽车车辆、土木建筑、武器装备等领域。为了顺应这一发展趋势, 许多高校也先后开设了与有限元分析相关的各类课程, 并取得了一定的成绩。但国内工科本科生普遍反映有限元理论学习起来十分困难, 在规定课时内完成整个有限元课程后, 仍感觉对有限元理论一知半解, 更不要说用有限元方法解决一些实际的工程问题了。由此可见, 要求学生在有限的课时内系统掌握有限元方法是不现实的, 单纯的理论教学既严重脱离实际, 也无法引起学生的学习兴趣, 不利于应用型人才的培养。

二、传统有限元分析课程的缺陷

传统有限元分析课程以培养学生扎实的数值分析理论为目的, 课堂教学内容以讲解有限元理论知识和分析推导方程为主, 涉及材料力学、弹性力学、泛函分析、变分原理等知识, 要求学生有较高的力学和数学理论基础。传统有限元分析课程对于前期的数学和力学知识要求较高, 其教学目标和教学内容更加适合力学或者数学专业的学生。而对于机械、车辆等非力学专业的本科生, 若沿着加权余量法与变分原理—弹性力学—插值函数的构建—数值积分方法—数值计算方法这条传统的有限元基本理论进行讲解, 再加上学生理论基础水平达不到, 且课程内容枯燥难懂, 学生理解起来比较困难, 从而导致学习兴趣下降, 教学效果也不尽如人意。

三、课程新体系

有限元理论发展到今天已经相对成熟, 随着计算机技术的发展, 各种有限元软件应运而生, 为使用有限元法快速解决各类工程问题提供了可能。其中, 最具有代表性的有限元分析软件包括美国ANSYS公司的ANSYS、达索SIMULIA公司的ABAQUS、LSTC公司的LS/DYNA以及MSC公司的Nastran等。目前, 国内众多机械及其相近、相关产业都将有限元技术作为产品设计开发的重要手段之一, 而对这些软件的熟练掌握也成为大学生就业的一块敲门砖。因此, 新的课程体系将以大型通用有限元软件应用为基础, 以有限元基础理论为支撑, 来分析不同工程案例的有限元求解过程, 使学生建立起使用有限元法求解工程问题的整体思路。

(一) 调整教学目标

对于非力学专业, 有限元分析课程一般作为一门专业选修课设置在机械专业本科教育阶段, 课时量有限。此外, 机械类本科教育阶段所学习的力学和数学知识较少, 学生灵活运用这些知识的能力较差。传统教学方法中教师制定的教学目标是仅要求学生掌握一些与弹性力学相关的知识, 能够求解一些简单的平面力学问题。因此, 要对有限元分析课程的教学目标进行调整, 在新的教学目标中应要求学生能够运用有限元方法解决一些实际的工程问题, 为学生毕业后的工作打下基础。

(二) 调整教学内容和方法

传统的有限元分析教学方法, 与其他理论课程类似, 多以教师讲授为主, 课程中涉及的方程多为矩阵形式, 需要推导大量公式, 学生对于课程内容的理解十分有限, 需要结合专业特点和本专业学生的前期基础对课程内容进行调整:理论部分主要讲授公式的物理意义, 而不是具体的推导过程;引入有限元软件的教学, 在软件应用和教学中穿插相应的理论知识, 比如, 在软件中选取单元时, 可以穿插简述节点和单元的概念, 以及相关的插值方法等, 还可以通过回顾材料力学中杆和梁的区别, 引出节点自由度的概念, 并教会学生如何根据实际工程问题选取合适的单元, 或者在材料的选择过程中, 穿插讲述材料性能及其本构方程的建立等, 也可以在施加载荷和约束时, 阐述有限元方法是如何通过单元位移场、刚度矩阵利用变分原理进行求解的, 使学生充分理解有限元的思想。这种新的教学内容和方法能够使学生深刻地体会到这门课程的实用性, 使他们认识到有限元方法不单单是公式的推导和堆砌, 更是解决工程问题的有力工具, 从而激发学生的学习兴趣。

(三) 培养软件应用能力

工程问题的解决多依靠大型通用有限元软件。目前, 众多有限元软件开发公司都针对高校教学设置有教育版本的软件, 为开展面向软件应用的有限元分析课程提供了可能。上机实践作为培养软件应用能力必不可少的一个环节, 可以提高学生的动手能力, 使他们亲自体验有限元解决工程问题的整个流程。在软件教学中, 教师要结合不同的实例, 由浅入深地安排学生亲自到机房动手练习;在软件操作过程中, 要让学生在实践中深入地理解有限元法是如何解决实际问题的。比如, 对于相同的结构, 可以让学生采用不同的单元类型和单元数目进行划分, 并对比计算结果的差异。此时, 就可以引入提高计算分析精度方法的讲解, 向学生讲述p方法 (使用高阶单元提高精度) 与h方法 (通过细化网格提高精度) 的区别, 以及这两种方法提高计算精度的理论依据。这样不仅可以提高学生使用软件划分网格的熟练程度, 而且可以使学生在实践过程中学到知识。

四、结束语

改革后的有限元分析课程不需要再进行复杂的数学公式推导, 而是讲述各方程的物理意义和出处, 并将软件应用作为教学的一大重点和亮点。课程通过上机操作锻炼学生的动手能力, 让学生从实际的工程案例中学习有限元的知识, 掌握“建立几何模型—定义材料本构—划分网格—施加边界条件及载荷”这些重要分析步骤, 在解决问题的过程中激发学生的学习兴趣, 提高学生灵活运用所学知识的能力, 从而实现有限元理论和工程实践的有机结合, 为学生以后在工作中解决实际工程问题奠定良好的基础。

摘要：有限元这一数值分析方法已经在机械工程领域得到了广泛的应用, 但有限元理论是复杂而抽象的, 对学生的数学基础和力学理论基础都有较高的要求。笔者在传统教学方法的基础上, 针对有限元分析课程兼具理论性和实践性的特点, 对机械类本科专业课程的教学内容和教学方法进行了探讨, 适当减少理论教学内容比重, 并将有限元软件引入课堂, 注重培养学生解决实际工程问题的能力, 促进学生对相关理论的理解和吸收。

关键词：有限元分析,软件应用,教学改革,机械专业

参考文献

[1]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社, 2009.

[2]韦志林, 尹辉俊, 黄贵东.车辆专业有限元法课程的教学改革[J].中国科技信息, 2008, (3) .

[3]梁莉, 刘和平.《有限元分析与应用》课程教学改革研究与实践[J].机械管理开发, 2012, (4) .

[4]张洪伟, 席军, 许月梅.基于应用能力培养的本科有限元法课程的教改探讨[J].中国现代教育装备, 2016, (7) .

有限元分析课程论文 篇3

关键词 有限元 网络课程 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A

Research and Practice of Teaching Reform about the

Online Course of Finite Element Analysis

WU Hequan， HU Hongwei， XUE Yingying

（College of Automotive and Mechanical Engineering，

Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract Take the online teaching courses of "Finite Element Analysis" as an example， this paper carried out a detailed analysis on the teaching reform about curriculum resources， teaching methods and examination methods. The results show that the effect of teaching reform is good.

Key words Finite element method； online courses； teaching reform

1 课程资源建设情况

“有限元分析”课程的理论性和实践性较强。授课教师结合自己在“有限元分析”方面多年的教学和科研工作经历，在学校网络教学平台先后上传了大量与该课程有关的教学资料，包括教学大纲、教学日历、教学课件、电子教材、教学案例、教学视频、英文教材习题库、课程试卷及参考资料等。其中教学案例包含超静定桁架结构的有限元分析程序、受内压作用球体的应力与变形有限元分析程序、坝体的有限元受力分析程序、轴承座应力分析ANSYS程序、工程车受载荷应力分析ANSYS程序等。建设了一个习题库，习题形式有填空、选择、问答、判断、计算等；同时给出了参考答案，供学生自学；给出了课程的模拟试卷库，目前已有二套模拟试卷并附有参考答案，可供学生自我测验。在答疑与交流区，针对各章节的重点与难点，分别罗列了一些常见问题，引导、激发学生的自主学习能力；有了这个网络教学平台，学生除了当面提问之外，还可以在讨论区跟老师提问与交流。

课程资源的丰富性、多样性和条理性极大地方便了学生的自主学习。

2 网络课程教学方法改革情况

2.1 采取课堂讲授、多媒体与网络教学相结合的现代化教学方法

“有限元分析”课程涉及力学、数学和计算机学的相关知识，是多学科交叉的典型代表。而由于受到课程学时量的限制，传统的教学方法难以在较短的时间内提供足够的教学信息量。将传统教学方法与现代的多媒体、网络课程教学及实践教学等密切结合，综合发挥各种教学手段的优点，改善教学效果，提高教学水平，激发学生学习兴趣。在教学过程中，充分利用视频、图片、动画、PPT等来丰富多媒体教学素材，节省了大量的时间，并使学生从简单的文字公式的使用到如何结合具体结构进行分析都有了清晰的、直观的、生动的认识，收到了良好的教学效果。

2.2 开放式教学与互动式教学相结合

教学活动以学生为中心来展开，充分调动学生的积极性。灵活选用教材，在授课过程中充分考虑学生的基础知识，做到有的放矢。课堂教学过程中给学生留有思考的余地，在课堂上或网络平台的答疑讨论区设置问题留给学生思考，通过自主学习的方法培养学生的自学能力、联想能力和综合运用知识能力，启发学生的创造性思维。尽可能加强讨论式教学，首先引出问题，让学生思考讨论寻求答案后，老师再对此问题进行总结并指出注意事项。这种不断讨论问题、解决问题的过程，有利于激发学生参与到教学中，培养独立思考能力，提高基础知识的灵活、综合运用能力，使学生由被动型学习转向主动型学习。

2.3 理论联系实际，强调工程应用

“有限元分析”课程是一门实践性较强的课程，课堂教学应当与工程实践问题结合起来。针对有限元算法求解的复杂性，教学过程结合大量的设计案例来进行。比如超静定桁架结构的有限元求解、轴承座应力分析、盘式制动器温度场分析、工程车受载荷应力分析等等。理论联系实际，使学生加强感性认识，掌握有限元分析的理论和基本方法。利用开放实验室，让学生自主设计相关的有限元程序，并与传统计算方法进行比较，检验自己设计的准确性。鼓励学生参加“有限元分析”相关的设计大赛，并应用于工程实践中，比如运用有限元方法对“大学生方程式赛车”的结构件进行强度分析，提高了学生的综合素质。

2.4 课程作业

课程作业分为理论课程作业及实验课程作业。理论课程作业主要考察学生对有限元理论知识的理解和掌握情况。理论课程作业根据不同题型的特点，采用网络电子版作业与纸质版作业相结合的方式。对于问答、判断等题型，采用网络提交作业，对于计算题，则采用纸质版形式上交作业。实验课程作业主要是考查学生对有限元知识灵活运用的能力。在网络教学平台中提供一些有限元ANSYS运用实例供学生参考。鼓励学生利用网络资源，查找和了解国内外有限元技术的发展情况，并通过独立思考，解决一些实际的工程问题。

2.5 考核方式改革

本课程采用多种立体式考核方式，考核形式包括上课考勤、实验动手能力与实验报告完成情况考核、网络教学平台的使用以及期终考试等五部分。上课及网络教学平台的使用情况的考核成绩占总成绩的30%，实验动手能力与实验报告完成情况占总成绩30%，期终考试成绩占总成绩的40%，平时上课出勤率在90%以上方能参加期终考试。

3 网络课程应用效果

通过一个学期的网络课程建设与教学实践，本课程取得了一定的应用效果。该课程累计点击次数超过1000次，课程资料平均下载次数达到8次。通过网络布置作业5次，讨论区提问数达12个，且均为针对重点难点的启发式问题，在学生中引起了一定反响，很好地引导学生产生自学的浓厚兴趣。

同时还在网络教学平台中设置了问卷调查，对学生的反馈意见进行收集整理。对主要章节，建立了对应的习题库，包括填空、选择、判断、计算等常规题型，学生在课后时间，可以很方便地从习题库中选择自己薄弱的环节，来巩固上课所学知识点。

在教学材料中共享了ANSYS有限元分析的实例9个以及2套有限元仿真练习题，供学生参考。在网络教学平台里面共享了“有限元分析”的英文版教材，为学有余力的学生查阅相关的英文文献资料提供了方便。

在教学过程中，致力于激发学生的兴趣，提高学生的工程应用能力，本课程受到了学生的广泛好评。通过师生之间的互动交流，也发现了网络教学中存在一些问题。比如“在线测试”栏目利用率不高；一些学生希望提供更多的例题等等。这些问题都将在以后的教学过程中进一步完善。

4 小结

网络教学平台实现了多学科预备知识的共享。将课堂中难以一一展示的相关知识通过网络教学平台来展示，极大地节省了教师的讲授时间。师生之间的网络互动，促成了一种新的沟通渠道，有利于教学相长。研究表明，在本科生的教学过程中，对一些基础课程（如“有限元分析”）使用网络教学是十分有效的。

基金项目：湖南省特色专业资助项目；湖南省普通高校教学改革研究项目；长沙理工大学校级教改项目

参考文献

[1] 赵慧臣.网络课程群知识建构研究：促进跨课程的网络学习[J].现代远程教育研究，2014（2）.

有限元仿真分析读书报告 篇4

1概述

1.1 有限单元法的简介

有限元方法也叫“有限单元法”或“有限元素法”，这种方法源于机构分析，有结构力学的位移法发展而来。

有限单元法的基本思想是将物体离散成有限个且按一定方式相互联结在一起的单元的结合，来模拟或逼近原来的物体，进而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值分析方法。物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到对整个物体的分析。网格划分中每一小块体称为单元。确定单元形状、单元之间相互联结的点称为节点。单元上节点处的结构内力为节点力，外力（有集中力、分布力等）为节点载荷。

有限元法的优点很多，其中最突出的优点是应用范围广。发展至今，不仅能解决静态的、平面的、最简单的杆系结构，而且还可以解决空间问题、板壳问题、结构的稳定性问题、动力学问题、弹塑性问题和粘弹性问题、疲劳和脆性断裂问题以及结构的优化设计问题。而且不论物体的结构形式和边界条件如何复杂，也不论材料的性质和外载荷的情况如何，原则上都能应用。

1.2 有限单元法的理论基础

有限元法的常用术语有单元、节点、载荷、边界条件。

有限元法的分析过程包括研究分析结构特点、形成有限元计算模型、选择有限元软件或编制计算程序、上机试算、计算模型准确性判别、修改计算模型或修改程序、正式计算以及计算结果整理、结构计算方案的判别。有限元法的基本思路和基本原则以结构力学中的位移法为基础，把复杂的结构或连续体看成有限个单元的组合，各单元彼此在节点处连接而组成整体。把连续体分成有限个单元和节点，称为离散化。先对单元进行特性分析，然后根据各节点处的平衡和协调条件建立方程，综合后作整体分析。这样一分一合，先离散再综合的过程，就是把复杂结构或连续体的计算问题转化为简单单元的分析与综合的问题。因此，一般的有限元解法包括三个主要步骤：离散化、单元分析、整体分析。

离散化：一个复杂的弹性体可以看作由无限个质点组成的连续体。为了进行解算，可以将此弹性体简化为有限个单元组成的集合体，这些单元只在有限个节点上铰接，因此，这集合体只具有有限个自由度，这就为解算提供了可能。有无限个质点的连续体转化为有限个单元的集合体，就称为离散化。

单元分析：单元分析首先要进行单元划分。在工程结构中，一般采用四种类型的基本单元，即标量单元、线单元（杆、梁单元）、面单元和体单元。中。而单元划分一般注意下面几点：

一、从有限元本身来看，单元划分的越细，节点布置得越多，计算的结果越精确。但计算时间和计算费用的增加。所以在划分单元时对应兼顾这两个方面。

二、在边界比较曲折，应力比较集中，应力变化较大的地方，单元应划分的细点，而在应力变化平缓处单元划分的大些。单元由小到大应逐渐过渡。

三、对于三角形单元，三条边长应尽量接近，不应出现钝角，以免计算出现较大的偏差。对于矩形单元，长度和宽度也不应相差过大。

四、任意一个三角形单元的角点必须同时也是相邻单元边上的角点，而不能是相邻单元边上的内点。划分其他单元时也应遵循此原则。

五、如果计算对象具有不同的厚度或不同的弹性系数，则厚度或弹性系数突变之处应是单元的边线。

软土地基上路堤填筑有限元分析 篇5

软土地基上路堤填筑有限元分析

针对高速公路软土地基上填筑路堤的问题,研究了比奥固结理论,分析了有限元强度折减法计算原理,通过具体工程实例进行了软土地基上路堤填筑的.有限元计算,明确了路堤填筑过程中的孔隙水压力,路堤稳定与时间的关系.

作 者：秦道标 QIN Dao-biao  作者单位：苏州市交通设计研究院有限责任公司,江苏,苏州,215007 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)： 35(7) 分类号：U416.12 关键词：软土路堤   有限元分析   强度折减法   固结   安全系数  

有限元分析课程论文 篇6

题 目

飞轮

学生姓名	毛雨
学 号	2118011416
院 部	机电工程与自动化
专 业	机械工程
班 级	21180114

二〇二一年六月

一、建模过程/步骤

1、ANSYS分析开始准备工作

（1）清空数据库并开始一个新的分析，选取 Utility > File > Clear & Start New,弹出 Clear database and Start New 对话框，单击 OK 按钮，弹出 Verify 对话框，单击 OK按钮完成清空数据库。

（2）指定新的工作文件名 指定工作文件名。选取 Utility Menu > File >Change Jobname,弹出 Change Jobname 对话框，在 Enter New Jobname 项输入工作文件名“feilm”，单击 OK按钮完成工作文件名的定义。

（3）指定新的标题指定分析标题。选取 Utility Menu > File > Change Title，弹出 Change Title 对话框，在 Enter New Title 项输入标题名“feilun axis”为标题名，然后单击OK按钮完成分析标题的定义。

（4）重新刷新图形窗口 选取 Utility Menu > Plot >Repiot，定义的信息显示在图形窗口中。

2、确定分析类型

（1）运行主菜单 Main Menu > Preference 弹出分析类型设定对话框，选择分析模块为 Structural 结构分析，然后单击 OK 按钮完成分析类型定义。

（2）d定义单元及材料属性

（3）新建单元类型 运行主菜单 Main Menu >Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 命令，弹出 Element types 对话框，单击 Add 按钮新建单元类型，弹出 Library of Element Types 对话框，先选择单元大类为 solid，接着选择 Quad 8 node 183，单击 OK 按钮，完成单元类型选择。接着单击 Option 按钮进入单元设置选项，在 Element behavior(K3)栏中更改选项为 Asisymmetric(轴对称)，在单击 OK按钮返回 Element Type 对话框，单击 Close 按钮完成设置。

（4）定义材料属性 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Material Props > Matorial Models 命令，系统显示材料属性设置对话框，在材料属性对话框中一次选择 Structure/Linear/Elastic/Isotropic。完成选择后，弹出材料属性对话框，方便输入弹性模量210e9，泊松比0.27，单击 OK 返回选择 Density，弹出密度定义对话框，输入密度 7800，单击 OK返回。完成材料属性设置后，关闭对话框离开材料属性设置。

3、建立几何图形

（1）建立关键点

（2）绘制矩形 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions 命令，在对话框中分别输入 1 点坐标 X1=50，Y1=0，2 点坐标 X2=55，Y2=50，单击 Apply 按钮完成第一个矩形绘制；同理，输入3点坐标X1=55，Y1=24，6点坐标 X2=75，Y2=16，单击 Apply 按钮完成第二个矩形绘制；输入4点坐标 X1=75，Y1=40，5点坐标 X2=80，Y2=5，单击 OK 按钮完成第三个矩形绘制。

（3）布尔操作合并图形 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出现选择拾取对话框，依次点击图形再点 Apply，完成布尔加。

（4）设置显示方式 运行菜单 Utility Menu > Plot > Line，设置显示方式为直线，以便下一步为直线倒圆角。

（5）倒圆角 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet 弹出对话框，拾取视频中线段，单击 OK按钮，出现圆角半径设置对话框，Fillet Radius 项输入5，其他项默认，单击 Apply 按钮完成第一个圆角绘制；同理，完成其他三个圆角的绘制。

（6）生成面 运行菜单 Utility Menu > Plot > Line 设置直线显示方式，运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas >Arbitrary > By Lines，出现选择拾取对话框，点击拾取视频中的线段，单击 Apply 按钮完成；同理，完成其他三个面的生成，单击 OK 按钮结束。

（7）布尔运算 完成几何图形创建 运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add 出现选择拾取对话框，依次点击图形再点 Apply，完成几何图形创建。

4、划分网格

（1）运行主菜单 Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh Tool(网格划分工具)命令，出现 Mesh Tool 菜单，单击 Areas 中的 set 按钮，在单元尺寸对话框中的 Element edge length 项中输入单元尺寸，本列中输入1，单击 OK 按钮确定。在 Mesh Tool 菜单中设置 Mesh 下拉框为 Areas，shape 项选择 Quad(四边形单元网格），单击 Mesh 按钮划分网格，出现的 Mesh Areas 对话框中单击飞轮平面，在点击Apply，系统将自动完成网格划分。

5、加载求解

（1）显示线段

（2）施加约束 运行主菜单 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Displacement on Lines 命令，出现拾取菜单，选择视频中线段，单击 Apply，出现约束定义对话框，选择 All DOF 约束所有自由度，在 Displacement Value 选项输入0，在单击OK按钮，完成约束定义。

（3）施加载荷 运行 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Pressure > On Lines 命令，出现拾取菜单，选择线段，单击 Apply，出现载荷（压力）定义对话框，输入1e6，单击 OK 按钮完成。

（4）施加角速度 运行主菜单 Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structulal > Inertia >Angular veloc > Globel 弹出施加速度对话框。在 OMEGY Y 项输入62.8 单击 OK按钮完成。

6、求解

（1）运行主菜单 Main Menu > Solution > Current LS 命令，出现菜单中单击 OK 按钮确定。计算机开始进行求解，求解完成后出现“solution is done”提示表示求解完成。单击 Close 按钮完成求解。

7、查看分析结果

（1）改变观察输出结果坐标系 在总体柱坐标系下观察应力分布和变形比较方便，因此，吧结果坐标系转换到柱体坐标系下：执行 Main Menu > General Postproc > Options for output 出现结果坐标系设置对话框，设置为柱坐标系，单击 OK按钮完成。

（2）显示节点（单元）径向位移云图 运行主菜单 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，选择 DOF Solution > X-Component of Displacement 径向位移（如果观察周向位移，该项选择为 Y-Component of Displacement)，单击 OK 按钮。

（3）显示节点（单元）应力云图 运行主菜单 Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu(or Element Solu)命令，选择 stress > X-Component stress 径向应力（周向应力为 Y-Component stress），单击 OK按钮。

（4）三维扩展结果 运行下拉菜单 Utility Menu > PlotCtrls > Style > symmetry Expansion > 2D Axis-symmetric 弹出轴对称扩展设置对话框，选择 Full expansion，单击 OK 按钮。（也可以改成四分之一显示）

二、结果分析图片

图2.1 节点径向位移云图

图2.2 节点径向应力云图

图2.2 三维扩展结果图

三、ANSYS软件应用小结

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

本次实验是学习如何使用ANSYS 通过软件对框架结构内力进行计算，在还未学习该软件前，对于此类问题，通常会采用力矩分配法来进行计算，计算过程繁复，计算量大，并且容易出错。导致过程缓慢，效果不显著。

在这次大作业中，我跟随着视频中老师的讲解一步步建模和受力分析，在一开始的迷茫和不解中一次次观看老师的教程，一点点学会使用软件。在课堂上魏老师也在上课过程中给我们介绍了有关飞机上角架和飞轮以及她在研究生期间的研究设计，给我打开了一扇新的大门

有限元分析课程论文 篇7

1、激发学习兴趣

学习的关键在于培养学习兴趣。从教育心理学的角度来说,兴趣是一个人倾向于认识、研究获得某种知识的心理特征,是可以推动人们求知的一种内在力量。学生对某一学科有兴趣,就会持续的专心致志的钻研它,从而提高学习效果。由于有限元课程的理论基础复杂,许多学生会感到“望而生畏”。因此,首先必须激发学生的学习兴趣,变被动为主动。如何激发学习兴趣,针对本门课采取以下方法:

1.1 突出课程的重要性,激发学习兴趣

有限元法是随着电子计算机技术的发展而迅猛发展起来的一种现代计算方法,工程应用广泛,解决了很多用传统方法难以解决的问题。特别是在航天航空、汽车、制造业、生物工程、土木工程等领域都起到了重要作用。目前我国具备CAE应用能力的技术人员还相对匮乏,因此以培养实用人才为主要目标的应用型本科院校,开设该课程非常重要。

1.2 强调课程的实用性,培养学习兴趣

由于有限元法在产品设计阶段就可预测产品各方面的性能,从而根据分析结果修改设计,避免了样件生产后通过试验来测试性能,大大缩短了产品的研发周期和研发费用。因此,近年来,越来越多的企业需求掌握该技术的人才。在本科学习中,通过课程学习打下基础,为今后的就业提供条件。

1.3 实例分析与演示,加强学习兴趣

兴趣培养的关键在于激发人们用该知识去解决问题的好奇心。通过精彩实例的讲解和演示,激发学生的学习兴趣,为本门课的学习打下良好基础。目前的有限元应用已不再仅仅是进行工程结构分析、流体分析、电磁场分析等,在医学领域也成为研究和使用的热点。如在冠心病介入治疗方法中用到的血管支架,其中血管支架的完整扩张过程和仿真方法的研究可以借助于有限元分析工具进行分析。通过多媒体教学来模拟支架在血管中的扩张过程,以及应用CAD、CAE软件如何来设计和分析该过程,激发学生学习的好奇心。

2、扩充教学内容

有限元的教学一般有两种模式,一种是侧重于理论教学,目标是培养研究型人才,教材内容偏重于理论学习;另一种侧重于工程应用教学,目标是培养工程技术应用人才[1]。我们定位于后者。纵观市场上面向有限元分析应用的教材,基本以有限元软件的功能介绍为主,缺乏原理及相关知识的介绍。因此很难找到一本合适的教材,既能简单概括有限元法的理论知识,又能循序渐进的提供各种实例供学生进行实践操作。因此,这就要求授课老师根据学时安排,适当的选择与扩充教学内容。特别是对于本科生来说,力学基础和数学知识相对薄弱,如果直接按大部分教材进行理论知识讲解,效果较差。因此,相对扩充了以下基础知识:

2.1 CAE基本概念和相关知识

CAE与计算机辅助设计CA D、计算机辅助制造CAM同属CAX范畴,三者之间既有区别又相互联系,可彼此之间相互集成。因此,首先要理解各自的概念、相互关系以及功能,从而真正了解CAE的作用。

2.2 应力分析和应力

对于机械专业的学生来说,学习和应用有限元方面的知识主要是进行结构分析。结构分析的基础就是应力和应变分析。对于应力,高年级学生并不陌生,是材料力学的基础知识。因此,通过举例说明进行应力和应变分析的重要性。如有切口的塑料袋比无切口的袋子容易撕开,就是利用了应力集中的原理。

2.3 弹性力学与材料力学的区别

有限元法的力学基础知识是弹性力学,弹性力学一般是在研究生阶段才接触的课程,因此本科生只需要了解弹性力学的基本概念、与材料力学的异同点等即可。就研究内容而言,基本上没有区别;研究对象而言,材料力学基本上只研究杆、梁、柱、轴等杆状构件,弹性力学研究对象更广,还能研究两个尺寸远大于第三个尺寸或三个尺寸相当的构件,如板、壳等;研究方法上有较大区别,材料力学对构件的整个截面建立力学条件,弹性力学是对构件无限小单元体建立条件。最后通过对等截面直杆在自重作用下的拉伸情况分别用材料力学和有限元法进行求解,对上述理论知识进行更好的理解。

2.4 结构的模型化

有限元法求解过程可以用“化整为零、积零为整”来概括。其中首先要进行结构的模型化。所谓模型化是根据分析目的将结构或构件进行理想化和简化处理。模型化的关键在于:不同分析目的,同一结构,模型化处理也不相同。因此,如何进行正确的模型化处理,是应用有限元法进行求解成功的关键。在此做如下比喻:“分析结构整体变化=视点放置于远方的场合”、“分析结构局部变化=视点拉近时的场合”,根据分析目的即观察位置的不同,以铁塔、公共汽车为例,来说明如何针对不同目的进行模型化。

3、加强实践练习

理论学习的最终目的就是将知识通过手段应用到实际的工程分析中。目前的有限元分析软件非常多,如ANSYS、ABA QS、MARC等。国内高校和科研院所用的较多的就是大型通用软件ANSYS,为此我们也以ANSYS作为操作对象,通过20学时的上机操作,让学生在不断的实践过程中逐步理解和掌握该软件并能真正应用该软件进行实际的工程分析。由于该软件目前尚未有正式中文版本,对于本科生的学习有一定难度。因此教师首先应该全面详细的介绍该软件的具体应用以及非常复杂的安装过程,并激发学生不断挑战自我战胜困难的信心。在实践练习中,学生要谨记有限元分析的三大处理模块:前处理、分析计算和后处理。通过直接对教材实例的操作达到熟悉软件的目的。在此基础上,针对一些简单的工程案例能进行独立思考与分析,并进行上机考核的方式,达到熟练应用该软件的目的。

4、结语

教学内容和教学方法的改革是高等教育改革的重要方面,而教学理念的更新更是重中之重[2]。任何课程的教学,教师都不能照本宣科,应该不断的更新教学理念,改进教学方法,将最新的研究成果融入到教学中,激发学习兴趣,了解学科方向,使学生能够真正掌握该课程相关知识,并能与实践相结合,成为真正有用的应用型人才。

摘要：有限元法及其应用课程是一门知识覆盖面宽、工程应用范围广的实用性很强的专业课程。针对本科生力学基础相对薄弱的情况下,对该课程的教学过程和方法进行了研究与探讨。通过激发学习兴趣、适当扩展教学内容、加强实践练习等方法并结合多种教学手段,使学生能够掌握该课程并能解决实际工程问题,为今后的学习和就业打下良好基础。

关键词：有限元法,ANSYS,CAE,模型化

参考文献

[1]章泳健.面向应用的《有限元分析》课程的导入及教学实践[J].常熟理工学院学报,2009(6):116～118

有限元分析课程论文 篇8

关键词：港作拖轮；拖桩；仿真有限元；强度校核

中图分类号：U674.32 文献标识码：A

Abstract： It is difficult to calculate the stress of towing post and its supporting structures of a harbor tug by the method of mechanics formula because they withstand the complex forces at the towing operation. This paper introduces the structural analysis and checking for the towing post and its supporting structure based on finite element simulation through an example.

Key words： Harbor tug； Towing post； Finite element simulation； Strength checking

1 前言

随着海洋作业的发展，船舶在不断加巨，进出港时对港作拖轮的拖力要求也越来越大。港作拖轮的拖力需求由十几年前的40 t提升到今天的80 t，甚至100 t的拖力。随之，对于拖曳设备和其支承结构的强度要求也越来越高，通过有限元仿真分析来获得拖曳支承结构的应力分布，对于结构的合理布置与优化是十分必要的。

本文结合实例介绍通过基于仿真有限元平台分析静力结构来获得应力分布结果的方法和过程，实船是一艘入级LR船级社的25 m ASD港作拖轮，船主需求其向前的最大系柱拖力为75 t。根据LR船级社规范的要求，拖桩必须能承受拖钩的破断负荷而不被破坏。

2 基本假定

为完成结构的分析，我们作以下几点假定：

（1）薄壁壳板假定 （平面应力假定）

当钢板材料用于结构构造时，它的厚度远薄于其他的尺寸，而且也没有遭受到垂直于板面的负荷时，这些结构大体上可以被当作薄壁壳板处理。在分析模型里，对所有的支撑结构一般都应用为2D薄壁壳单元，但当薄壁壳板假定理论不适用（板厚相对不够薄时）的结构部位将会采用3D单元代替。

（2）次要的扶强材和肘板

在模型中省略那些对于应力传递影响较小的扶强材和肘板，但对于关键位置的扶强材和肘板不能省略，否则会影响应力分布的结果。

（3）结构設计载荷

根据LR船级社关于拖曳系统支承结构的的规定，采用225 t设计载荷（3倍于系柱拖力）来分析拖桩的结构。因为所有的结构都是线性弹性材料，在分析应力结果时可以按照线性比例的方法得出结构可以承受的最大载荷。

（4）节点的连接

应力结果不涉及焊缝强度方面的分析，因为所有的结构都是采用粘贴的方式或节点共享的方式连接所有的零件间的节点，零件间有足够的焊缝强度。

（5）受力载况的设定

按照拖曳布置图和实际的使用情况，由于篇幅问题，本文只介绍拖缆力作用在方向向后一种受力载况。

3 实例分析

现简述基于仿真有限元平台分析拖桩结构，按照以下几个步骤进行。

3.1 建立结构模型

在模型里，所有零件都按照设计图的结构尺寸由薄壁壳板建立，而后再指定厚度属性（相同的板厚使用相同的颜色表示）。其中管桩的薄壁壳板按照外径建立，其厚度指向向内。

3.2 指派结构材料属性

拖桩支承结构由3种不同的材料组成：为A级钢、AH32高强钢和355 Mpa高强结构管，所有材料的属性参照LR船级社的材料与焊接规范。在计算模型里，将统一指派A级钢的材料属性给所有的结构零件，但在验证最大应力时则需要对应各个材料的许用应力。

3.3 取得许用应力

根据LR船级社规范里关于拖曳支撑结构的许用应力规定如下：

各种材料许用应力见表1。

3.4 模型的网格划分

有限元模型中网格划分分别采用了Shell181“4节点线性三角形”和“4节点线性四边形”的壳单元，单元大小均约为50 mm，模型的网格划分见图4。

3.5 添加边界约束

模型中的各个结构边界（包括图中的支柱下端）均终止于与其他强力结构的连接处，因此可以在这些地方分别添加简支边界约束，约束边界见图5。

3.6 指派载荷

225 t载荷加载在拖钩的两个连接眼板上，这些眼板的销孔之间需要预先添加插销连接限位设定，见图6、图7。

3.7 结果分析

（1）结构位移结果分析

结果显示，最大的位移3.8 mm出现在拖桩结构的顶部，由于目前对于结构位移尚没有严格的位移验证标准，所以此小范围弹性位移的结果是可以接受的，见图8。

（2）结构等效应力结果分析

各种材料的等效应力分析结果。在仿真有限元中经常会出现少量的应力非常高和集中的的点，这种现象被称为应力热点效应，如图9～11所示，大家需要谨慎的把这些应力热点过滤掉，然后取得真实最大的应力结果。

（3）校核验证

依照以上的结构计算分析结果（见表2），我们可以得出结论：该拖桩和其支承结构在设定的受力载况下是安全的。

（4）小结

通过本文的例子，不难看出应用仿真有限元分析后，对于结构应力的分布结果一目了然。针对应力集中的地方进行加强；或对应力小的部位进行结构优化，在满足船级社的要求下可适当减小和节省材料。本文对于需要进行其他位置的局部结构强度分析计算的，也有非常实用的参考价值。

参考文献

[1] Shigley， J.， Mischke， C.， and Budynas， R. Mechanical Engineering Design， Seventh Edition （2004）.

有限元分析课程论文 篇9

米全液压岩心钻机桅杆结构有限元分析

该钻机钻进能力较大,NQ钻杆钻孔深度要求在2000m,因此对桅杆结构稳定性及材料强度提出很高的要求,依托国家863项目<2000米地质岩心钻探关键技术与装备>,特对桅杆结构稳定性展开研究,本文是基于ANSYS对桅杆结构进行有限元分析,并提出桅杆危险断面及优化建议.

作 者：李文东 冉恒谦 Li Wendon Ran Hengqian  作者单位：中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊,065000 刊 名：地质装备 英文刊名：EQUIPMENT FOR GEOTECHNICAL ENGINEERING 年，卷(期)： 10(2) 分类号：P634 关键词：钻机   桅杆   全液压   有限元   钻孔  

有限元分析课程论文 篇10

航空发动机转子叶片三维有限元振动特性分析

叶片是航空发动机的主要零件之一,结构及承载情况十分复杂.在实际使用中,由于叶片的振动破坏而造成发动机失效甚至飞机失事的例子时有发生.因此,对叶片的振动特性分析就显得尤为重要.根据叶片的实体结构建立了叶片的三维有限元模型,编制了叶片振动特性分析的有限元程序(Fortran语言,约8000余句).采用子空间迭代法计算叶片的频率.利用开发的`软件对影响压气机叶片振动特性的几个因素进行了分析.经算例考核证明,计算模型和程序是正确的、有效的,具有较高的计算精度.为转子叶片的疲劳损伤及可靠性分析,提供了一个有效的、灵活的研究手段,具有应用价值.

作 者：贺威 黄宝宗 HE Wei HUANG Bao-zong 作者单位：沈阳农业大学,高等职业技术学院,沈阳,110004刊 名：沈阳农业大学学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF SHENYANG AGRICULTURAL UNIVERSITY年，卷(期)：37(5)分类号：V232.4关键词：叶片 静频 动频 振动特性 有限元

数控立式车床横梁的有限元分析 篇11

引言

机床已经成为当前工业生产中不可缺少的加工设备，横梁的机械性能对机床的加工精度起着重要的影响。本文采用有限元方法对其静态特性进行了分析计算，得到横梁结构的应力与形变云图。本文所采用的有限元方法可以，不仅节约数控车床横梁的设计周期，还可以针对特定要求进行优化。

1.数控立式车床结构特点

（1）立柱与横梁采用对称性结构。

（2）横梁不仅设有分级定位机构，还采用了自锁功能的机械、液压联锁夹紧机构。

（3）主轴采用短主轴形式，径向和轴向分别采用采用高精度双列向心短圆柱滚子轴承和大型推力球轴承。

（4）机床主传动润滑采用自动循环润滑；其它部件的润滑采用间隙式定时、定量强制润滑。

2.横梁结构建模

CK5116数控立式车床横梁是由长方形中空结构的铸钢件，切削加工而成；导轨布置在横梁的另一侧并采用丝杠与立柱相连。依据二维图纸，利用solidworks软件绘制其三维图样如图2.1所示。

3.横梁的静力学分析

3.1定义单元的属性

定义单元的属性包括对其单元类型、材质特性以及参数量的单位三个主要方面。ANSYS软件提供多种的单元类型适用实体、梁/管、杆/索、弹簧等分析对象。本文中的横梁结构为方形中空的不规则几何体，因此选用SOLIDl85单元。

材質特性定义时按横梁设计所使用的材料的属性进行定义并注意单位的统一。

3.2网格的划分

ANSYS软件具有智能划分网格功能以方便计算和减少分析计算的时间。智能划分网格依据模型的曲率以及线与线的接近程度自动进行网格划分，在分析复杂的结构时通常采用智能划分网格。本文所分析的横梁结构复杂因此采用智能划分网格进行网格划分，在软件中网格划分有1-10的精度等级，本文采用默认的6级精度来格划分。

3.3施加边界条件和载荷

3.3.1切削力的计算

（1）切削力的计算

在切削加工过程中，工件和车刀受到的合力，大小相等而方向相反。

数控机床车削时的切削力计算公式：

式中：为切削条件和工件材料对切削力的影响系数；

为背吃刀量对切削力的影响指数；进给量对切削力的影响指数；为各种因素对切削力影响的修正系数之乘积。走刀抗力Ff；吃刀抗力Fp。

3.3.2边界条件和载荷

静力分析不考虑惯性和阻尼的影响，通常计算在固定不变的载荷作用下结构的效应。静力分析所施加的载荷包括：

（1）外部施加的作用力和压力；

（2）稳态的惯性力；

（3）位移载荷。

本次分析中的载荷为计算得来的切削力、横梁的自重还有在横梁上垂直刀架的重力。约束条件为横梁xy面。

3.4计算结果与分析

3.4.1刚度分析

横梁位移云图为如图3.1所示。从图中可得横梁变形最大值为0.0171mm，位于在横梁头部处达。

横梁结构的刚性会影响机床的加工精度。由图3.1可以得出，横梁导轨变形符合设计要求，横梁的刚度不会对机床的加工精度造成很大的影响，加工精度完全符合要求。

3.4.2应力分析

横梁的应力云图如图3.2所示。由图中可以得出横梁最大的应力为6.70Mpa。其余等效应力均较小，最大应力位于横梁头部处。横梁所使用的材料的强度极限为300Mpa，安全系数大于40。

本文横梁采用铸钢件，经过精加工而成。其材料的抗拉强度为355Mpa，由云图所得最大应力为6.7Mpa，安全系数大于50。因此可以得出其设计余量较大，在后期可进行优化分析，可针对结构形式或加强筋布置分布进行优化，当得到较为合理的结构布置后还可根据其重量进行优化。

结论

本文依据CK5116数控立式车床横梁的结构特点，通过有限元软件分析静态特性，得出了横梁的刚性和应力特性。通过对结果的分析提出了可以应用的优化方法。在后续的试验中论证了有限元计算的准确性，因此利用有限元分析横梁是一种节约设计时间，提高横梁设计质量的方法。