有限元分析基础ppt课件

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第一章 概述
图1-2 工程问题有限单元法分析流程
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第一章 概述
1.3 工程实例
(a) 铲运机举升工况测试
(b) 铲运机工作装置插入工况有限元分析
图1-3 WJD-1.5型电动铲运机
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第一章 概述
(a) KOMATSU液压挖掘机
(b) 某液压挖掘机动臂限元分析
图1-4 液压挖掘机
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第一章 概述
图1-5 驾驶室受侧向力应力云图
图1-6 接触问题结构件应力云图
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第一章 概述
图1-7 液压管路速度场分布云图
图1-8 磨片热应力云图
图1-9 支架自由振动云图
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第二章 结构几何构造分析
2.1 结构几何构造的必要性 2.2 结构计算基本知识 2.3 结构几何构造分析的自由度与约束
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第二章 结构几何构造分析
3.1 结构离散与向量表示
工程上许多由金属构件所组成的结构，如塔式桁构 支承架、起重机起重臂架、钢结构桥梁、钢结构建筑等 可以归结为杆系结构。杆系结构按各杆轴线及外力作用 线在空间的位置分为平面杆系和空间杆系结构。
杆系结构可以由杆单元、梁单元组成。
(a) Liebherr塔式起重机
(b) Liebherr履带式起重机
d. 对曲杆组成的结构，可用多段折线代替，每端折线为一个单 元。如若提高计算精度，也可以在杆件中间增加结点。
e. 在有限元法计算中，载荷作用到结点上。当结构有非结点载 荷作用时，应该按照静力等效的原则将其等效结点荷载。
(a) 结点载荷处理方式
(b) 等效结点载荷处理方式
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图3-2杆系结构离散化示意图
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第一章 概述
1.1 有限单元法的概念 基本思想:借助于数学和力学知识，利用计算机 技术而解决工程技术问题。
Finite Element Method——FEM Finite Element Analysis
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第一章 概述
三大类型(按其推导方法分): (1) 直接刚度法(简称直接法):
根据单元的物理意义，建立有关场变量表示的 单元性质方程。 (2) 变分法
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第二章 结构几何构造分析
2.3 结构几何构造分析的自由度与约束
(1) 自由度
指结构在所在空间运动时，可以独立改变的几何 参数的数目，也就是确定该结构位置时所需的独立参 数的数目。
(2) 约束
指减少结构自由度的装置，即限制结构结构运动 的装置。
a. 支座链杆的约束 b. 铰的约束:① 单铰； ② 复铰；③ 完全铰与 不完全铰。
(c) 钢结构桥梁
(d) 埃菲尔铁塔
图3-1 杆系结构
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
3.1.1 结构离散化
由于杆系结构本身是由真实杆件联接而成，故离散化比较简单， 一般将杆件或者杆件的一段( 一根杆又分为几个单元 )作为一个单 元，杆件与杆件相连接的交点称为结点。 杆系结构的离散化的要点可参考如下：
结构计算所常用的结点和支座的简化形式: （1）结点：① 铰结点；② 刚结点；③ 混合结点。 （2）支座：① 活动铰支座；② 固定铰支座 ；③ 固定支 座 ；④ 定向支座
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第二章 结构几何构造分析
2.2.2 结构的分类与基本特征
(1)按结构在空间的位置分2) 按结构元件的几何特征分 ① 杆系结构： 梁、拱、桁架、刚架、桁构结构等 。 ② 板壳结构 ③ 实体结构实体结构的长、宽、高三个尺寸都很 大，具有同一量级。 ④ 混合结构
2.1 结构几何构造的必要性
结构是用来承受和传递载荷的。如果不计 材料的应变，在其受到任意载荷作用时其形状 和位置没有发生刚体位移时，称之为几何不变 结构或几何稳定结构，反之则称为几何可变结 构或几何不稳定结构。几何可变结构不能承受 和传递载荷。对结构进行几何构造分析也是能 够对工程结构作有限单元法分析的必要条件。
1、有限元分析基础 2、ANSYS应用
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内容结构
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
概述 结构几何构造分析 杆系结构静力分析的有限单元法 平面结构问题的有限单元法 等参元 空间问题的有限单元法 轴对称旋转单元
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第一章 概述
1.1 有限单元法的概念 1.2 有限单元法基本步骤 1.3 工程实例
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第二章 结构几何构造分析
(a) 结构本身可变
(b) 缺少必要的约束条件 图2-1 几何可变结构
(c) 约束汇交于一点
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第二章 结构几何构造分析
2.2 结构计算基本知识
2.2.1 结构计算简图
实际结构总是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力 学分析是不可能的，也是不必要的，因此在对实际结构进行 力学计算之前，必须将其作合理的简化，使之成为既反映实 际结构的受力状态与特点，又便于计算的几何图形。这种被 抽象化了的简单的理想图形称之为结构的计算简图，有时也 称为结构的力学模型。
直接从求解泛函的极值问题入手，把泛函的极 植问题规划成线性代数方程组，然后求其近似解的 一种计算方法。 (3) 加权余量法
直接从控制方程中得到有限单元方程，是一种 近似解法。
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第一章 概述
1.2 有限单元法基本步骤 (1) 待求解域离散化 (2) 选择插值函数 (3) 形成单元性质的矩阵方程 (4) 形成整体系统的矩阵方程 (5) 约束处理，求解系统方程 (6) 其它参数计算
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
3.1 结构离散与向量表示 3.2 位移函数及单元的刚度矩阵 3.3 坐标变换及单元刚度矩阵 3.4 整体刚度矩阵 3.5 约束处理及求解 3.6 计算示例 3.7 ANSYS桁架结构计算示例 3.8 ANSYS刚架结构计算示例
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
3.1.2 坐标系
为了建立结构的平衡条件，对结构进行整体分析， 尚需要建立一个对每个单元都适用的统一坐标系，即结
a. 杆件的转折点、汇交点、自由端、集中载荷作用点、支承点 以及沿杆长截面突变处等均可设置成结点。这些结点都是根据结构 本身特点来确定的。
b. 结构中两个结点间的每一个等截面直杆可以设置为一个单元。 变换为作用在结点上的等效结点载荷。
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
c. 变截面杆件可分段处理成多个单元，取各段中点处的截面近 似作为该单元的截面，各单元仍按等截面杆进行计算。