黄冬平-142271336

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1、实验报告课程名称弹塑性力学中的有限元法实验名称书籍位置对书架的影响班级机械设计制造及其自动化姓名黄冬平学号142271336实验组别同实验者实验日期12月31日实验地点评定成绩评阅教师--------------实验报告要目--------------1实验目的要求2实验仪器、设备3实验线路、原理框图4实验方法步骤5实验的原始数据和分析6实验讨论书籍位置对书架的影响摘要图书馆在存放书籍时应遵循一定的规律，降低书籍对书架产生的形变和应力，提高书架的使用寿命。本文研究对象为普通结构钢Q235所制成的书架。利用CATIA建立结构模型，导入ABAQUS进行有限元分析。通过模

2、拟相同载荷大小作用在书架不同位置情况下的4组实验，对比分析书架产生应力和应变，得出结果为加载在书架上层左端的力所产生的应力和应变最小。通过实验结果，本文得出结论：书籍存放时应优先选取靠上方的位置，在同一层中，优先选取两侧空位。按此规律存放书籍可以提高书架的使用寿命。1.实验目的本实验研究图书馆书籍的摆放位置对书架受力的影响，通过对比书籍不同摆放位置情况下，书架形变及应力分布来得出图书馆存放图书的最佳放置方案。书架参数：Q235冷轧结构钢，板材，1.5mm厚度，整体弯压成形[1]2.应用软件CATIAV5，ABAQUS6.113.实验方法步骤按照题目要求，应先建立统一

3、的图书馆书架模型，考虑材料属性，之后分2组实验情况（书籍存放于书架不同层；书籍存放于书架同一层不同位置）分别作静态载荷下的应力分析和应变分析，从而对比实验结果得出结论。（1）建立书架结构模型这里建模运用的是CatiaV5软件。首先是结构参数。书架整体为1.5mm厚的冷轧钢板弯压而成的空心壳体。书架模型简化为上中下三层，每一层高度为320mm（书籍最大高度一般为280mm），书架总高度为1000mm。层与层之间的厚度为20mm。每一层的存放空间为150mmX300mmX920mm。左右两侧加强板为20mmX86mmX130mm。后侧加强板为20mmX86mmX920m

4、m。四周的受力支座为20mmX20mmX1000mm。图1CATIAV5书架结构建模（1）ABAQUS模型导入在CATIA完成结构模型后，须将文件另存为.igs格式才能导入ABAQUS进行接下来的有限元分析[2]。（2）材料参数定义材料名称：Q235结构钢弹性模量：2.01e+11泊松比：0.3材料行为：弹性各向同性（3）截面属性这里由于书架是由板材制成的，而且是均匀厚度，所以定义截面属性为壳(shell)，厚度为1.5mm，均质。（4）定义装配件由于在之后的载荷所在的节点在建模时并未直接给出，所以这里选择非独立（网格在部件上）。（5）分析步题目设计的类型为静力载荷

5、作用的情况，所以这里分析步类型选择“静力，通用”。（6）定义载荷和边界条件研究目的涉及的情况是一般情况下，放置在空旷地面上的书架的受力情况，所以这里的边界条件只需约束书架四周的支座与地面的接触面自由度，即每个支座底面的6个空间自由度x，y，z，ux，uy，uz。图2书架的边界条件为方便研究，这里将载荷设为在节点处的集中力100N。按研究题目的要求，载荷情况分为4种。①在书架同一层中，受力点在一端或中间②受力点同在一端，但分别在书架的上中下层。即分为1.力加载在书架上层的左端2.力加载在书架上层的中间3.力加载在书架中层的左端4.力加载在书架下层的左端这里演示其中一种

6、加载情况（加载力在书架上层的左端，方向为沿z轴的-100N）：图3加载载荷（上层左端）（1）网格划分定义网格密度：这里分析的模型都是由规则的长方体构成的，为加快计算机的运算速度，将单元尺寸设置为10。其中一组实验（力加载在上层中间），由于建模时没有给出中间的节点，所以需要在ABAQUS的Load中使用patitionedge插入中间节点，因此网格质量需要提高，这里采用将网格尺寸细化为5。网格控制属性设置为四边形为主，自适应划分。（2）提交作业这一部为止已经完成了所有参数的输入，接下来提交计算机完成计算，等待结果。（3）后处理按题目要求，实验目的为应力应变分析，所以需

7、要生成4种不同载荷情况下的应力应变云图，对比得出结论。这里选择的“不变量”为Max.Principa分布。4.实验结果（1）应力云图图4上层左端加载应力云图最大应力出现在力加载节点，上层加强板上端与支座连接处，大小为6.37Mpa。图5上层中间加载应力云图最大应力出现在力加载节点，上层加强板下端与支座连接处，大小为15.65Mpa。图6中层左端加载应力云图最大应力出现在力加载节点，中层加强板上端与支座连接处，大小为6.46Mpa。图7下层左端加载应力云图最大应力出现在力加载节点，下层加强板上端与支座连接处，大小为6.40Mpa。（1）应变云图（含未变形图像，且比