有限元分析及应用报告-利用ANSYS软件对三角形大坝有限元分析.docx

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1、有限元分析及应用报告题目：利用ANSYS软件对三角形大坝有限元分析姓名：xxx学号：xxx班级：机械xxx学院:机械学院指导老师：xxx二零一五年一月一．问题概述图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较：1）分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算；3）当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算求解一．问题分析由题目所给条件可知，该大坝为无

2、限长度，即大坝长度远大于横截面尺寸，且横截面尺寸沿长度方向不变；作用于大坝的载荷平行于横截面且沿大坝长度方向均匀分布，所以该问题属于平面应变问题。因此在利用ansys软件建模分析时可以只分析其一个截面，即能得出大坝体内各处的应变和应力分布状况。二．有限元建模1．设置计算类型由问题分析可知本问题属于平面应变问题，所以选择preferences为structure。2．单元类型选定由题目可知需要分别使用三节点常应变单元和六节点三角形单元进行有限运分析。三节点常应变单元选择的类型是PLANE42（Quad 4no

3、de42），该单元属于是四节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为三节点单元；六节点三角形单元选择的类型是PLANE183（Quad 8node183），该单元属于是八节点单元类型，在网格划分时可以对节点数目控制使其蜕化为六节点单元。因研究的问题为平面应变问题，设置option选项中的Element behavior（K3）设置为plane strain。3．材料参数大坝常用材料混凝土的弹性模量为14~29×109N/m²，本题选为20×109N/m²，泊松比为0.10~0.18，本题选为0.

4、15。4．几何建模按照题目所给尺寸利用ansys的modeling依次建立keypoint：1(0,0),2(6,0),3(0,10)，createLINES依次连接三个keypoint即可建立三条线，createAREAS依次选择三条线即建立了所需的三角形截面。5．网格划分划分网格时，拾取竖直和水平直角边进行SizeControl，设定NDIV为15；拾取斜边，设定NDIV为20，选择网格划分方式为Tri和Mapped。下图3-1、3-2分别为meshattribute设置为plane183和plane4

5、2的有限元网格模型。图3-1plane183网格，600个单元,1261个节点数图3-2plane42网格，600个单元,331个节点数6．定义约束和载荷题目条件为位于刚性地基上的大坝，所以约束为水平直角边全约束，设置约束方法为点击displayment拾取水平直角边ALLDOF全约束。大坝左边直角边受到均匀变化的水压，压强公式为P=ρgh=98000-9800*{Y}在ansys的parameter中定义该载荷函数P，在pressure选项中选择existingtable施加该载荷P即可。一．计算求解在划

6、分网格施加载荷和约束后，点击solution的solve即可进行计算求解，结果分析时主要关注最大位移、最大应力及其位置，由于材料为混凝土，应力云图采用第一强度应力。1.三节点常应变单元结果（600单元）图4-1三节点单元模型节点位移图，最大位移0.212mm图4-2六节点单元模型节点位移云图，最大位移0.212mm图4-3第一强度应力分布云图，最大应力在直角部位为0.44MPa1.六节点三角形单元结果（600单元）图4-4六节点单元模型节点位移图，最大位移0.219mm4-5六节点单元模型节点位移云图，最大

7、位移0.219mm4-6第一强度应力分布云图，最大应力在直角部位为0.67MPa1.常应变三节点单元结果（20886个单元）改变sizecontrol中的elementeaglelength为0.1，增加单元数进行分析。图4-7三节点单元模型节点位移图，最大位移0.219mm图4-8三节点单元模型节点位移云图，最大位移0.219mm图4-9第一强度应力云图，最大应力0.77MPa4.将以上三组分析结果数据整理为如下表格：不同单元类型、单元个数结果数据表单元类型单元数节点数最大位移(mm)最大应力MPa常应变

8、三节点单元6003310.2120.44六节点三角形单元60012610.2190.67常应变三节点单元20886106210.2190.775选择不同的划分方案比较在初始几何模型上再建立三个keypoint:4(3,0),5(3,5),6(0，5),分别连接六个点形成题目所示的两种划分方案，在mesh的sizecontrol中将NDVI设置为1，即可得到所建几何模型对应的网格。约束为1、4、2三个keypoin