彈性力學基礎與
有限元法課程考核大作業
學院（系） 汽車學院
專業車輛工程（汽車）
學生姓名汽車學院一學生 102061
1、模型介紹
為一車身骨架簡化模型，材料為低碳鋼q235，其力學效能引數為：彈性模量210gpa，密度7800kg/m3，泊松比0.3，屈服強度為235mpa。
圖1中所示管件截面型別均為矩形空心型別，如圖2所示，壁厚2.0mm所有桿件截面方向為：寬度為40mm的面平行於車身方向的y軸。
在b2、e2和h點分別作用有載荷，其中h點為 c1和d1的中點，f點和g點為約束點，且6個自由度全部約束。分別採用梁單元和殼單元對該結構進行分析，最終報告需提供全部結構採
有限元分析中:梁單元專用來模擬鋼架、桁架、鏈杆及彈簧等一維的物體；板單元，也叫殼單元用來模擬厚度較小的二維物體。
2、軟體選取
選取ansys workbench 14.5作為分析軟體
3、梁單元的結構有限元分析
1.模型建立
雙擊a2開啟geometry，按照題目的資料，在yz平面上建立草圖，約束各邊，並建立需載入力的兩個節點。
尺寸如下
點選工具欄中的下拉列表裡的lines from sketches建立線體, 以便在能對其賦予梁截面，如下圖所示，出現很多箭頭即表示已經生成了線體。
單擊工具欄中的中的截面部分建立即如下圖所示的梁截面，在屬性中可以設定它的長40mm,寬30mm厚度2mm
下拉line 1屬性選單cross section 選擇上一步建立的截面，對線體賦予截面，創立幾何體，如下圖所示。
下圖就是最終生產的梁單元實體。
注：在ansys中，採用beam188,即cbeam為梁單元模型
2關聯求解器
返回workbench的主介面，把tool box中的static structural拖入geometry
求解器資訊如下，可見求解器使用的是mechanical apdl
c3.設定材料
在材料庫中新增材料q235.
其力學效能引數為：彈性模量210gpa，密度7800kg/m3，泊松比0.3，屈服強度為235mpa
設定梁的材料為q235
4.網格劃分
雙擊a4，利用mesh tool生成網格。
整體網格如下圖
細節放大如下圖
網格資訊如下
可見，網格有1590個，節點3173個，無三角形單元。由於是梁單元，系統自動以六面體分配網格，不需要借助四面體填充空隙，可見梁單元的網格質量非常好。
5.邊界條件
載入約束和力，兩個1000n和乙個800n的力以及兩個限制六個自由度的固定點
6.求解結果
位移變形結果，其最大位移為0.70845mm
主應力（正應力或法向應力 ）**，最大正應力是2.025mpa
最小組合應力**，最小為2.023mpa
最大組合應力**，最大為52.907mpa
4、梁單元的模態分析
1.關聯求解器
求解器資訊如下
2.求20階固有頻率
3.求20階振型
舉例說明12和20階主振型
5、殼單元的結構力學分析
1.當薄壁構件，承受橫向載荷作用時，將發生彎曲變形，此時可以用板殼模型來計算。殼主要用於薄面板或曲面的模型，殼分析應用的基本原則是每塊面板的主尺寸不低於其厚度的10倍。
在ansys workbench 中通常用18x系列單元的shell181來模擬殼體。
在catia中建立面，匯入ansys如下圖所示
2.建立麵體
抑制原面
3.關聯求解器
求解器資訊如下
求解器是mechanical apdl
4.設定材料
5.開啟model
設定梁的材料為q235，厚度為2mm
6.生成網格,網格尺寸設為10
網格資訊如下，網格數21984 ，節點21959
如下圖所以，青色代表三角形單元，黃色是四邊形單元
可見22個三角形單元所佔比例是非常低的，網格質量很好
7.新增約束
8.插入應力和變形
9.計算和檢視**
變形位移圖，最大位移1.1249mm
等效應力圖，最大應力75.608mpa
6、殼單元的模態分析
1.關聯求解器
求解器資訊如下
2.求20階固有頻率
3.求20階主振形
計算後舉例7階和19階的主振型
7、結果對比與分析
1.結構力學對比
殼單元模型的最大應力和變形均大於梁單元模型。
1.由於梁單元是體網格，殼單元是面網格，從網格數目可知，殼單元要遠大於梁單元，因此精度是造成該差別的主要原因。
2.再著就是結點處的網格處理，相比梁單元，殼單元處多了一些四面體，複雜了很多，這也是影響差別的乙個重要原因。
2.自由模態固有頻率分析對比
阿從**可見，兩者差距較小，還是由於網格精度引起的誤差。在接受範圍之內。
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