有限元分析大作业报告 - 图文

船海1004 黄山 U201012278

有限元分析大作业报告

试题1：

一、 问题描述及数学建模

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。

该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图所示。

二、 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 1、 有限元建模

（1）设置计算类型：两者因几何条件和载荷条件均满足平面应变问题，故均取Preferences为Structural

（2）选择单元类型：三节点常应变单元选择的类型是Solid Quad 4 node182；六节点三角形单元选择的类型是Solid Quad 8 node183。因研究的问题为平面应变问题，故对Element behavior（K3）设置为plane strain。

（3）定义材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3 （4）建几何模型：生成特征点；生成坝体截面 （5）网格化分：划分网格时，拾取lineAB和lineBC，设定input NDIV 为15；拾取lineAC，设定input NDIV 为20，选择网格划分方式为Tri+Mapped，最后得到600个单元。

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（6)模型施加约束：约束采用的是对底面BC全约束。大坝所受载荷形式为Pressure，作用在AB面上，分析时施加在LAB上，方向水平向右，载荷大小沿LAB由小到大均匀分布。以B为坐标原点，BA方向为纵轴y，则沿着y方向的受力大小可表示为：

P??gh??g(10?y)?98000?9800*{Y}

2、 计算结果及结果分析 （1） 三节点常应变单元

三节点常应变单元的位移分布图

三节点常应变单元的应力分布图

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（2） 六节点三角形单元

六节点三角形单元的变形分布图

六节点三角形单元的应力分布图

（3） 计算数据表 单元类型 最小位移（mm） 最大位移（mm） 三节点 六节点 0 0 0.0284 0.0292 最小应力（Pa） 5460.7 0.001385 最大应力（Pa） 392364 607043 （4） 结果分析 3

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① ② ③

最大位移都发生在A点，即大坝顶端，最大应力发生在B点附近，即坝底和水结果显示三节点和六节点单元分析出来的最大应力值相差较大，原因可能是B根据结果显示，最小三节点和六节点单元分析出来的最小应力值相差极为悬

的交界处，且整体应力和位移变化分布趋势相似，符合实际情况； 点产生了虚假应力，造成了最大应力值的不准确性。

殊，结合理论分析，实际上A点不承受载荷，最小应力接近于零，显然六节点三角形单元分析在这一点上更准确。

④

六节点的应力范围较大，所以可判断在单元数目相同的前提下，节点数目越多，

分析精度就越大；但是节点数目的增多会不可避免地带来计算工作量增加和计算效率降低的问题。

三、 分别采用不同数量的三节点常应变单元计算

1、 有限元建模（单元数目分别为150和1350）

2、 计算结果及结果分析

（1） 单元数目为150的常应变三节点单元

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（2） 单元数目为1350的常应变三节点单元

（3） 计算数据表 单元数 91 1350

最大位移（mm） 0.0270 0.0288 最小应力（Pa） 10923.5 3640.16 最大应力（Pa） 301924 452618 （4） 结果分析

的结果准确度将会提高；单元数目的增加和节点数目的增加都会造成计算量的增加和计算速度的下降的问题。

单元数目的增加，最大位移变化不大，应力变化范围逐步增大；网格划分越密，分析

四、 当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算

1、 方案一

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