当前课程知识点：Finite Element Method (FEM) Analysis and Applications > 14、Project > 2D problem: finite element analysis of a 2D perforated plate > Video I-1
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同学们好，这一讲我们将在ANSYS平台上进行
有限元分析的典型Project
一共有8个Project，其中包括
2D问题带孔平板的受力分析
3D问题花形卡盘的扭转受力分析
斜拉桥的模态分析
厚壁圆筒受内压的弹塑性分析
钢制圆柱冷却过程的瞬态传热分析
桁架结构的温度及装配应力分析
大型液压机机架的概率设计分析
平面问题的p型单元建模与分析
首先我们来看第一个Project
2D问题带孔平板的受力分析
从图中我们可以看出
这是一个长和宽都为100mm的平板
中间有一个孔
在平板的右侧受到100MPa的均布拉力
左侧受到一个x方向上的约束
在左下角受到一个y方向的约束
我们的建模要点是
这是属于一个平面应力问题
我们单元选择PLANE182单元
前面我们在ANSYS上的操作都是属于
几何形状比较简单的问题
对于这些问题我们直接可以建立节点
然后通过节点建立单元
直接构造出有限元模型
对于这个问题，我们可以发现
如果仍然采用建立节点
来建立单元的方式的话是不合适的
我们首先应该通过建立一个几何模型
利用几何模型进行划分单元
这就是我们这节课将要采用的方法
首先我们要建立一个平面方板还有一个圆形平面
通过布尔运算可以生成带孔方板
然后我们对几何模型的每根线上
设置大致的单元划分的份数
可以进行单元的划分
那我们进入ANSYS平台
首先我们先选择单元
PLANE182号单元
我们选择的单元类型
对应的Option就是带厚度的平面应力问题
然后我们输入对应的厚度
接下来我们输入对应的弹性模量和泊松比
接下来我们将建立对应的方形面
我们再建立一个圆形
然后我们就可以通过布尔运算把这个孔生成
第一个是被减面
第二个我们选择的是减面
我们就生成了对应的几何模型
接下来我们就划分单元
我们首先在全局上我们可以选择
每一个边上我们划6份
然后我们就可以直接针对这个面划单元
单元划完了之后我们就可以施加对应的边界条件
在右侧我们施加对应的边界条件
左侧的边上，我们施加x方向上的位移约束
在左下角的关键点上，我们施加y方向的约束
这样我们所有的边界条件就完成了
接下来我们就可以进行求解
求解完毕后我们进入后处理
我们可以观看它的变形情况
我们来看对于x方向上的应力
最大的是250，也就是在这一点
我们从应力集中系数的话
精确值应该是300
因为我们单元划得还是比较粗糙
所以稍微低一些
前面我们的操作完成了
那我们前面也说过命令流的操作方式
我们来看
我们刚才所有的这些操作都可以通过日志文件查找到
我们会发现其中会有一些垃圾的命令
这些命令是因为我们是在菜单上操作的
所以就显得比较繁琐一些
我们可以直接把日志文件Copy下来
然后我们打开记事本，拷贝到上面
我们就可以形成新的命令流
这个命令我们可以直接地
我们存到对应的位置
如果把刚才的所有的操作再重新操作一遍
会是怎么样的结果
我们先把原有的模型给清除掉
我们可以通过这个位置读取
可以看到利用命令流的方式就可以直接完成
刚才所有的GUI文件里，我们操作完了后
在工作目录里会形成对应的这一系列文件
其中最重要的也就是我们所说的日志文件
因为我们所有的操作都已经记录在里面了
对应的也比较重要的是db文件
因为这是ANSYS的数据库文件
也就是说我们的有限元模型
包括几何、单元等所有的信息都储存在db文件里面
还有另外一个比较重要的是rst文件
它保存的是我们刚才完成的有限元分析的计算结果
我们可以看到
我们刚才通过日志文件就生成了相应的命令流
对于命令流这个文件，将为我们后续参数化有限元
的分析计算提供基础
我们之前生成的命令流文件
大家发现会有一些垃圾信息
因为在GUI操作中会产生一些
由于选择、放大、缩小等操作产生的一些垃圾信息
我们把这些垃圾信息去掉就生成一个很干净的命令流
这个命令流我们就保存为Project1的记事文本文件
我们来看一下这个命令流
第一个就是建立对应的单元
这个命令是指这个单元是带厚度的平面应力问题
然后这是输入厚度参数
这个命令设置的是材料的弹性模量，还有泊松比
这个命令是产生一个方板
这个命令是产生一个圆形
这个命令是布尔运算
可以看出来，这些命令都作了相应的一些调整
然后就生成了一个很干净的命令流文件
对于这个命令流文件
在感叹号后面的是注释行
同学们可以通过阅读注释行
就可以知道对应的这些命令
我们来看，我们把方板的宽度和高度设为参数
或者孔的位置和半径也设为参数
或者我们希望改变材料
那材料的弹性模量也发生了相应的变化
也可以把它设为相应的参数
或者我们希望把单元划得更密一些
就是从单元的控制策略来看的话
我们把每边的单元分段设为参数
或者把载荷也设为参数
那么我们就可以把它写在命令流里面
我们在这设置相应的参数
那后面的命令就跟我们前面的命令类似
我们再看一下参数化改变之后的命令流会是怎么样的
我们先清除原来的模型
我们读进对应的参数化的带孔方板的命令
我们发现，只要它的几何模型的形状是一样的
但是它的几何尺寸发生变化的话
我们就利用所编写的命令流
就可以很方便地改变我们的有限元模型
-Finite element, infinite capabilities
--Video
-1.1 Classification of mechanics：particle、rigid body、deformed body mechanics
--1.1 Test
-1.2 Main points for deformed body mechanics
--1.2 Test
-1.3 Methods to solve differential equation solving method
--1.3 Test
-1.4 Function approximation
--1.4 Test
-1.5 Function approximation defined on complex domains
--1.5 Test
-1.6 The core of finite element: subdomain function approximation for complex domains
--1.6 Test
-1.7 History and software of FEM development
--1.7 Test
-Discussion
-Homework
-2.1 Principles of mechanic analysis of springs
--2.1 Test
-2.2 Comparison between spring element and bar element
--2.2 Test
-2.3 Coordinate transformation of bar element
--2.3 Test
-2.4 An example of a four-bar structure
--2.4 Test
-2.5 ANSYS case analysis of four-bar structure
--ANSYS
-Discussion
-3.1 Mechanical description and basic assumptions for deformed body
--3.1 Test
-3.2 Index notation
--3.2 Test
-3.3 Thoughts on three major variables and three major equations
--3.3 Test
-3.4 Test
-3.4 Construction of equilibrium Equation of Plane Problem
-3.5 Test
-3.5 Construction of strain-displacement relations for plane problems
-3.6 Test
-3.6 Construction of constitutive relations for plane problems
-3.7 Test
-3.7 Two kinds of boundary conditions
- Discussion
-- Discussion
-4.1 Test
-4.1 Discussion of several special cases
-4.2 Test
-4.2 A complete solution of a simple bar under uniaxial tension based on elastic mechanics
-4.3 Test
-4.3 The description and solution of plane beam under pure bending
-4.4 Test
-4.4 Complete description of 3D elastic problem
-4.5 Test
-4.5 Description and understanding of tensor
-Discussion
-5.1 Test
-5.1Main method classification and trial function method for solving deformed body mechanics equation
-5.2 Test
-5.2 Trial function method for solving pure bending beam: residual value method
-5.3 Test
-5.3How to reduce the order of the derivative of trial function
-5.4 Test
-5.4 The principle of virtual work for solving plane bending beam
-5.5 Test
-5.5 The variational basis of the principle of minimum potential energy for solving the plane bending
-5.6 Test
-5.6 The general energy principle of elastic problem
-Discussion
-6.1Test
-6.1 Classic method and finite element method based on trial function
-6.2 Test
-6.2 Natural discretization and approximated discretization in finite element method
-6.3 Test
-6.3 Basic steps in the finite element method
-6.4 Test
-6.4 Comparison of classic method and finite element method
-Discussion
-7.1 Test
-7.1 Construction and MATLAB programming of bar element in local coordinate system
-7.2 Test
-7.2 Construction and MATLAB programming of plane pure bending beam element in local coordinate syste
-7.3 Construction of three-dimensional beam element in local coordinate system
-7.4 Test
-7.4 Beam element coordinate transformation
-7.5 Test
-7.5 Treatment of distributed force
-7.6 Case Analysis and MATLAB programming of portal frame structure
-7.7 ANSYS case analysis of portal frame structure
-8.1 Test
-8.1 Two-dimensional 3-node triangular element and MATLAB programming
-8.2 Test
-8.2 Two-dimensional 4-node rectangular element and MATLAB programming
-8.3 Test
-8.3 Axisymmetric element
-8.4 Test
-8.4 Treatment of distributed force
-8.5 MATLAB programming of 2D plane rectangular thin plate
-8.6 Finite element GUI operation and command flow of a plane rectangular thin plate on ANSYS softwar
-Discussion
-9.1 Three-dimensional 4-node tetrahedral element and MATLAB programming
-9.2 Three-dimensional 8-node hexahedral element and MATLAB programming
-9.3 Principle of the isoparametric element
-9.4Test
-9.4Numerical integration
-9.5 MATLAB programming for typical 2D problems
-9.6 ANSYS analysis case of typical 3Dl problem
-Discussion
-10.1Test
-10.1Node number and storage bandwidth
-10.2Test
-10.2 Properties of shape function matrix and stiffness matrix
-10.3Test
-10.3 Treatment of boundary conditions and calculation of reaction forces
-10.4Test
-10.4 Requirements for construction and convergence of displacement function
-10.5Test
-10.5C0 element and C1 element
-10.6 Test
-10.6 Patch test of element
-10.7 Test
-10.7 Accuracy and property of numerical solutions of finite element analysis
-10.8Test
-10.8 Error and average processing of element stress calculation result
-10.9 Test
-10.9 Error control and the accuracy improving method of h method and p method
-Discussion
-11.1 Test
-11.1 1D high-order element
-11.2 Test
-11.2 2D high-order element
-11.3 Test
-11.3 3D high-order element
-11.4 Test
-11.4 Bending plate element based on thin plate theory
-11.5 Test
-11.5 Sub-structure and super-element
-12.1Test
-12.1 Finite element analysis for structural vibration: basic principle
-12.2 Test
-12.2 Case of finite element analysis for structural vibration
-12.3 Test
-12.3 Finite element analysis for elastic-plastic problems: basic principle
-12.4 Test
-12.4 Finite element analysis for elastic-plastic problems: solving non-linear equations
-Discussion
-13.1 Test
-13.1 Finite element analysis for heat transfer: basic principle
-13.2 Test
-13.2 Case of finite element analysis for heat transfer
-13.3 Test
-13.3 Finite element analysis for thermal stress problems: basic principle
-13.4 Test
-13.4 Finite element analysis for thermal stress problems: solving non-linear equation
-Discussion
-2D problem: finite element analysis of a 2D perforated plate
-3D problem: meshing control of a flower-shaped chuck
-Modal analysis of vibration: Modal analysis of a cable-stayed bridge
-Elastic-plastic analysis: elastic-plastic analysis of a thick-walled cylinder under internal pressur
-Heat transfer analysis: transient problem of temperature field during steel cylinder cooling process
-Thermal stress analysis: temperature and assembly stress analysis of truss structure
-Probability of structure: Probabilistic design analysis of large hydraulic press frame
-Modeling and application of methods: Modeling and analysis of p-type elements for plane problem
