有限元理論與技術-1

緒論：力學-彈性力學-有限元法

Mechanics-Elasticity-FiniteElementMethod(FEM)內蒙古科技大學機械工程學院任元2015-03Elasticity-FEM&ANSYS-1彈性力學基礎及有限元法-1

Elasticity&FiniteElementMethod(FEM)Introduction:Outline課程概要1.Introductionofthiscourse2.Themechanicsandtheelasticity3.ThebasicproblemsandthemethodsoftheelasticityIntroduction:thecourse1.Goal（目的）:ThestudyinUniversity1）TobuildatheoreticalbasisforstudentstolearnFEMsoftware;2)ToletstudentsmasterthebasicoperationsofANSYS2.Teachingmethod（教學方法）1)thecombinationoftheoreticalstudywiththeoperationsofANSYS2）Casestudy（案例教學）3)PartialBilingual(部分雙語）Introduction:thecourse3.Grading（考核）①Attendanceoflectureandrecitation10%；②Homeworkassignments,Labpracticeandtest20%；③Finalexam70%。4.要求認真做筆記、復習、作業(yè)、練習；掌握基本概念、總體思路、基本方法；掌握ANSYS的基本操作。Introduction：簡要日程內容方式學時彈性力學概念、方程組、解法授課10有限元法概念、方法、細節(jié)授課10ANSYS靜態(tài)分析：桁架、平面、軸對稱；動態(tài)分析授課18上機16總復習考試82總學時64Introduction1.《彈性力學基礎及有限單元法》，任學平、高耀東主編，華中科技大學出版社，2007年10月第一版。2.《工程中的有限元方法》[英文版]，T.R.Chandrupatla,A.D.Belegundu著，機械工業(yè)出版社，2005年4月第一版。3.《有限元法基礎及ANSYS應用》，王新榮、陳永波主編，科學出版社，2008年第一版。4.《ANSYS機械工程應用精華30例》，高耀東主編，電子工業(yè)出版社，2010年1月第二版。5.TheDocumentationforANSYS,including①BasicAnalysisGuide；②StructuralAnalysisGuide；③ANSYS,Inc.TheoryReference；④OperationsGuide；⑤CommandsReference；⑥ElementReference，andsoon.（這些資料包含在教學版ANSYS軟件中，學生可以隨時閱讀）。Mechanics：structure,interaction力學：結構，作用關系力學

Mechanics力學

Mechanics

直徑通常是6μm～8μm

力學MechanicsQuestions1.Whatdidyoustudyinthetheoreticalmechanics(理論力學)?Whatobjectshavebestudied?Theproperties?Themethodology?2.Whatdidyoustudyinthe

mechanicsofmaterials(材料力學)?Whatobjecttobestudied?Theproperties?Themethodology?3.Whatdifferencesarebetweenthem?Mechanicsoverview固體力學(SolidMechanics)運動學（Kinetics)：點的運動；剛體運動剛體靜力學（Rigidbodystatics)：力和力矩，力系；平衡條件，桁架，摩擦力剛體動力學（Dynamics）：牛頓定律，動量守恒，能量守恒振動（Mechanicalvibration)：單自由系統(tǒng)，自由振動，強迫振動材料力學(MaterialsMechanics)，彈性力學(Elasticity)：可變形物體（Deformablebody)，應力和應變，胡克定律，典型變形（拉、壓、扭、彎）塑性力學（Plasticity):

屈服準則，流動規(guī)律流體力學（FluidMechanics)水動力學（液體）氣體動力學連續(xù)體力學：還有熱力學，電磁場力學非連續(xù)體力學：原子級，波動方程，量子力學連續(xù)體力學非連續(xù)體力學：原子級，波動方程，量子力學固體力學：運動學

剛體靜力學

動力學振動

彈性力學

粘彈性力學流體力學：液體力學

氣體力學熱力學電磁動力學質點剛體理論力學材料力學應力-應變胡克定律拉、壓、彎、扭屈服準則流動規(guī)律研究對象不可變形研究對象可變形宏觀尺度微觀尺度力學ContinuummechanicsContinuummechanics

ThestudyofthephysicsofcontinuousmaterialsSolidmechanics

Thestudyofthephysicsofcontinuousmaterialswithadefinedrestshape.Elasticity

Describesmaterialsthatreturntotheirrestshapeafteranappliedstress.Plasticity

Describesmaterialsthatpermanentlydeformafterasufficientappliedstress.Rheology

（流變）

Thestudyofmaterialswithbothsolidandfluidcharacteristics.Fluidmechanics

Thestudyofthephysicsofcontinuousmaterialswhichtaketheshapeoftheircontainer.Non-NewtonianfluidsNewtonianfluids(滿足牛頓粘性定律的流體，比如水和空氣)

Elasticity–彈性力學Theobjectstudied

（被研究物體）:變形體彈性變形體TheGoal（目的）:研究彈性體由于外力作用或溫度改變等原因而發(fā)生的應力、形變和位移。Thebasichypothesis:1.連續(xù)性:

保證可微分2.均勻和各向同性：彈性常數(shù)（E、μ）不隨坐標方向而變化3.完全彈性、理想線彈性：物體完全服從胡克（Hooke）定律，應力與應變間成線性比例關系4.小變形：使求解的方程線性化5.初始無應力應變狀態(tài)Themethodology:Differentialmethod,

InfiniteelementmethodElasticity–基本定義載荷（Loads):分布載荷（thedistributedforceactingonsurfaceperunitarea，）體力（thebodyforceperunitvolume，)集中載荷（theloadactingonapoint，P)點的位移（Thedisplacements:u,v,w）應力：受力物體截面上內力的集度，即單位面積上的內力一點的應力狀態(tài)：通過該點的各個面上應力狀況的集合。應變：物體內任一點因各種作用引起的相對變形，以百分數(shù)(%)表示，無量綱。

TheanalysisModelUnderwhatconditions?

ThesteadyloadsThefixeddisplacementsTheconcerteditemsThedisplacements:u,v,wThehigheststressandstressdistributionThelargeststrainandstraindistributionTheobjecttobestudied:elasticbodyElementalvolumeElasticityFEM–theoreticalmethodFEM--ANSYSElasticity:unknownvaluesElementalvolume位移/displacements

u,v,w應變/strains

應力/stress

StaticanalysisElementalvolumexyz平衡方程-Stress&loadsxyz平衡方程：Stress&loads幾何方程：Strain-Displacement幾何方程：Strain-DisplacementStress&EquilibriumTheequilibriumequationsStrain-DisplacementRelation

幾何方程(變形協(xié)調）Strain-DisplacementRelation

幾何方程Stress-strainrelationship

物理方程（廣義胡克定律）Conclusion

1.Thiscourse:objective,contents,method2.Themechanicsandtheelasticity3.ThebasicproblemsandthemethodsoftheelasticityHomework

1、簡述彈性力學理論分析的主要任務和主要內容（研究對象、研究問題、基本假設、研究方法、平衡微分方程、幾何方程、物理方程等）。2、推導平衡微分方程、幾何方程、物理方程。謝謝！Thanksforyourattention!問題和討論（Thequestionsanddiscussion)內蒙古科技大學機械工程學院任元2015-03知識分子的人格和修養(yǎng)知識分子的責任1、精于專業(yè)，推動人類文明發(fā)展能力、素質、品德2、社會擔當1）實踐仁義，傳播道德2）批評政治、捍衛(wèi)道義、為民請命3）批評異端、喚醒民眾知識分子的人格理想1、大丈夫精神居天下之廣居（仁），立天下之正位（禮），行天下之大道（義）。得志，與民由之；不得志，獨行其道。富貴不能淫，貧賤不能移，威武不能屈，此之謂大丈夫。頂天立地、一身正氣、剛正不阿。2、浩然正氣其為氣也，至大至剛，以直養(yǎng)而無害，則塞于天