深圳大学研究生课程论文
题目 利用有限元分析软件进行结构设计强度验证 成绩
专业 机械工程
课程名称、代码 有限元分析技术
年级 2013 姓名 曹曾伟
学号 [1**********] 时间 2013 年 12 月
利用有限元分析软件进行结构设计验证
姓名 曹曾伟 学号 [1**********] 专业 机械工程
摘 要：随着计算机技术的迅速发展，在工程领域中，有限元分析（FEA）越来越多地用于仿真模拟，来求解真实的工程问题。这些年来，越来越多的工程师、应用数学家和物理学家已经证明这种采用求解偏微分方程（PDE）的方法可以求解许多物理现象，这些偏微分方程可以用来描述流动、电磁场以及结构力学等等。有限元方法用来将这些众所周知的数学方程转化为近似的数字式图象，方便我们做简单的验证。
关键词：有限元；Patran，Nastran;
概 述:
现有工程设计人员进行产品设计中，利用Pro/E 软件建立了产品三维实体模型，多根据经验参数进行强度分析，设计完成后，做实物模型来进行强度品质试验，再根据试验结果修改设计，如此循环，导致产品设计进度缓慢，费用高。本文利用采用Patran/Nastran有
限元分析软件对产品三维设计进行有限元静应力分析。验证结构设计强度，大大节省了产品设计的人力物力。
本例以下图中的支撑杆为例，进行结构强度验证：
已知支撑杆使用材料为ABS757，查得材料的弹性模量为200Mpa，泊松比为0.394，
支撑杆
正 文:
1 模型导入：
软件环境要求计算机已经安装好Patran/Nastran有限元分析软件，支撑杆原有设计在Pro/e软件中，将支撑杆转为igs
格式文件，导入Patran中，如下图，打开Patran2010，新建文件strut.db,如下图所示：
2 操作步骤：
2.1 设置环境，选择菜单栏Preferences,点击Geometry,将单位更改为mm单位制，与proe导入的零件单位保持一致，如下图：
2.2 建立模型，点击Geometry,选择file，import，将proe导出的lizhu.igs文件导入Patran中，如下图：
2.3 划分单元格，点击Elements,右侧选择create，mesh,solid,向下选择tet,tetmesh,tet4,单元格数值输入2，点击Apply，划分好单元格，如下图：
2.4 施加载荷和边界条件，
2.4.1 施加边界条件，点击Loads/BCs,右侧选择create，displacement,nodal,创建新的边界名称displacement1，选择input data ，在右侧translations输入,在rotations输入,点击ok，选择select application region，选择geometry，选择支撑杆的下底面，点击add，再点击ok，点击Apply，设定好边界条件，如下图：
2.4.1 施加载荷，点击Loads/BCs,右侧选择create，total load,创建新的载荷名称load1，选择input data ，在右侧translations输入,点击ok，选择select application region，选择支撑杆的顶部内孔表面，点击add，再点击ok，点击Apply，设定好边界条件，如下图：
2.5 设定材料参数，点击materials,右侧选择create，isotropic，manual input，创建新的材料名称abs757，选择input properties，在弹出菜单输入弹性模量和泊松比，点击ok，点击Apply，设定好材料参数。
2.6 设定性能参数，点击properties,右侧选择create，3d，solid，选择input properties，在弹出菜单material name，右侧点击，选择之前建立的材料名称abs757，点击ok，点击Apply，设定好性能参数。
2.7 进行分析
2.7.1 软件分析，点击analysis，右侧选择analyze entire model，full run，下面solution type 点击选择linear static，点击ok，点击Apply，完成分析。
2.7.2 提取分析结果，点击analysis，右侧选择access results，attach
xdb，result entities，点击Apply，完成提取。
2.8显示分析结果，点击results,右侧选择create，quick plot，右侧结果，点击Apply，可以看到直观的分析结果。
3 结论
从以上操作步骤来看，有限元软件使用比较简单直观，只需要几步就可以计算出系统的静力分析模型，得出的结果与实验值基本接近，可以在以后的设计中节省验证的时间和费用。同时，由于企业对新技术的需求更加迫切，而有限元数值模拟技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计领域已使设计水平发生了质的飞跃。
参考文献：
[1] 黄聪.Patran从入门到精通[M].中国水利水电出版社,2003.
[3] 马爱军等.Patran与Nastran有限元分析。 [M].清华大学出版社,2005.
深圳大学研究生课程论文
题目 利用有限元分析软件进行结构设计强度验证 成绩
专业 机械工程
课程名称、代码 有限元分析技术
年级 2013 姓名 曹曾伟
学号 [1**********] 时间 2013 年 12 月
利用有限元分析软件进行结构设计验证
姓名 曹曾伟 学号 [1**********] 专业 机械工程
摘 要：随着计算机技术的迅速发展，在工程领域中，有限元分析（FEA）越来越多地用于仿真模拟，来求解真实的工程问题。这些年来，越来越多的工程师、应用数学家和物理学家已经证明这种采用求解偏微分方程（PDE）的方法可以求解许多物理现象，这些偏微分方程可以用来描述流动、电磁场以及结构力学等等。有限元方法用来将这些众所周知的数学方程转化为近似的数字式图象，方便我们做简单的验证。
关键词：有限元；Patran，Nastran;
概 述:
现有工程设计人员进行产品设计中，利用Pro/E 软件建立了产品三维实体模型，多根据经验参数进行强度分析，设计完成后，做实物模型来进行强度品质试验，再根据试验结果修改设计，如此循环，导致产品设计进度缓慢，费用高。本文利用采用Patran/Nastran有
限元分析软件对产品三维设计进行有限元静应力分析。验证结构设计强度，大大节省了产品设计的人力物力。
本例以下图中的支撑杆为例，进行结构强度验证：
已知支撑杆使用材料为ABS757，查得材料的弹性模量为200Mpa，泊松比为0.394，
支撑杆
正 文:
1 模型导入：
软件环境要求计算机已经安装好Patran/Nastran有限元分析软件，支撑杆原有设计在Pro/e软件中，将支撑杆转为igs
格式文件，导入Patran中，如下图，打开Patran2010，新建文件strut.db,如下图所示：
2 操作步骤：
2.1 设置环境，选择菜单栏Preferences,点击Geometry,将单位更改为mm单位制，与proe导入的零件单位保持一致，如下图：
2.2 建立模型，点击Geometry,选择file，import，将proe导出的lizhu.igs文件导入Patran中，如下图：
2.3 划分单元格，点击Elements,右侧选择create，mesh,solid,向下选择tet,tetmesh,tet4,单元格数值输入2，点击Apply，划分好单元格，如下图：
2.4 施加载荷和边界条件，
2.4.1 施加边界条件，点击Loads/BCs,右侧选择create，displacement,nodal,创建新的边界名称displacement1，选择input data ，在右侧translations输入,在rotations输入,点击ok，选择select application region，选择geometry，选择支撑杆的下底面，点击add，再点击ok，点击Apply，设定好边界条件，如下图：
2.4.1 施加载荷，点击Loads/BCs,右侧选择create，total load,创建新的载荷名称load1，选择input data ，在右侧translations输入,点击ok，选择select application region，选择支撑杆的顶部内孔表面，点击add，再点击ok，点击Apply，设定好边界条件，如下图：
2.5 设定材料参数，点击materials,右侧选择create，isotropic，manual input，创建新的材料名称abs757，选择input properties，在弹出菜单输入弹性模量和泊松比，点击ok，点击Apply，设定好材料参数。
2.6 设定性能参数，点击properties,右侧选择create，3d，solid，选择input properties，在弹出菜单material name，右侧点击，选择之前建立的材料名称abs757，点击ok，点击Apply，设定好性能参数。
2.7 进行分析
2.7.1 软件分析，点击analysis，右侧选择analyze entire model，full run，下面solution type 点击选择linear static，点击ok，点击Apply，完成分析。
2.7.2 提取分析结果，点击analysis，右侧选择access results，attach
xdb，result entities，点击Apply，完成提取。
2.8显示分析结果，点击results,右侧选择create，quick plot，右侧结果，点击Apply，可以看到直观的分析结果。
3 结论
从以上操作步骤来看，有限元软件使用比较简单直观，只需要几步就可以计算出系统的静力分析模型，得出的结果与实验值基本接近，可以在以后的设计中节省验证的时间和费用。同时，由于企业对新技术的需求更加迫切，而有限元数值模拟技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计领域已使设计水平发生了质的飞跃。
参考文献：
[1] 黄聪.Patran从入门到精通[M].中国水利水电出版社,2003.
[3] 马爱军等.Patran与Nastran有限元分析。 [M].清华大学出版社,2005.