有限元方法及CAE軟件應(yīng)用考試題型

1、西安交通大學(xué)測(cè)試題有限元方法及CAE軟件使用（ANSYS）成績(jī)?cè)?日系別（所有答案均寫在答題紙上，需用圖形表示的答案參照試題畫簡(jiǎn)圖表示）考試日期年期末、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共18 分）1 在分析一個(gè)儲(chǔ)油管的強(qiáng)度時(shí)，為了減少計(jì)算量，應(yīng)該采用以下那種單元進(jìn)行分析（_B）A 實(shí)體單元B.殼單元C 梁?jiǎn)卧狣 平面單元2 熱生成率作為（_C_）加于單元上，可以模擬單元內(nèi)的熱生成，比如化 學(xué)反應(yīng)生熱或電流生熱。它的單位是單位體積的熱流率。A 點(diǎn)載荷B.面載荷C 體載荷D慣性載荷3. （_A_）用于確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性（固有頻率和振型） ， 即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中

2、的重要參數(shù)。A .模態(tài)分析B 靜力分析C .屈曲分析D .譜分析4. 一般情況下，將熱對(duì)流邊界施加到表面效應(yīng)單元， 而將熱流密度施加到實(shí) 體單元上，對(duì)表面效應(yīng)單元：設(shè)有孤立節(jié)點(diǎn)，則對(duì)流系數(shù)施加到表面效應(yīng)單元，流體溫度施加到孤立節(jié)點(diǎn)上，如果沒有孤立節(jié)點(diǎn)，則對(duì)流系數(shù)和流體溫 度都施加在（_A_）A .表面效應(yīng)單元B.單個(gè)節(jié)點(diǎn)C .實(shí)體單元D. Link單元5. 在給載流體建模時(shí)，多股絞線和實(shí)心導(dǎo)體的主要區(qū)別是（_A_）0A .多股絞線內(nèi)部不產(chǎn)生渦流，實(shí)心導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生渦流B.多股絞線內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生渦流，實(shí)心導(dǎo)體內(nèi)部不產(chǎn)生渦流C .多股絞線可以和電路耦合D.實(shí)心導(dǎo)體可以和電路耦合6. 對(duì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的電

3、磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行 2D分析時(shí)，有限兀模型應(yīng)該建立在全 局坐標(biāo)系的（_A_）平面內(nèi)。A. XY，XZ或YZ任意一個(gè)B. XYC. XZD. YZ7. 弓I起結(jié)構(gòu)非線性的原因很多，以下屬于狀態(tài)改變非線性問(wèn)題的是（_D_）A .橡膠圈受壓B.扁殼體受壓變形C .梁振動(dòng)D .彈性體接觸8. 和線彈性不同，非線性有限元不能使用（_B_）,且其結(jié)構(gòu)響應(yīng)和加載路 徑有關(guān)，也就是說(shuō)加載的順序可能是重要的。A .平面單元B.疊加原理C .瞬態(tài)分析D .慣性力8.和序貫耦合方法相比，直接耦合解法在解決具有（_A_）的耦合場(chǎng)相互作用問(wèn)題時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。A .高度非線性B.弱非線性C .線性D .熱結(jié)構(gòu)耦合西安交通大學(xué)測(cè)試題

4、二填充題(每空1分，共16分)1. ANSYS有兩種模式：一種是 ，另一個(gè)是。圖形交互模式，命令流模式2有限元模型的建立可分為兩種方法： 法為直接根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何外型建立節(jié)點(diǎn)和元素，因此只適應(yīng)于簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；反之， 法適應(yīng)于節(jié)點(diǎn)及元素?cái)?shù)目較多的復(fù)雜幾何外型機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，該 方法通過(guò)點(diǎn)、線、面、體積，先建立有限元模型，再進(jìn)行實(shí)體網(wǎng)格劃分，以 完成有限元模型的建立。直接法，間接法3穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程以矩陣形式表示為：式中：K 為矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù)；'t為節(jié)點(diǎn)向量；Q為節(jié)點(diǎn)向量，包含熱生成；ANSYS利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條

5、件，生成K 1、計(jì)以及。熱傳導(dǎo)，溫度，熱流率4. 使用如圖所示的單元來(lái)近似溫度分布時(shí)，單元的溫度函數(shù)的表達(dá)式為T(e)=，該單元屬于 次單元。TT二Cl+C2Xi+C3X2+C4X4，三次5. 在做包含運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的2D靜態(tài)磁場(chǎng)分析時(shí)，可以用來(lái)衡量計(jì)算精度，一般這個(gè)數(shù)在數(shù)量級(jí) 以內(nèi)，則表明計(jì)算精度較高。磁雷諾數(shù)，16. 在采用矢量磁位（MVP）方法進(jìn)行2D電磁場(chǎng)分析時(shí)，單元自由度中表征磁場(chǎng)的基本量是，在后處理中磁力線指的是 。AZ （或矢量磁位的Z分量），等AZ線（或等矢量磁位線）7. ANSYS將一般接觸問(wèn)題分為兩類：和。剛體對(duì)柔體，柔體對(duì)柔體8. ANSYS中APDL是 的縮寫。ANSYS參數(shù)

6、化設(shè)計(jì)語(yǔ)言共5頁(yè) 第4頁(yè)三、請(qǐng)舉例說(shuō)明用 ANSYS求解工程問(wèn)題的主要步驟。（14分）1)2)3)4)5)四、什么是模態(tài)分析？模態(tài)分析的都有什么功能？ANSYS的模態(tài)分析有哪幾種 方法？（ 14分）答：模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振 動(dòng)領(lǐng)域中的使用。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有 頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個(gè) 計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱為模態(tài)分析。這個(gè)分析過(guò)程如果是由有限元計(jì)算的方法取 得的，則稱為計(jì)算模記分析；如果通過(guò)試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入和輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)參 數(shù)識(shí)別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。通常，模

7、態(tài)分析都是指試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)的固有的、整體的特性。如果通過(guò)模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié) 構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性，就可能預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻 段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè) 計(jì)及設(shè)備的故障診斷的重要方法。模態(tài)分析最終目標(biāo)在是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)， 為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì) 提供依據(jù)。模態(tài)分析技術(shù)的使用可歸結(jié)為一下幾個(gè)方面：評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性； 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)； 診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障； 控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲； 識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。在ANSYS

8、中有以下幾種提取模態(tài)的方法：Block Lanczos法、子空間法、PowerDynamics法、縮減法、不對(duì)稱法、阻尼法五、耦合場(chǎng)分析時(shí)，單元SOLID5, PLANE13分別滿足什么平衡方程？請(qǐng)寫出相 應(yīng)的方程？ （ 12分）六、試回答什么是瞬態(tài)熱分析，并寫出相應(yīng)的有限兀系統(tǒng)方程。（12分）答：瞬態(tài)傳熱過(guò)程是指一個(gè)系統(tǒng)的加熱或冷卻過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)的溫 度、熱流率、熱邊界條件以及系統(tǒng)內(nèi)能隨時(shí)間都有明顯變化。 根據(jù)能量守恒原理, 瞬態(tài)熱平衡可以表達(dá)為（以矩陣形式表示）：lC Kt + iK 并 = q i式中：K為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀系數(shù);C為比熱矩陣，考慮系統(tǒng)內(nèi)能的增加；T為節(jié)點(diǎn)溫度向量；?。簽闇囟葘?duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；Q為節(jié)點(diǎn)熱流率向量，包含熱生成七、 簡(jiǎn)述采用矢量磁位（MVP）方法進(jìn)行電磁場(chǎng)分析的優(yōu)缺點(diǎn)。（12分） 答：優(yōu)點(diǎn)：a）可包括速度效應(yīng)b）可耦合電路c）可解決運(yùn)動(dòng)問(wèn)題缺點(diǎn)：a）自由度多，速度慢，b）3D分析時(shí)，如果在不同媒質(zhì)界面處向量勢(shì)的法向分量很大時(shí)，會(huì)存在奇異性， 使計(jì)算精度