自研有限元软件与ANSYS精度对比-Bar3D2Node三维杆单元模型-央视大裤衩实例

目录

1、“央视大裤衩”自研有限元软件求解

1.1、选择单元类型

1.2、导入“央视大裤衩”工程

1.3、节点坐标定义

1.4、单元连接关系、材料定义

1.5、约束定义

1.6、外载定义

1.7、矩阵求解

1.8、变形云图展示

1.9、节点位移

1.10、单元应力

1.11、节点支反力

2、“央视大裤衩”Ansys软件求解

2.1、变形云图

2.2、节点位移

2.3、单元应力

2.4、节点支反力

3、结果对比

3.1、节点位移对比

3.2、单元应力对比

3.3、节点支反力对比

本系列文章致力于实现“手搓有限元，干翻Ansys的目标”，基本框架为前端显示使用QT实现交互，后端计算采用Visual Studio C++。

基于前文的准备工作，已具备初步的有限元分析的全流程计算，为了验证计算的准确性，将自研的有限元软件与商业软件ANSYS的计算结果进行对比。

（也可以点击此处进行视频跳转）

1、“央视大裤衩”自研有限元软件求解

使用自研有限元软件对“央视大裤衩”进行求解。模型中所有单元的杨氏模量E = 7e10Pa，横截面积A = 2e-4m^2。模型状态如下图所示（这里借用了Ansys的模型展示状态）：

在模型底端全部使用铰支座进行X、Y、Z三个方向固定，除与地面接触的节点外，所有节点受到X正方向大小为1000N的力，模拟为风荷载。

1.1、选择单元类型

这里选择Bar_3D2Node单元（点击这里跳转到Bar3D2Node介绍）。

1.2、导入“央视大裤衩”工程

这里导入提前准备好的“央视大裤衩”模型。

1.3、节点坐标定义

这里显示的是模型中节点的ID、X坐标、Y坐标、Z坐标。

1.4、单元连接关系、材料定义

这里显示的是单元的ID、起始点ID、结束点ID、杨氏模量E、横截面积A。

1.5、约束定义

这里显示的是模型节点X方向是否约束(0为自由，1为约束)、X方向初始位移、Y方向是否约束(0为自由，1为约束)、Y方向初始位移、Z方向是否约束(0为自由，1为约束)、Z方向初始位移。所有方向的初始位移均设置为0.

1.6、外载定义

这里显示的是模型节点X方向初始荷载、Y方向初始荷载、Z方向初始荷载，依照荷载条件，与地面接触的节点无风荷载，除此之外所有的节点均受到X方向大小为1000N的初始荷载。

1.7、矩阵求解

控制台窗口打印的是每个单元的全局刚度矩阵。

1.8、变形云图展示

这里展示的是模型的变形云图，可以调整云图的色阶以及比例缩放。

1.9、节点位移

这里展示的是不同节点的位移。

1.10、单元应力

这里展示的是不同单元的应力。

1.11、节点支反力

这里展示的是不同节点的支反力。

2、“央视大裤衩”Ansys软件求解

2.1、变形云图

2.2、节点位移

这里展示的是局部节点位移。

2.3、单元应力

这里展示的是局部单元应力，由于与地面相连节点没有加风荷载，所以到27号单元应力才不为0.

2.4、节点支反力

在前12号节点均有荷载。

3、结果对比

在自研的有限元软件与Ansys软件的计算结果进行对比。

3.1、节点位移对比

这里只选取了部分节点进行数据对比。可以看出计算结果几乎一致，除了舍入误差保留精度之外。

3.2、单元应力对比

这里只选取了部分单元进行数据对比。可以看出计算结果几乎一致，除了舍入误差保留精度之外。

3.3、节点支反力对比

这里选取了全部固定节点进行数据对比。可以看出计算结果几乎一致，除了舍入误差保留精度之外。