成绩 西安交通大学考试题 课 程 有限元方法及CAE软件应用（ANSYS） 系 别 考 试 日 期 年 月 日 专业班号 Ö 姓 名 学 号 期中 期末 题号 一 二 三 四 五 六 七 得分 （所有答案均写在答题纸上，需用图形表示的答案参照试题画简图表示） 一、单项选择题（每题2分，共18分） 1．在分析一个储油管的强度时，为了减少计算量，应该采用以下那种单元进行分析（_B___）。

A．实体单元 B．壳单元 C．梁单元 D．平面单元 2．热生成率作为（_C___）加于单元上，可以模拟单元内的热生成，比如化学反应生热或电流生热。它的单位是单位体积的热流率。

A．点载荷 B．面载荷 C．体载荷 D．惯性载荷 共5页 第 1 页 3．（_A__）用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

A．模态分析 B．静力分析 C．屈曲分析 D．谱分析 4. 一般情况下，将热对流边界施加到表面效应单元，而将热流密度施加到实体单元上，对表面效应单元：设有孤立节点，则对流系数施加到表面效应单元，流体温度施加到孤立节点上，如果没有孤立节点，则对流系数和流体温度都施加在（_A__）。

A．表面效应单元 B．单个节点 C．实体单元 D．Link单元 5. 在给载流体建模时，多股绞线和实心导体的主要区别是（_A__）。

A．多股绞线内部不产生涡流，实心导体内部会产生涡流 B．多股绞线内部会产生涡流，实心导体内部不产生涡流 C．多股绞线可以和电路耦合 D．实心导体可以和电路耦合 共5页 第 2页 6．对一个旋转对称的电磁场问题进行2D分析时，有限元模型应该建立在全局坐标系的（_A__）平面内。

A．XY，XZ或YZ任意一个 B．XY C．XZ D．YZ 7. 引起结构非线性的原因很多，以下属于状态改变非线性问题的是（_D__）。

A．橡胶圈受压 B．扁壳体受压变形 C．梁振动 D．弹性体接触 8．与线弹性不同，非线性有限元不能使用（_B__），且其结构响应与加载路径有关，也就是说加载的顺序可能是重要的。

A．平面单元 B．叠加原理 C．瞬态分析 D．惯性力 8．和序贯耦合方法相比，直接耦合解法在解决具有（_A__）的耦合场相互作用问题时更具优势。

A．高度非线性 B．弱非线性 C．线性 D．热－结构耦合 共5页 第 3页 西安交通大学考试题 二．填充题（每空1分，共16分） 1．ANSYS有两种模式：一种是_ ，另一个是_ 。

图形交互模式，命令流模式 2．有限元模型的建立可分为两种方法：_ 法为直接根据机械结构的几何外型建立节点和元素，因此只适应于简单的机械结构系统；
反之， _ 法适应于节点及元素数目较多的复杂几何外型机械结构系统，该方法通过点、线、面、体积，先建立有限元模型，再进行实体网格划分，以完成有限元模型的建立。

直接法，间接法 3．稳态热分析的能量平衡方程以矩阵形式表示为：
　　 式中：为_ 矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；

为节点_ 向量；

为节点_ 向量，包含热生成；

　　ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成、以及。

热传导，温度，热流率 4. 应用如图所示的单元来近似温度分布时，单元的温度函数的表达式为T(e)= _ ，该单元属于_ 次单元。

T(e)=c1+c2Xi+c3X2+c4X4，三次 5. 在做包含运动导体的2D静态磁场分析时，可以用_ 来衡量计算精度，一般这个数在数量级_ 以内，则表明计算精度较高。

磁雷诺数，1 6. 在采用矢量磁位(MVP)方法进行2D电磁场分析时，单元自由度中表征磁场的基本量是_ ，在后处理中磁力线指的是_ 。

AZ（或矢量磁位的Z分量），等AZ线（或等矢量磁位线） 7．ANSYS将一般接触问题分为两类: _ 和_ 。

刚体对柔体，柔体对柔体 8．ANSYS中APDL 是 _ 的缩写。

ANSYS 参数化设计语言 共5页 第4页 三、请举例说明用ANSYS求解工程问题的主要步骤。（14分） 四、什么是模态分析？模态分析的都有什么功能？ANSYS的模态分析有哪几种方法？（14分） 答：模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；
如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。

模态分析技术的应用可归结为一下几个方面：
1) 评价现有结构系统的动态特性；

2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；

3) 诊断及预报结构系统的故障；

4) 控制结构的辐射噪声；

5) 识别结构系统的载荷。

在ANSYS中有以下几种提取模态的方法：Block Lanczos法、子空间法、PowerDynamics法、缩减法、不对称法、阻尼法 五、耦合场分析时，单元 SOLID5, PLANE13分别满足什么平衡方程？请写出相应的方程？（12分） 六、试回答什么是瞬态热分析，并写出相应的有限元系统方程。（12分） 答：瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：
式中：[K]为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；

[C]为比热矩阵,考虑系统内能的增加; {T}为节点温度向量；

为温度对时间的导数; {Q}为节点热流率向量，包含热生成 七、简述采用矢量磁位(MVP)方法进行电磁场分析的优缺点。（12分） 答：优点：
a) 可包括速度效应 b) 可耦合电路 c) 可解决运动问题 缺点：
a) 自由度多，速度慢， b) 3D分析时，如果在不同媒质界面处向量势的法向分量很大时，会存在奇异性，使计算精度降低。

八、ANSYS中对于什么样的接触可以用耦合或约束方程代替接触进行分析？这样做的好处是什么？（12分） 答：如果接触模型没有摩擦, 接触区域始终粘在一起, 并且分析是小挠度、小转动问题, 那么可以用耦合或约束方程代替接触。使用耦合或约束方程的优点是分析还是线性的。

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