第9章桁架和梁的有限元分析Word格式.docx
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三维线形(3节点)有限应变梁单元。
通过对桁架和梁进行有限元分析,可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位
移动画等结果。
第2节桁架的有限元分析实例
、案例1――2D桁架的有限元分析
人字形屋架的几何尺寸如图9-1所示。
杆件截面尺寸为0.01m2,试进行静力分析,对人
字形屋架进行静力分析,给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。
m
条件
人字形屋架两端固定,弹性模量为2.0>
1011N/m2,
泊松比为0.3。
问题
制定分析方案。
材料弹性材料,结构静力分析,属2D桁架的静力分析问题,选用Link1单元。
建立坐标系及各节点定义如图9-1所示,边界条件为1点和5点固定,6、7、8点各
受1000N的力作用。
1.ANSYS分析开始准备工作
(1)清空数据库并开始一个新的分析选取Utility>
Menu>
File>
Clear&
StartNew,弹出ClearsdatabaseandStartNew对话框,单击OK按钮,弹出Verify对话框,单击OK按钮完成清空数据库。
(2)指定新的工作文件名指定工作文件名。
选取Utility>
Menu>
File>
ChangeJobname,
弹出ChangeJobname对话框,在EnterNewJobname项输入工作文件名,本例中输入的工作
文件名为“2Dspar”,单击OK按钮完成工作文件名的定义。
(3)指定新的标题指定分析标题。
ChangeTitle,弹出Change
Title对话框,在EnterNewTitle项输入标题名,本例中输入“21-feparproblem为标题名,然后单击OK按钮完成分析标题的定义。
(4)重新刷新图形窗口选取Utility>
Plot>
Replot,定义的信息显示在图形窗口中。
(5)定义结构分析运行主菜单MainMenu>
Preferences,出现偏好设置对话框,赋值分析模块为Structure结构分析,单击OK按钮完成分析类型的定义。
2.定义单元类型
运行主菜单MainMenu>
Preprocessor>
ElementType>
Add/Edit/Delete命令,弹出ElementTypes对话框,单击Add按钮新建单元类型,弹出LibraryofElementTypes对话框,先选择
单元大类为Link,接着选择2DSpar1(Link1),单击OK按钮,完成单元类型选择,单击Close按钮完成设置,如图9-2所示。
图9-2定义单元类型
3•定义实常数
运行主菜单MainMenu>
RealConstantsAdd/Edit/Delete命令,弹出实常数定义对话框,单击Add按钮进入实例常量输入对话框,在AREA项输入杆的横截面面积(实
例常数)0.01米,单击OK按钮完成实例常量输入。
回到实例常量对话框,此时显示出新建编号为1的实例常量,单击Close按钮完成输入,如图9-3所示。
图9-3定义实常数
4.定义材料属性
MaterialProps>
MaterialModels命令,系统显示材
料属性设置对话框,在材料属性对话框中依次选择Structure>
Linear、Elastic、Isotropic,如
图9-4所示。
完成选择后,弹出材料属性输入对话框,分别输入弹性模量2e11,泊松比0.3,如图9-5
所示,单击OK按钮完成材料属性输入并返回图9-4。
5.建立分析模型
采用直接建模的方式建立桁架的分析模型,具体操作步骤如下:
(1)创建节点1—8节点坐标如表9-2所示。
运行主菜单MainMenu>
Modeling>
Create>
Nodes>
lnActiveCS出现如图9-6所示的创建节点输入对话框,输入节点号
1及x,y,z坐标,按Apply完成节点1的创建,同理创建节点2—8,单击OK按钮完成节点创建。
表9-2几何模型节点坐标
节点号
在活动坐标系的X,Y,Z坐标
1
(0,0,0)
2
(2,0,0)
3
(4,0,0)
4
(6,0,0)
5
(8,0,0)
6
(6,1,0)
7
(4,2,0)
8
(2,1,0)
运行菜单UtilityMenu>
PlotCtrls>
Numbering弹出PlotNumberingControls选择对话框,
将NODE置为On,显示节点编号。
(2)建立杆件单元运行主菜单Main
Modeling>
Create>
Elements>
AutoNumbered>
ThruNodes,弹出ElementfromNodes对象拾取框,在屏幕上拾取杆件的两端节点1,2,按Apply完成第一个杆单元
的生成,同理,依次拾取杆件的两端节点,按Apply完成杆单元的生成,单击OK按钮完成
单元生成,如图9-7所示。
AN
NODEKUH
MAY1?
200^
22:
药:
灼
problem
图9-7人字形屋架有限元模型
6.施加约束和载荷
(1)施加约束运行主菜单MainMenu>
Solution>
DefineLoads>
Apply>
Structural>
Displacement>
OnNodes,出现拾取菜单,依次选择节点1和2,单击OK按钮出现约束定义对话框,如图9-8所示,选择AllDOF约束所有自由度,其它项默认,再单击OK按钮,完
成约束定义。
(2)施加载荷运行主菜单MainMenu>
Solution>
DefineLoads>
Force/Moment>
OnNodes命令,出现拾取菜单,依次选择节点6、7和8,单击OK按钮出现载荷定义对话框,如图9-9所示,载荷类型为集中力FY,数值为-1000,再单击OK按钮完成载荷的施加。
图9-8施加约束
图9-9施加载荷
7•求解
CurrentLS命令,出现SolveCurrentLoadStep对话框,单击/STATCommand窗口菜单/STATCommand>
Close关闭/STATCommand窗口,然后单击SolveCurrentLoadStep菜单中OK按钮确定,计算机开始进行求解,求解完成后出现
“Solutionisdone提示表示求解完成,单击Close按钮完成求解。
选择菜单路径MainMenu>
Finish退出求解器。
&
查看分析结果
(1)显示节点(单元)位移云图运行主菜单MainMenu>
GeneralPostproc>
PlotResults>
ContourPlot>
NodalSolu(orElementSolu)命令,选择DOFSolution>
DisplacementVectorsum合位移,单击OK按钮,节点位移云图如图9-10所示。
(2)定义单元表在ANSYS中有些数据无法直接访问,需要通过定义单元表完成单元结果的访问。
首先,选择拟定义的单元表的识别变量和序列号。
启动ANSYS帮助菜单的HelpTopics
出现帮助主题,选择索引"
选项卡并填入分析单元名称Link1回车,出现单元Link1的单元
输出定义如图9-11所示。
由Link1的单元输出表可知,本例中拟显示的轴向力和轴向应力的名称为MFORX和SALX;
再到Table1.2(如图9-12所示)查得MFORX和SALX的单元命令项目和序列号分别为SMISC,1和LS,1。
其次,定义单元表。
GeneralPostproc>
ElementTable>
Define
Table,弹出的菜单按Add…,出现单元表定义对话框如图9-13所示。
HO[>
AL50LUTI0B
MAY172006
STEF-1
占-1
TIHE^I
USUM(AW}
RSVS-O
=.21!
5E-O4
=.21^E-04
D.477E-05„955E-&
5.14JE-4J4.191E-D^
.Z5»
E-05..119E-04._21^E-04
2D-sparproblem
图9-10显示变形图
Jabl*MLINK!
ElrmrutOwtjMil;
ItdlnItWris
Nzimr
Befukl.ti.nl.
o
R
EL
EliTTVirt対LTT±
"
5T
V
Y
NODES
Elinwri.nodjenuni-srs(Ian日J)
MAT
1-faLeridluumberfdr「Uieeleirienl
VOLU
Elernjert.volume
XC3YC
Ltd旧nwluerere^jlL^art?
r-uptclid
r
2.
TEMP
TeriiperalunfaltWxfefIacidJ
FLUEt-T
dJuodesIaitdJ
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Q
L'
tc-euiHk?
elczrjwC.cGordji^r!
細汛so:
.:
■:
Ji
s
^51
汨口=1l?
i-L上:
11知
Q
首
EPE1AXL
Ax^alelaitieintkeelemeid:
EPTHAKL
AxialthermalslrwmItieeLst'
ienL
EPDSUXKL
Axial讹汕1straitintbe
SEF'
L
E^UL*aIemzLfEssfrom止陀stress-straincurve
SRJ\T
E^LioMlnalg血弟协UiezlrE弟onyieldskrfto
EPEQ
plastLCfthnij
HPREE
HydfiDStabCprKSdrt
EPFLAXL
AKialpjastiestrain
EPiJRAKL
A^daicreepstrain
EP5WAXL
Axialswellingstrain
图9-11Linkl的单元输出定义
IFJblk1.2LINIOlHernaitdSe*qi>
nLcrNumbeirt
OutputQuurtl.1^WUttf
ETABO:
uid战ObCwnmandInput
Itm
E
J
SAXL
U
]
EPELAXL
LE^EL
EFTHAXL
LEPTH
-
efswaxl
LEPOT
E3>
1NAXL
LEFTH
EPPLAXL
LEPPL
EFCRAXL
LEPOR
8EPL
NUN
SRAT
HUH
HPKE8
KUN
?
MUN
MFOTOC
湘盟
ELUEN
HM9C
I
L^FE
输入显示轴向力名称Asix-For,在Item,Comp中分别选Bysequeneenum和SMISC,1,按Apply完成轴向力的定义;
同理,输入显示轴向应力名称Asix-Str,在Item,Comp中分
别选Bysequeneenum和LS,1,按OK完成轴向应力的定义。
按Close完成定义。
图9-13定义单元表
(3)显示轴向力和轴向应力运行主菜单MainMenu>
Element
Table>
ListElmTable,弹出选择列表项菜单如图9-14所示,选择前面定义的ASIX-FOR和ASIX-STR,按OK。
输出的轴向力和轴向应力列表如图9-15所示。
Dtkta
ASIX~FOR
ASIX-STR
■
Itens1-10GRP]
Items;
11-20GRF1:
图9-14访问定义的单元表
mkkmmF05T1-ELEMENT
TRHLtLJ.3IIJ.riGKjcx河忆
STftT
CURRENT
ELEJH
fiSIX*FOR
MS.Mi
-5G0M.
■迹.06
-3354.1
-e,33S41
G
-3354,1
-9.33541E+«
-3354d
-S.33541E+«
启
»
3S>
4.1
0.98IM
a.Mae
10
-leee.e
-»
.1MeeE+M
11
-ieeu.9
-t.ieeeee^B
12
1414.2
.141t|2E*«
13
H14.2
6.H142E+06
图9-15输出的轴向力和轴向应力列表
(4)显示轴力(轴向应力)图运行主菜单MainMenu>
GeneralPostproe>
ContourPlot>
LineElemRes,弹出单元表结果选择对话框如图9-16所示,LabI和LabJ项分
别选择ASIX-FOR,KUND(轴力图显示比例)输入0.6,按0K输出轴力图9-17所示。
-3354-229^-1235-175.225444.401
-3fl2-5-1.765-7Wa36:
S詁目枷H14
20-sparproblem
图9-17显示轴力图
、案例2——3D桁架的有限元分析
材料密度为7800kg/m3,弹性模量为2.0X011N/m2,泊松比为0.3。
属3D桁架的静力分析问题,选用Link8
9-18所示,边界条件为上弦周边固定,载
材料弹性材料,结构静力分析,单元。
坐标原点为上弦坐下角,建立坐标系如图荷为杆件自重。
1.ANSYS分析开始准备工作
(1)
选取Utility>
StartNew,弹
OK按钮,弹出Verify对话框,单击OK按钮
清空数据库并开始一个新的分析
出ClearsdatabaseandStartNew对话框,单击完成清空数据库。
文件名为“3Dspar”,单击OK按钮完成工作文件名的定义。
Title对话框,在EnterNewTitle项输入标题名,本例中输入“3Dsparproblem为标题名,然
后单击OK按钮完成分析标题的定义。
Preferences,出现偏好设置对话框,赋值
分析模块为Structure结构分析,单击OK按钮完成分析类型的定义。
单元大类为Link,接着选择3DSpar8(Link8),单击OK按钮,完成单元类型选择,单击Close按钮完成设置,如图9-19所示。
例常数)4.91e-4米,单击0K按钮完成实例常量输入。
回到实例常量对话框,此时显示出新建编号为1的实例常量,单击Close按钮完成输入,如图9-20所示。
图9-19定义单元类型
图9-20定义实常数
MaterialModels命令,系统显示材料属性设置对话框,在材料属性对话框中依次选择Structure>
图9-21所示。
完成选择后,弹出材料属性输入对话框,分别输入弹性模量2e11,泊松比0.3,如图9-22
所示,单击OK按钮完成材料属性输入并返回图9-21。
选择Densiy,弹出密度定义对话框图9-23,输入密度7800,单击OK按钮返回。
完成材料属性设置后,单击对话框右上方“X按钮离开材料属性设置。
图9-21进入材料属性设置
图9-22定义材料属性
图9-23定义材料密度
(1)创建上弦平面节点运行主菜单MainMenu>
Modeling>
lnActiveCS,出现对话框输入如下一些节点坐标,单击Apply按钮
即可完成各节点的定义。
上弦平面节点的X坐标分别为0,1,2,3,4,5,对每个X坐标值,Y坐标分别取0,1,2,3,4,5,Z坐标均取0,共定义6>
6为36个节点,如图9-24所示。
(2)创建下弦平面节点下弦平面节点的X坐标分别为0.5,1.5,2.5,3.5,4.5,对
每个X坐标值,Y坐标分别取0.5,1.5,2.5,3.5,4.5,Z坐标均取-0.7,共定义5X5为25个节点,如图9-25所示。
注意:
在定义节点过程中,无需输入节点的编号,程序将按输入节点的先后顺序自动为所有节点编号。
(3)建立杆件单元运行主菜单MainMenu>
Modeling>
Elements>
ThruNodes,弹出ElementfromNodes对象拾取框,在屏幕上依次拾取各杆件两端节点,按Apply完成第一个杆单元的生成,同理,依次拾
取杆件的两端节点,按Apply完成杆单元的生成,单击OK按钮完成单元生成。
Numbering弹出PlotNumberingControls选择对话框,将NODE置为On,显示节点编号。
运行菜单UtilityMenu>
Muti-Plots显示单元和节点。
通过连接节点直接建立模型的到的网架结构模型如图9-26所示。
IB
3D
凹;
5吕VP
17
23
罗
1甘
22
2:
14
a
中
21
27
33
工右
32
15
25
31
HAYla2Q06
3加
图9-25创建下弦节点
AN"
Iff
24
30
36M^fLB2004
01:
21:
。
百
51
5E
辭
35
40
4B
弭
55
5B
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- 桁架 有限元分析