重庆大学研究生有限元大作业.docx
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重庆大学研究生有限元大作业
课程研究报告
科目:
有限元分析技术教师:
阎春平
姓名:
色学号:
2
专业:
机械工程类别:
学术
上课时间:
2015年11月至2016年1月
考生成绩:
阅卷评语:
阅卷教师(签名)
有限元分析技术作业
姓名:
色序号:
是学号:
2
一、题目描述及要求
钢结构的主梁为高160宽100厚14的方钢管,次梁为直径60厚10的圆钢管(单位为毫米),材料均为碳素结构钢Q235;该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间。
主梁和次梁之间是固接。
试对在垂直于玻璃平面方向的2kPa的面载荷(包括玻璃自重、钢结构自重、活载荷(人员与演出器械载荷)、风载荷等)作用下的舞台进行有限元分析。
二、题目分析
根据序号为069,换算得钢结构框架为11列13行。
由于每个格子的大小为1×1(单位米),因此框架的外边框应为11000×13000(单位毫米)。
三、具体操作及分析求解
1、准备工作
执行UtilityMenu:
File→Clear&startnew清除当前数据库并开始新的分析,更改文件名和文件标题,如图1.1。
选择GUIfilter,执行Main Menu:
Preferences→Structural→OK,如图1.2所示
图1.1清除当前数据库并开始新的分析
图1.2设置GUIfilter
2、选择单元类型。
执行MainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→select→BEAM188,如图2.1。
之后点击OK(回到ElementTypeswindow)→Close
图2.1选择单元
3、定义材料属性
该钢结构材料为碳素结构钢Q235,其弹性模量为210GPa,执行MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic,此处协调单位制为mmkgs,故EX设为2.1E8,PRXY设置为0.3。
如图3.1所示,选择OK并关闭对话框。
图3.1设置材料参数
4、定义梁的截面
定义主梁和次梁的截面,执行MainMenu→Preprocessor→Sections→Beam→CommonSections,弹出如下图所示截面定义对话框。
输入ID1,按照选择方钢管,W1=100,W2=160,t1=t2=t3=t4=14;输入ID2,选择圆管,Ri=20,Ro=30,分别如图4.1与图4.2所示。
图4.3为主梁截面形状。
图4.1方管参数设置图4.2圆管参数设置
图4.3主梁截面形状
5、创建实体模型
执行Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→OnWorkingPlane,输入点坐标值,点击apply,如图5.1a。
依次创建(0,0),(11000,0),(11000,13000),(0,13000)4个关键点,结果如图5.1b所示。
执行Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→Straightline,两两拾取点,连点成线。
如图5.2所示。
图5.1a创建关键点
图5.1b创建关键点
图5.2创建模型
执行Preprocessor→Modeling→Copy→Lines,偏移1000,行数13,列数11,分别复制行和列,则几何模型创建完毕,如图5.3所示。
图5.3创建模型
6、划分单元,生成有限元模型
执行preprocessor→meshing→sizecntrls→manualsize→lines→Allline,输入单元长度1000,如图6.1。
图6.1设定单元长度
点击OK,结果如图6.2所示。
执行preprocessor→meshing→meshtool,设置global,如图6.3所示。
按mesh,选选取所有主梁。
再执行preprocessor→meshing→meshtool,设置global,如图6.4所示设置。
按mesh,再选择所有次梁。
网格划分完毕结果如图6.5。
图6.2单元长度划分
图6.3设置主梁MeshingAttributes
图6.4设置次梁MeshingAttributes
图6.5网格划分
7、合并重复nodes
执行Preprocessor→NumberingCtrls→MergeItems→OK。
执行utilitymenu:
plot→nodes,结果如图7.1所示
图7.1合并nodes
8、定义分析类型并施加约束
执行MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis,定义分类型为Static。
对模型施加约束,执行MainMenu→Solution→Apply→Structural→Displacement→OnNodes,选取6个点,1,26,15,44,20,2,约束选为ALLDOF。
执行MainMenu→Solution→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes,依次对4个角上的结点(1,26,2,15),边缘结点(39~48,27~38,16~25,3~14)以及中间的结点(剩余所有结点)施加FZ载荷,注意到力的单位是kgmm/s2,值分别为-500000、-1000000、-2000000。
结果如图8.1a,8.2b所示。
8.1b结点载荷,约束
8.1b结点载荷,约束
执行菜单项Utility→PlotCtrls→Style→SizeandShape,选中/Eshape,单击OK,执行菜单项Utility→→PlotCtrls→Symbol→Showpresandconvectas,选择Arrows,点击OK。
显示如图8.2a,b的结构模型及约束、载荷定义。
图8.2a施加约束、载荷的结构模型
图8.2b施加约束、载荷的结构模型
9、求解分析
执行MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS→OK,进行求解。
结果如图9.1所示。
图9.1求解完成
四、后处理
1、显示该结构的平面布置结构
执行PlotCtrls→Style→SizeandShape→DisplayofElement→on→Ok
2、显示结构的变形图
GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape→selectDef+Undeformed→OK,注意长度单位是mm。
结果如图2.1a,2.1b所示
图2.1a结构的变形图
图2.1b结构的变形图
3、求支座反力
执行MainMenu→GeneralPosproc→ListResults→ReactionSolu→AllstructforceF→OK,结果如图3.1。
可以看到X,Y方向的支座反力远小于Z方向,几乎为0,这与理论分析支座反力只有Z向的结果相符,注意力的单位是kgmm/s2。
同时1与2结点,15与26结点,20与44结点的支座反力相等,理论Z向总载荷为11x13x2=286kN,平摊到六个节点,每个节点为47kN,即0.47e8kgmm/s2。
仿真结果,6个节点Z向反力相加为284kN,每个节点力数量级为e8,仿真结果同样与理论分析结果相符。
图3.1支座反力
4、求结点的最大位移及其所在位置。
执行MainMenu→GeneralPosproc→ListResults→SortedListing→SortNodes,如图4.1所示设置,按OK。
图4.1结点排序设置
然后执行MainMenu→GeneralPosproc→ListResults→NodalSolution,弹出ListNodalSolution,选择DOFNodalsolution→DisplacementVectorSum点OK之后弹出结点位移按顺序排列的结果,如图4.2。
由输出结果可知,结点最大位移位于128结点上,最大位移值为226.27mm。
同样的主要位移在Z方向,与理论相符。
图4.2结点位移
执行MainMenu→GeneralPosproc→PlotResult→ContourPlot→NdalSolu,选择Displacementvectorsum点OK之后显示最大位移的结点位置,如图4.3a,b所示。
图4.3a最大位移结点位置
图4.3b最大位移结点位置
5、强度校核
对该结构中最危险单元(杆件)进行强度校核,执行MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ElementSolution→Stress,选择VonMissStress,结果如下图5.1所示,注意压强单位为kg/(s2mm)=kPa。
图5.1强度校核
如上图所示,可以看到机构上最小应力杆单元位于MN附近,应力最大的杆单元,MX附近边缘,考虑到对称性,应存在4个最大应力单元,通过放大图样可以放看到确实如此。
图5.2最大应力单元
材料是碳素结构钢Q235,其屈服极限是235MPa,由最大应力为416295kPa=416.295MPa可知,不符合强度要求。
附件
/BATCH
/COM,ANSYSRELEASERelease16.0BUILD16.0UP2014120308:
35:
07
!
*
/NOPR
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1
KEYW,PR_THERM,0
KEYW,PR_FLUID,0
KEYW,PR_ELMAG,0
KEYW,MAGNOD,0
KEYW,MAGEDG,0
KEYW,MAGHFE,0
KEYW,MAGELC,0
KEYW,PR_MULTI,0
/GO
!
*
/COM,
/COM,PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM,Structural
!
*
/PREP7
!
*
ET,1,BEAM188
!
*
!
*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.1E8
MPDATA,PRXY,1,,0.3
SECTYPE,1,BEAM,HREC,,0
SECOFFSET,CENT
SECDATA,100,160,14,14,14,14,0,0,0,0,0,0
SECTYPE,2,BEAM,CTUBE,,0
SECOFFSET,CENT
SECDATA,20,30,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
/UI,BEAM,OFF
FLST,3,4,8
FITEM,3,0,0,0
FITEM,3,11000,0,0
FITEM,3,11000,13000,0
FITEM,3,0,13000,0
K,,P51X
LSTR,4,1
LSTR,1,2
LSTR,2,3
LSTR,3,4
FLST,3,1,4,ORDE,1
FITEM,3,2
LGEN,13,P51X,,,,1000,,,0
FLST,3,1,4,ORDE,1
FITEM,3,1
LGEN,11,P51X,,,1000,,,,0
!
*
LESIZE,ALL,1000,,,,1,,,1,
TYPE,1
MAT,1
REAL,
ESYS,0
SECNUM,1
!
*
FLST,2,16,4,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-16
LMESH,P51X
TYPE,1
MAT,1
REAL,
ESYS,0
SECNUM,2
!
*
FLST,2,10,4,ORDE,2
FITEM,2,17
FITEM,2,-26
LMESH,P51X
NUMMRG,NODE,,,,LOW
FLST,2,6,1,ORDE,6
FITEM,2,1
FITEM,2,-2
FITEM,2,15
FITEM,2,20
FITEM,2,26
FITEM,2,44
!
*
/GO
D,P51X,,,,,,ALL,,,,,
FLST,2,4,1,ORDE,4
FITEM,2,1
FITEM,2,-2
FITEM,2,15
FITEM,2,26
!
*
/GO
F,P51X,FZ,-500000
FLST,2,44,1,ORDE,6
FITEM,2,3
FITEM,2,-14
FITEM,2,16
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FITEM,2,27
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!
*
/GO
F,P51X,FZ,-1000000
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!
*
/GO
F,P51X,FZ,-2000000
FINISH
/SOL
!
*
ANTYPE,0
/STATUS,SOLU
SOLVE
- 配套讲稿:
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- 重庆 大学研究生 有限元 作业