ANSYS实例分析报告内有结果.doc
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ANSYS实例分析报告内有结果.doc
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【ANSYS算例】3.4.2
(1)基于图形界面的桁架桥梁结构分析(stepbystep)
下面以一个简单桁架桥梁为例,以展示有限元分析的全过程。
背景素材选自位于密执安的"OldNorthParkBridge"(1904-1988),见图3-22。
该桁架桥由型钢组成,顶梁及侧梁,桥身弦杆,底梁分别采用3种不同型号的型钢,结构参数见表3-6。
桥长L=32m,桥高H=5.5m。
桥身由8段桁架组成,每段长4m。
该桥梁可以通行卡车,若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置,假设卡车的质量为4000kg,若取一半的模型,可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1,P2和P3,其中P1=P3=5000N,P2=10000N,见图3-23。
图3-22位于密执安的"OldNorthParkBridge"(1904-1988)
图3-23桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)
表3-6桥梁结构中各种构件的几何性能参数
构件
惯性矩m4
横截面积m2
顶梁及侧梁(Beam1)
桥身弦梁(Beam2)
底梁(Beam3)
解答以下为基于ANSYS图形界面(GraphicUserInterface,GUI)的菜单操作流程。
(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名):
TrussBridge→Run→OK
(2)设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences…→Structural→OK
(3)定义单元类型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete...→Add…→Beam:
2delastic3→OK(返回到ElementTypes窗口)→Close
(4)定义实常数以确定梁单元的截面参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add…→selectType1Beam3→OK→inputRealConstantsSetNo.:
1,AREA:
2.19E-3,Izz:
3.83e-6(1号实常数用于顶梁和侧梁)→Apply→inputRealConstantsSetNo.:
2,AREA:
1.185E-3,Izz:
1.87E-6(2号实常数用于弦杆)→Apply→inputRealConstantsSetNo.:
3,AREA:
3.031E-3,Izz:
8.47E-6(3号实常数用于底梁)→OK(backtoRealConstantswindow)→Close(theRealConstantswindow)
(5)定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic→inputEX:
2.1e11,PRXY:
0.3(定义泊松比及弹性模量)→OK→Density(定义材料密度)→inputDENS:
7800,→OK→Close(关闭材料定义窗口)
(6)构造桁架桥模型
生成桥体几何模型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS→NPTKeypointnumber:
1,X,Y,ZLocationinactiveCS:
0,0→Apply→同样输入其余15个特征点坐标(最左端为起始点,坐标分别为(4,0),(8,0),(12,0),(16,0),(20,0),(24,0),(28,0),(32,0),(4,5.5),(8,5.5),(12,5.5),(16.5.5),(20,5.5),(24,5.5),(28,5.5))→Lines→Lines→StraightLine→依次分别连接特征点→OK
网格划分
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshAttributes→PickedLines→选择桥顶梁及侧梁→OK→selectREAL:
1,TYPE:
1→Apply→选择桥体弦杆→OK→selectREAL:
2,TYPE:
1→Apply→选择桥底梁→OK→selectREAL:
3,TYPE:
1→OK→ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool→位于SizeControls下的Lines:
Set→ElementSizeonPicked→Pickall→Apply→NDIV:
1→OK→Mesh→Lines→Pickall→OK(划分网格)
(7)模型加约束
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→选取桥身左端节点→OK→selectLab2:
AllDOF(施加全部约束)→Apply→选取桥身右端节点→OK→selectLab2:
UY(施加Y方向约束)→OK
(8)施加载荷
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoints→选取底梁上卡车两侧关键点(X坐标为12及20)→OK→selectLab:
FY,Value:
-5000→Apply→选取底梁上卡车中部关键点(X坐标为16)→OK→selectLab:
FY,Value:
-10000→OK
→ANSYSUtilityMenu:
→Select→Everything
(9)计算分析
ANSYSMainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS→OK
(10)结果显示
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→Deformedshape→Defshapeonly→OK(返回到PlotResults)→ContourPlot→NodalSolu→DOFSolution,Y-ComponentofDisplacement→OK(显示Y方向位移UY)(见图3-24(a))
定义线性单元I节点的轴力
ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:
[bar_I],Bysequencenum:
[SMISC,1]→OK→Close
定义线性单元J节点的轴力
ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→ElementTable→DefineTable→Add→Lab:
[bar_J],Bysequencenum:
[SMISC,1]→OK→Close
画出线性单元的受力图(见图3-24(b))
ANSYSMainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→LineElemRes→LabI:
[bar_I],LabJ:
[bar_J],Fact:
[1]→OK
(11)退出系统
ANSYSUtilityMenu:
File→Exit→SaveEverything→OK
(a)桥梁中部最大挠度值为0.003374m(b)桥梁中部轴力最大值为25380N
图3.24桁架桥挠度UY以及单元轴力计算结果
【ANSYS算例】3.4.2
(2)基于命令流方式的桁架桥梁结构分析
!
%%%%%[ANSYS算例]3.4.2
(2)%%%%%begin%%%%%%
!
------注:
命令流中的符号$,可将多行命令流写成一行------
/prep7!
进入前处理
/PLOPTS,DATE,0!
设置不显示日期和时间
!
=====设置单元和材料
ET,1,BEAM3!
定义单元类型
R,1,2.19E-3,3.83e-6,,,,, !
定义1号实常数用于顶梁侧梁
R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !
定义2号实常数用于弦杆
R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !
定义3号实常数用于底梁
MP,EX,1,2.1E11!
定义材料弹性模量
MP,PRXY,1,0.30!
定义材料泊松比
MP,DENS,1,,7800 !
定义材料密度
!
-----定义几何关键点
K,1,0,0,,$K,2,4,0,,$K,3,8,0,,$K,4,12,0,,$K,5,16,0,,$K,6,20,0,,$K,7,24,0,,$K,8,28,0,,$K,9,32,0,,$K,10,4,5.5,,$K,11,8,5.5,,$K,12,12,5.5,,$K,13,16,5.5,,$K,14,20,5.5,,$K,15,24,5.5,,$K,16,28,5.5,,
!
-----通过几何点生成桥底梁的线
L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5$L,5,6$L,6,7$L,7,8$L,8,9
!
------生成桥顶梁和侧梁的线
L,9,16$L,15,16$L,14,15$L,13,14$L,12,13$L,11,12$L,10,11$L,1,10
!
------生成桥身弦杆的线
L,2,10$L,3,10$L,3,11$L,4,11$L,4,12$L,4,13$L,5,13$L,6,13$L,6,14$L,6,15$L,7,15$L,7,16$L,8,16
!
------选择桥顶梁和侧梁指定单元属性
LSEL,S,,,9,16,1,
LATT,1,1,1,,,,
!
-----选择桥身弦杆指定单元属性
LSEL,S,,,17,29,1,
LATT,1,2,1,,,,
!
-----选择桥底梁指定单元属性
LSEL,S,,,1,8,1,
LATT,1,3,1,,,,
!
------划分网格
AllSEL,all!
再恢复选择所有对象
LESIZE,all,,,1,,,,,1!
对所有对象进行单元划分前的分段设置
LMESH,all!
对所有几何线进行单元划分
!
=====在求解模块中,施加位移约束、外力,进行求解
/solu
NSEL,S,LOC,X,0!
根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,ALL,,,,,!
对所选择的节点施加位移约束
AllSEL,all!
再恢复选择所有对象
NSEL,S,LOC,X,32!
根据几何位置选择节点
D,all,,,,,,,UY,,,,!
对所选择的节点施加位移约束
ALLSEL,all!
再恢复选择所有对象
!
------基于几何关键点施加载荷
FK,4,FY,-5000$FK,6,FY,-5000$FK,5,FY,-10000
/replot!
重画图形
Allsel,all!
选择所有信息(包括所有节点、单元和载荷等)
solve!
求解
!
=====进入一般的后处理模块
/post1!
后处理
PLNSOL,U,Y,0,1.0!
显示Y方向位移
PLNSOL,U,X,0,1.0!
显示X方向位移
!
------显示线单元轴力------
ETABLE,bar_I,SMISC,1
ETABLE,bar_J,SMISC,1
PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1!
画出轴力图
finish!
结束
!
%%%%%[ANSYS算例]3.4.2
(2)%%%%%end%%%%%%
【ANSYS算例】3.2.5(3)四杆桁架结构的有限元分析
下面针对【典型例题】3.2.5
(1)的问题,在ANSYS平台上,完成相应的力学分析。
即如图3-8所示的结构,各杆的弹性模量和横截面积都为,,基于ANSYS平台,求解该结构的节点位移、单元应力以及支反力。
图3-8四杆桁架结构
解答对该问题进行有限元分析的过程如下。
以下为基于ANSYS图形界面(graphicuserinterface,GUI)的菜单操作流程;注意:
符号“→”表示针对菜单中选项的鼠标点击操作。
关于ANSYS的操作方式见附录B。
1.基于图形界面的交互式操作(stepbystep)
(1)进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)
程序→ANSYS→ANSYSInteractive→Workingdirectory(设置工作目录)→Initialjobname(设置工作文件名):
planetruss→Run→OK
(2)设置计算类型
ANSYSMainMenu:
Preferences…→Structural→OK
(3)选择单元类型
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete…→Add…→Link:
2Dspar1→OK(返回到ElementTypes窗口)→Close
(4)定义材料参数
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic:
EX:
2.95e11(弹性模量),PRXY:
0(泊松比)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“r”来关闭该窗口
(5)定义实常数以确定单元的截面积
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add→Type1→OK→RealConstantSetNo:
1(第1号实常数),AREA:
1e-4(单元的截面积)→OK→Close
(6)生成单元
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Creat→Nodes→InActiveCS→Nodenumber1→X:
0,Y:
0,Z:
0→Apply→Nodenumber2→X:
0.4,Y:
0,Z:
0→Apply→Nodenumber3→X:
0.4,Y:
0.3,Z:
0→Apply→Nodenumber4→X:
0,Y:
0.3,Z:
0→OK
ANSYSMainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Elements→ElemAttributes(接受默认值)→Usernumbered→Thrunodes→OK→选择节点1,2→Apply→选择节点2,3→Apply→选择节点1,3→Apply→选择节点3,4→Apply→OK
(7)模型施加约束和外载
添加位移的约束,分别将节点1X和Y方向、节点2Y方向、节点4的X和Y方向位移约束。
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→用鼠标选择节点1→Apply→Lab2DOFs:
UX,UY,VALUE:
0→Apply→用鼠标选择节点2→Apply→Lab2DOFs:
UY,VALUE:
0→Apply→用鼠标选择节点4→Apply→Lab2DOFs:
UX,UY,VALUE:
0→OK
加载集中力
ANSYSMainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/moment→OnNodes→用鼠标选择结构节点2→Apply→FX,VALUE:
20000→Apply→用鼠标选择结构节点3→Apply→FY,VALUE:
-25000→OK
(9)分析计算
ANSYSMainMenu:
Solution→Solve→CurrentLS→OK→ShouldTheSolveCommandbeExecuted?
Y→Close(Solutionisdone!
)→关闭文字窗口
(10)结果显示
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→Def+Undeformed→OK(返回到PlotResults)→ContourPlot→NodalSolu…→DOFsolution→Displacementvectorsum(可以看到位移云图)
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→ListResults→Nodalsolution→DOFsolution→Displacementvectorsum(弹出的文本文件显示各个节点的位移)
ANSYSMainMenu:
GeneralPostproc→ListResults→ReactionSolu→ALLitems→OK(弹出的文本文件显示各个节点反力)
(11)退出系统
ANSYSUtilityMenu:
File→Exit…→SaveEverything→OK
2.完整的命令流
以下为命令流语句。
注意:
以“!
”打头的文字为注释内容,其后的文字和符号不起运行作用。
关于命令流的调用方式见附录B。
!
%%%%%%%%[典型例题]3.2.5
(1)%%%%begin%%%%%%
/PREP7!
进入前处理
/PLOPTS,DATE,0!
设置不显示日期和时间
!
=====设置单元、材料,生成节点及单元
ET,1,LINK1!
选择单元类型
UIMP,1,EX,,,2.95e11,!
给出材料的弹性模量
R,1,1e-4,!
给出实常数(横截面积)
N,1,0,0,0,!
生成1号节点,坐标(0,0,0)
N,2,0.4,0,0,!
生成2号节点,坐标(0.4,0,0)
N,3,0.4,0.3,0,!
生成3号节点,坐标(0.4,0.3,0)
N,4,0,0.3,0,!
生成4号节点,坐标(0,0.3,0)
E,1,2!
生成1号单元(连接1号节点和2号节点)
E,2,3!
生成2号单元(连接2号节点和3号节点)
E,1,3!
生成3号单元(连接1号节点和3号节点)
E,4,3!
生成4号单元(连接4号节点和3号节点)
FINISH!
前处理结束
!
=====在求解模块中,施加位移约束、外力,进行求解
/SOLU!
进入求解状态(在该状态可以施加约束及外力)
D,1,ALL!
将1号节点的位移全部固定
D,2,UY,!
将2号节点的Y方向位移固定
D,4,ALL!
将4号节点的位移全部固定
F,2,FX,20000,!
在2号节点处施加X方向的力(20000)
F,3,FY,-25000,!
在3号节点处施加Y方向的力(-25000)
SOLVE!
进行求解
FINISH!
结束求解状态
!
=====进入一般的后处理模块
/POST1!
进入后处理
PLDISP,1!
显示变形状况
FINISH!
结束后处理
!
%%%%%%%%[典型例题]3.2.5
(1)%%%%end%%%%%%
【ANSYS算例】3.3.7(3)三梁平面框架结构的有限元分析
针对【典型例题】3.3.7
(1)的模型,即如图3-19所示的框架结构,其顶端受均布力作用,用有限元方法分析该结构的位移。
结构中各个截面的参数都为:
,,,相应的有限元分析模型见图3-20。
在ANSYS平台上,完成相应的力学分析。
图3-19框架结构受一均布力作用
(a)节点位移及单元编号(b)等效在节点上的外力
图3-20单元划分、节点位移及节点
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