17用ANSYS软件计算平面杆件结构

第十七章用ANSYS计算平面杆件结构第十七章用ANSYS计算平面杆件结构本章简要介绍大型通用有限元仿真分析软件ANSYS的功能、界面、和分析问题的基本步骤，并利用ANSYS软件计算平面杆件结构。17.1ANSYS软件简介17.2用ANSYS软件计算举例返回第十七章用ANSYS计算平面杆件结构第十七章用ANSYS计算平面杆件结构返回【学习要求】1.了解ANSYS软件的主要功能。2.掌握用ANSYS软件计算梁、刚架、桁架等平面杆件结构。17.1ANSYS软件简介目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件简介ANSYS软件是由总部设在美国宾夕法尼亚州匹兹堡的世界CAE行业最著名的ANSYS公司开发研究的大型CAE仿真分析软件，是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水力、日用家电等一般工业及科学研究，是一个功能强大灵活的设计分析及优化软件包，可浮动运行于从PC机、NT工作站、UNIX工作站直至巨型机的各类计算机及操作系统中。ANSYS具有丰富的单元库，提供了对各种物理场量的分析功能。ANSYS的主要分析功能有：结构分析、热分析、高度非线性瞬态动力分析、流体动力学分析、电磁场分析、声学分析、压电分析、多场耦合分析等。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件简介在结构分析中，ANSYS可以进行线性及非线性结构静力分析、线性及非线性结构动力分析、线性及非线性屈曲分析、断裂力学分析、复合材料分析、疲劳分析及寿命估算、超弹性材料分析等，其中非线性包括几何非线性、材料非线性、接触非线性及单元非线性。ANSYS软件具有强大的帮助功能，帮助系统包括所有的ANSYS命令解释、所有的图形用户界面（GUI）解释和ANSYS系统分析指南，还包括为多个分析领域提供完整的循序渐进的ANSYS分析步骤的ANSYS在线教学系统。用户可以通过在应用菜单中选取Help、在ANSYS程序组中选取HelpSystem和在任何对话框中选取Help三种方式进入ANSYS帮助系统。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件简介ANSYS分析包括三个阶段：前处理、求解和后处理。前处理：前处理用于定义求解所需的数据。在前处理阶段用户可选择坐标系统和单元类型、定义实常数和材料类型、建立实体模型并对其进行网格剖分、控制结点和单元、以及定义耦合和约束方程。求解：前处理阶段完成后，就可以进入求解阶段获得分析结果了，在求解阶段中用户可以定义分析类型、分析选项、荷载数据和荷载步选项，然后开始有限元求解。后处理：完成前处理和求解过程之后，在后处理阶段通过友好的用户界面可以很容易地获得求解过程的计算结果并对其进行运算。由于后处理阶段同前处理和求解阶段集成在一起，故求解结果已存于数据库且能立即查看。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例17.2ANSYS软件计算举例17.2.1ANSYS的用户界面ANSYS安装完成后，会生成一个程序组，其中包含多个启动项，用户可用鼠标单击ANSYS程序组中的ANSYSInteractive来运行ANSYS程序。在运行ANSYS程序之后，首先进入的是ANSYS设定窗口（如图），在该窗口中有以下几个选项需要设定：目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例Productselection：选择ANSYS产品（ED版中此项不可选）。Workingdirectory:选择ANSYS工作目录，ANSYS生成的所有文件都保存在此目录下。Graphicsdevicename：如果配置了3D显示卡则选3D。Inteljobname：设定初始工作文件名。forTotalWorkspace：设定工作空间大小。forDatebase:设定数据库大小。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例然后单击RUN按钮运行ANSYS，进入ANSYS图形用户界面（如图）。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例如果在开始菜单中选择的是ANSYS，将采用上一次的设置，跳过此窗口，直接运行ANSYS。ANSYS程序功能虽然强大，但它友好的图形用户界面及优秀的程序结构使其方便使用，图形用户界面（GUI）由应用菜单、输入、工具条、主菜单、图形、输出六部分组成。应用菜单（UtilityMenu）：为下拉式结构，包含文件管理（File）、选择（Select）、显示（List）、绘图（Plot）、绘图控制（PlotCtrls）、工作平面设定（WorkPlane）、参数设置（Parameters）、宏管理（Macro）、菜单控制（MenuCtrls）、帮助（Help）菜单。输入窗口：显示提示信息，输入ANSYS命令，还可从Log文件、已输入过的命令和输出文件中剪切和粘贴命令。工具条：为了方便使用将常用命令制成的工具条。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例主菜单：包含ANSYS主要功能，弹出式边菜单结构，分为前处理、求解、后处理等。图形窗口：用来显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的模型、分析结果等图形。输出窗口（如图）：显示程序的文本输出。通常在其他窗口后面，需要查看时可提到前面。【例17.1】试用ANSYS软件计算图示悬臂梁，已知悬臂梁长l＝2000mm，横截面为边长a＝60mm的正方形，荷载F＝400N，材料的弹性模量E＝2×105MPa。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例17.2.2计算举例目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例【解】1.启动ANSYS，设定初始工作名为beam2.前处理(1)设定分析模块①MainMenu：Preferences。②选择Structural。③单击OK按钮。(2)创建基本模型：使用有两个关键点的直线模拟悬臂梁①MainMenu:PreprocessorModeline－CreateKeypointsinActiveCS。…②输入关键点编号1，x、y、z坐标0，0，0。③单击Apply，输入关键点编号2，x、y、z坐标2000，0，0。④单击OK。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例⑤MainMenu:PreprocessorModeline－CreateLines－LinesStraightLine选取两个关键点，在两个关键点之间划出一条直线。⑥在拾取对话框中单击OK按钮。⑦在工具条上单击SAVE_DB，存储ANSYS数据库。（3）设定单元类型及相应选项①MainMenu:PreprocessorElementTypeAdd/Edit/delete。②单击Add按钮。③在左边单元库列表中选择Beam，在右边单元列表中选择2Delastic（BEAM2D）。④单击OK按钮，接收单元类型并关闭该对话框。⑤单击Close按钮，关闭单元类型对话框。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例(4)定义单元常数①MainMenu:PreprocessorRealConstantsAdd/Edit/delete。②单击Add…按钮。③单击OK按钮，打开BEAM3的实常数对话框。④在AREA框中输入3600、IZZ框中输入1080000、HEIGHT框中输入60。⑤单击OK按钮，关闭对话框。⑥单击Close按钮，关闭实常数对话框。(5)定义材料属性①MainMenu:PreprocessorMaterialProps-Constant-Isotropic。②单击OK按钮，定义材料1，打开材料属性对话框。③在EX框中输入2e5（弹性模量）。④单击OK按钮，关闭对话框。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例(6)保存ANSYS数据库文件UtilityMenu：FileSaveas输入文件名beamgeom.db保存文件。(7)对模型划分网格①MainMenu:PreprocessorMeshTool打开MeshTool对话框。②单击Mesh按钮，拾取图形窗口中的直线。③单击拾取对话框中OK按钮。④单击MeshTool对话框中Close按钮。(8)保存ANSYS数据库文件UtilityMenu：FileSaveas输入文件名beammesh.db保存文件。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例3．求解(1)施加荷载及约束①MainMenu:Solution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOnNode拾取最左边结点，单击拾取对话框中OK按钮。②选择AllDOF，单击对话框中OK按钮。③MainMenu:Solution-Loads-Apply-Structural-Force/MomentONNodes拾取最右边结点，单击拾取对话框中OK按钮，打开施加结点荷载对话框。④在施加结点荷载对话框中，选择FY，在VALUE框中输入－400。⑤单击对话框中OK按钮。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例(2)保存ANSYS数据库文件UtilityMenu：FileSaveas输入文件名beamload.db保存文件。(3)进行求解①MainMenu:Solution-Solv-CurrentLS。②查看窗口中的信息，然后选择FileClose。③单击OK按钮，开始计算，当出现“Solutionisdone！”提示后，单击OK按钮关闭窗口。4．后处理(1)图形显示变形①MainMenu:GeneralPostproc-ReadResults-FirstSet。②MainMenu:GeneralPostprocPlotResultsDeformedShape打开对话框，在此对话框中选择Def+undeformed，单击OK按钮。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例在图形窗口中可以看到悬臂梁变形后的图形（如图），在图形窗口右边可以看到标记为“DMX”的悬臂梁B点的挠度为yB＝4.938（单位为：mm）。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例(2)列出反作用力MainMenu:GeneralPostprocListResultsReactionSolu打开对话框，在此对话框中选择Allitem，单击OK按钮，则出现一窗口显示约束反力（如图）。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例(3)列出各结点位移MainMenu:GeneralPostprocListResultsNodalSolution打开对话框，在此对话框中选择AllDOFS，单击OK按钮，则出现一窗口显示各结点位移和最大位移值（如图）。在查看完计算结果后，选择FileClose，关闭窗口。5．退出ANSYS单击工具条Quit按钮，选择Quit－NoSave！单击OK按钮。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例【例17.2】试用ANSYS软件计算图示平面桁架，已知荷载F＝50kN，杆件的横截面面积A＝0.2m2，材料的弹性模量E＝2.0×105MPa。目录第十七章用ANSYS计算平面杆件结构\ANSYS软件计算举例【解】1.启动ANSYS，设定初始工作名为link12.前处理（1）设定分析模块①MainMenu：Preferences。②选择Structural。③单击OK按钮。（2）创建基本模型①MainMenu:PreprocessorModelineCreateKeypointsinActiveCS。…②输入关键点编号及其x、y、z坐标（按mm输入）。③单击Apply输入下一个关键点编号及其x、y、z坐标。④12个关键点全部输入完