《有限元教程》_【20例ANSYS经典实例】

【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：113.010PaE，746.510mI，426.810mA，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、节点位移及节点上的外载解答对该问题进行有限元分析的过程如下。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):beam3→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…→beam：2Delastic3→OK(返回到ElementTypes窗口)→Close(4)定义材料参数ANSYSMainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→Structural→Linear→Elastic→Isotropic:EX:3e11(弹性模量)→OK→鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口(5)定义实常数以确定平面问题的厚度ANSYSMainMenu:Preprocessor→RealConstants…→Add/Edit/Delete→Add→Type1Beam3→OK→RealConstantSetNo:1(第1号实常数),Cross-sectionalarea:6.8e-4(梁的横截面积)→OK→Close(6)生成几何模型生成节点ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Creat→Nodes→InActiveCS→Nodenumber1→X:0,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber2→X:1.44,Y:0.96,Z:0→Apply→Nodenumber3→X:0,Y:0,Z:0→Apply→Nodenumber4→X:1.44,Y:0,Z:0→OK生成单元ANSYSMainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Element→AutoNumbered→ThruNodes→选择节点1，2(生成单元1)→apply→选择节点1，3(生成单元2)→apply→选择节点2，4(生成单元3)→OK(7)模型施加约束和外载左边加X方向的受力ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnNodes→选择节点1→apply→Directionofforce:FX→VALUE：3000→OK→上方施加Y方向的均布载荷ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnBeams→选取单元1(节点1和节点2之间)→apply→VALI：4167→VALJ：4167→OK左、右下角节点加约束ANSYSMainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnNodes→选取节点3和节点4→Apply→Lab:ALLDOF→OK(8)分析计算ANSYSMainMenu:Solution→Solve→CurrentLS→OK→ShouldtheSolveCommandbeExecuted?Y→Close(Solutionisdone!)→关闭文字窗口(9)结果显示ANSYSMainMenu:GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape…→Def+Undeformed→OK(返回到PlotResults)(10)退出系统ANSYSUtilityMenu:File→Exit…→SaveEverything→OK(11)计算结果的验证与MATLAB支反力计算结果一致。2．完全的命令流!%%%%%%%%%%[典型例题]3.3.7(3)%%%begin%%%%%/PREP7!进入前处理ET,1,beam3!选择单元类型R,1,6.5e-7,6.8e-4!给出实常数(横截面积、惯性矩)MP,EX,1,3e11!给出材料的弹性模量N,1,0,0.96,0!生成4个节点,坐标(0,0.96,0)，以下类似N,2,1.44,0.96,0N,3,0,0,0N,4,1.44,0,0E,1,2!生成单元(连接1号节点和2号节点)，以下类似E,1,3E,2,4D,3,ALL!将3号节点的位移全部固定D,4,ALL!将4号节点的位移全部固定F,1,FX,3000!在1号节点处施加X方向的力(3000)SFBEAM,1,1,PRESS,4167!施加均布压力FINISH!结束前处理状态/SOLU!进入求解模块SOLVE!求解FINISH!结束求解状态/POST1!进入后处理PLDISP,1!显示变形状况FINISH!结束后处理!%%%%%%%%%%[典型例题]3.3.7(3)%%%end%%%%%【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)643.8310m322.1910m桥身弦梁(Beam2)61.871031.18510底梁(Beam3)68.471033.03110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→E