第6章结构线性静力分析

第6章结构线性静力分析6.1结构线性静力分析概述结构线性静力分析的重要性：★结构线性静力分析最为常用。★设计规范基本上采用线弹性分析结构的内力。★是各种分析的基础。结构分析的四个基本步骤：◆创建几何模型◆生成有限元模型◆加载与求解◆结果评价与分析。6.1.1创建几何模型⑴清除当前数据库①回到开始层：FINISH命令。清除数据库的操作要在开始层。②清除数据库：/CLEAR命令。开始新工作前清除数据库。⑵工作文件名与主标题①工作文件名：/FILNAME命令。建议用户定义。②主标题：/TITLE命令。用于在图形区显示。子标题可用/STITLE命令定义。⑶创建具体的几何模型6.1.2生成有限元模型⑴定义单元类型、实常数和材料性质①定义单元类型，设置单元的KEYOPT的选项。②定义单元实常数，如有初应变时也应设置。③定义弹性模量，如为各项同性时只需定义EX即可。④定义质量密度，以便计算自重影响或惯性释放计算。⑤定义热膨胀系数等。此部分常常在创建具体的几何模型之前定义，以便在几何模型上施加荷载与约束。⑵定义网格划分属性①定义单元划分数目或大小。②定义单元划分类型和划分方式，如映射网格或自由网格等。③对几何模型实施网格划分。6.1.3加载与求解⑴定义求解选项①进入求解层。有些荷载可以在前处理层施加，不必一定到求解层施加。②定义分析类型，ANSYS缺省分析类型为静态分析，也可省略。③定义求解选项，如输出、求解器等选项的设置。⑵加载①划分荷载步。②施加约束，约束可在几何模型上施加，也可在有限元模型上施加。③施加荷载，静力分析的荷载如集中荷载、分布荷载、温度、自重和旋转惯性力。对梁单元的分布荷载必须施加在有限元模型上。⑶求解6.1.4结果评价与分析①进入通用后处理，一般不必进入时程后处理。②读入结果数据，如确定读入哪个荷载步的结果。③对结果处理，并图形显式和列表显示结果。④误差估计，仅SOLID和SHELL单元可考察网格密度对结果的影响。6.2桁架结构桁架结构特点：★由若干杆件在两端用铰联结而形成的结构★各铰结点为无摩擦的理想铰★各杆轴线通过铰中心★荷载和支座反力作用在结点上模拟单元：LINK系列（2D和3D）单元特点：★只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩★节点只有平动自由度★荷载：集中力和温度6.2.1平面桁架如图平面桁架，设桁架中各杆件的面积均为100mm2，材料弹性模量为210GPa,对此桁架进行静力分析。!EX6.1平面桁架线性静力分析finish$/clear$/prep7et,1,link1$r,1,1e-4$mp,ex,1,2.1e11!定义单元类型、实常数和材料性质k,1$k,2,2$k,3,3$k,4,4$k,5,6!创建关键点k,6,2,-1$k,7,4,-1l,1,2$l,2,3$l,3,4$l,4,5$l,1,6$l,2,6!创建线l,3,6$l,3,7$l,4,7$l,6,7$l,5,7fk,1,fy,-5000$fk,2,fy,-8000!在几何模型上施加荷载fk,3,fy,-6000$fk,4,fy,-8000dk,1,ux,,,,uy!在关键点1施加两个方向的约束，等效于DK,1,ALLlesize,all,,,1!每根线划分1个单元，对LINK1必须如此lmesh,all!划分网格*afun,deg!定义三角函数的计算采用度，而不是弧度ref=asin(1/sqrt(5))!求右端支座方向与竖直方向的夹角REFnmodif,5,,,,ref!修改节点5的节点坐标系方向d,5,uy!节点5施加Y方向约束f,5,fy,-5000*cos(ref)!在节点5按旋转后的节点坐标系施加荷载f,5,fx,-5000*sin(ref)!这里将5000分解到旋转后的节点坐标系X和Y方向nmodif,2,,,,45!修改节点2的节点坐标系(转45°)其上荷载随转动ftran$dtran!将荷载与约束传到有限元模型上（不是必须的）/pbc,f,,2$eplot!显示荷载符号并在旁边标注荷载值finish$/solu$solve!进入求解层，求解finish$/post1!进入通用后处理pldisp,1!显示变形图，并同时显示变形前形状/pnum,sval,1!在图上显示应力、内力等值etable,axst,ls,1!以单元应力定义单元表AXSTplls,axst,axst,0.5!显示单元应力，且显示比率为0.5pletab,axst!用云图显示单元应力etable,axfor,smisc,1!以单元轴力定义单元表AXFORplls,axfor,axfor,0.5!显示单元轴力，且显示比率为0.5pletab,axfor!用云图显示单元轴力plesol,smisc,1!直接用云图显示单元轴力!列表显示结果prrsol$prnsol,u$prnld$presol,forc$presol,smisc,1需要注意以下几个问题：①斜向荷载的处理：可采用分解法将荷载分解为与节点坐标系平行的荷载，也可旋转节点坐标系进而施加整个荷载。建议采用分解法施加荷载。②斜向支承的处理：斜向支承（约束）处理需要旋转节点坐标系，但当同时具有荷载和约束时要注意，应避免所加非所想的情况，如上述例题中右端支承问题。③后处理技巧：线单元的内力一般需要单元表操作，图形显示可采用云图和线性化图两种方式，而标注结果值时采用云图可使结果更加直观。6.2.2空间桁架建模技术：★分析构成规律★利用图素复制命令★注意消除重合图素如图一吊车梁桁架，采用N型万能杆件拼组而成，吊重为600kN且在跨中16m范围内的两个对应上弦节点上移动。在下平纵联平面内，一端支座固定，其中一个为固定，另外一个横向可动；另外一端支座纵向可动，但与固定支座位于一侧的支座横向固定。假设节点板与螺栓等重量为杆件重量的7%且分布在杆件上，活载冲击系数为1.1。工作状态横向风压强度为500Pa，风力计算按主桁一侧轮廓面积乘以填充系数，填充系数取为0.4，且均匀分布在上下弦节点上。要求计算结构杆件最大内力与挠度。!EX6.2N型万能杆件桁架finish$/clear$/prep7!①定义单根杆件的面积参数arean1=2330e-6$arean3=1670e-6$arean45=1150e-6$sl=2.0!②定义单元类型、实常数及材料性质et,1,link8$r,1,2*arean1$r,2,3*arean1$r,3,4*arean1$r,4,3*arean3r,5,4*arean3$r,6,4*arean45$r,7,2*arean45$mp,ex,1,2.1e11mp,dens,1,7850*1.07!③创建几何模型---主桁k,1$k,2,sl$k,3,2*sl$kgen,2,all,,,,sll,1,2$l,2,3$l,4,5$l,5,6$l,1,4$l,2,5$l,3,6$l,1,5l,5,3$lgen,6,all,,,2*sl$nummrg,all$lgen,2,all,,,,,sl!③创建几何模型---上下平纵联lsel,none$k,101,,,sl$k,102,sl,,sl$k,103,2*sl,,sll,1,101$l,2,102$l,3,103$l,1,102$l,3,102$lgen,6,all,,,2*sl$lgen,2,all,,,,sllsel,all$l,1,16$*get,l1,line,,num,max$lgen,13,l1,,,slnummrg,all$numcmp,all!④赋予线属性---2N1类杆件lsel,s,loc,x,0,4$lsel,a,loc,x,20,24$lsel,r,tan1,y$lsel,r,tan1,zcm,l2n1,line$latt,1,1,1!④赋予线属性---3N1类杆件lsel,s,loc,x,4,8$lsel,a,loc,x,16,20$lsel,r,tan1,y$lsel,r,tan1,zcm,l3n1,line$latt,1,2,1!④赋予线属性---4N1类杆件，并将弦杆定义为组件XGlsel,s,loc,x,8,16$lsel,r,tan1,y$lsel,r,tan1,z$cm,l4n1,line$latt,1,3,1cmsel,a,l3n1$cmsel,a,l2n1$cm,xg,line!④赋予线属性---3N3类杆件lsel,s,loc,x,6,18$cmsel,u,xg$lsel,u,tan1,y$lsel,u,tan1,xlatt,1,4,1$cm,l3n3,line!④赋予线属性---4N3类杆件lsel,s,loc,x,0,6$lsel,a,loc,x,18,24$cmsel,u,xg$lsel,u,tan1,y$lsel,u,tan1,xlatt,1,5,1$cm,l4n3,line!④赋予线属性---4N4或4N5类杆件lsel,s,loc,x,0,2$lsel,a,loc,x,22,24$lsel,r,tan1,x$lsel,r,tan1,zlatt,1,6,1$cm,l4n4,line$allsel!④赋予线属性---2N4或2N5类杆件cmsel,u,xg$cmsel,u,l3n3$cmsel,u,l4n3$cmsel,u,l4n4$latt,1,7,1$allsel!⑤划分单元lesize,all,,,1$lmesh,all!⑥施加约束ksel,s,loc,x,0$ksel,r,loc,y,0$ksel,r,loc,z,0$dk,all,allksel,s,loc,x,0$ksel,r,loc,y,0$ksel,r,loc,z,sl$dk,all,uyksel,s,loc,x,24$ksel,r,loc,y,0$ksel,r,loc,z,0$dk,all,uy,,,,uzksel,s,loc,x,24$ksel,r,loc,y,0$ksel,r,loc,z,sl$dk,all,uyallsel$finish!⑦进入求解层，施加荷载，定义荷载步等/solu$acel,,9.8$solve!自重为第1荷载步acel,,0$p1=500*sl$nsel,s,loc,z,0$f,all,fz,p1nsel,u,loc,x,1,23$f,all,fz,p1/2$nsel,all$solve!风载为第2荷载步*do,i,1,5$fdele,all,allnsel,s,loc,x,(i+1)*sl$nsel,r,loc,y,slf,all,fy,-300000$nsel,all$solve$*enddo!移动荷载定义为后续荷载步finish!⑧进入后处理，定义荷载工况并组合，输出图片和文本文件/post1$set,list$*do,i,1,7$lcdef,i,i$*enddolcfact,1,1.0$lcfact,2,1.0$*do,i,3,7$lcfact,i,1.1$*enddolczero$lcase,1$lcoper,add,2*do,i,3,7$j=i+5$lcoper,add,i$lcwrite,j,lc%j%$lcoper,sub,i$*enddo/output,resfile0,txt$/view,1,1,2,3$/ang,1,-6,xs,1etable,stre,ls,1$etable,forc,smisc,1*do,ic,1,12$/output,resfile%ic%,txt$lczero$lcase,ic$etable,refl/show,jpeg$pletab,stre$pldisp,1$/show,term/com,--------荷载工况或组合%ic%的结果---------pretab$prrsol$prnsol,u$*enddo$/output该例中需要注意以下几个问题：①建模：创建几何模型时，可采用先建局部可重复模型，然后利用复制功能创建相同部分，最后消除重合关键点和线；也可利用APDL中的循环语句直接创建各个关键点和线，但需要较好的控制技巧，以便编程创建几何模型。在创建几