1、【ANSYS 算例算例】3.4.2(1) 基于圖形界面的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析基于圖形界面的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析(step by step) 下面以一個(gè)簡(jiǎn)單桁架橋梁為例，以展示有限元分析的全過(guò)程。背景素材選自位于密執(zhí) 安的Old North Park Bridge (1904 - 1988)，見(jiàn)圖 3-22。該桁架橋由型鋼組成，頂梁及側(cè)梁， 橋身弦桿，底梁分別采用 3 種不同型號(hào)的型鋼，結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表 3-6。橋長(zhǎng) L=32m,橋高 H=5.5m。橋身由 8 段桁架組成，每段長(zhǎng) 4m。該橋梁可以通行卡車(chē)，若這里僅考慮卡車(chē)位 于橋梁中間位置，假設(shè)卡車(chē)的質(zhì)量為 4000kg，若取一半的模型，可以將卡車(chē)對(duì)橋梁的

2、作用 力簡(jiǎn)化為 P1 ，P2和 P3 ，其中 P1= P3=5000 N, P2=10000N，見(jiàn)圖 3-23。 圖 3-22 位于密執(zhí)安的Old North Park Bridge (1904 - 1988) 圖 3-23 橋梁的簡(jiǎn)化平面模型(取橋梁的一半) 表 3-6 橋梁結(jié)構(gòu)中各種構(gòu)件的幾何性能參數(shù) 構(gòu)件慣性矩 m4橫截面積 m2 頂梁及側(cè)梁(Beam1) 64 3.83 10 m 32 2.19 10 m 橋身弦梁(Beam2) 6 1.87 10 3 1.185 10 底梁(Beam3) 6 8.47 10 3 3.031 10 解答解答 以下為基于 ANSYS 圖形界面(Graph

3、ic User Interface , GUI)的菜單操作流程。 (1) 進(jìn)入進(jìn)入 ANSYS（設(shè)定工作目錄和工作文件）（設(shè)定工作目錄和工作文件） 程序程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory（設(shè)置工作目錄） Initial jobname（設(shè)置工作文件名）:TrussBridge Run OK (2) 設(shè)置計(jì)算類(lèi)型設(shè)置計(jì)算類(lèi)型 ANSYS Main Menu：Preferences Structural OK (3) 定義單元類(lèi)型定義單元類(lèi)型 ANSYS Main Menu：Preprocessor Element Type Add/Edit/

4、Delete. Add Beam: 2d elastic 3 OK（返回到 Element Types 窗口） Close (4) 定義實(shí)常數(shù)以確定梁?jiǎn)卧慕孛鎱?shù)定義實(shí)常數(shù)以確定梁?jiǎn)卧慕孛鎱?shù) ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add select Type 1 Beam 3 OK input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6(1 號(hào)實(shí)常數(shù)用于頂梁和側(cè) 梁) Apply input Real Constants Set No.

5、 : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6 (2 號(hào)實(shí)常數(shù)用于弦桿) Apply input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，Izz: 8.47E-6 (3 號(hào)實(shí)常數(shù)用于底梁) OK (back to Real Constants window) Close (the Real Constants window) (5) 定義材料參數(shù)定義材料參數(shù) ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elasti

6、c Isotropic input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定義泊松比及彈性模量) OK Density (定義材料密 度) input DENS: 7800, OK Close（關(guān)閉材料定義窗口） (6) 構(gòu)造桁架橋模型構(gòu)造桁架橋模型 生成橋體幾何模型 ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0 Apply 同樣輸入其余 15 個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo) （最左端為起始點(diǎn)，坐標(biāo)分別為 (4

7、,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 Straight Line 依次分別連接特征點(diǎn) OK 網(wǎng)格劃分 ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Lines 選擇橋頂梁及側(cè) 梁 OK select REAL: 1, TYPE: 1 Apply 選擇橋體弦桿 OK select R

8、EAL: 2, TYPE: 1 Apply 選擇橋底梁 OK select REAL: 3, TYPE:1 OK ANSYS Main Menu：Preprocessor Meshing MeshTool 位于 Size Controls 下的 Lines：Set Element Size on Picked Pick all Apply NDIV：1 OK Mesh Lines Pick all OK (劃分網(wǎng)格) (7) 模型加約束模型加約束 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On No

9、des 選取橋身左端節(jié)點(diǎn) OK select Lab2: All DOF(施加全部約束) Apply 選取橋身右端節(jié)點(diǎn) OK select Lab2: UY(施加 Y 方向約束) OK (8) 施加載荷施加載荷 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints 選取底梁上卡車(chē)兩側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)（X 坐標(biāo)為 12 及 20） OK select Lab: FY，Value: -5000 Apply 選取底梁上卡車(chē)中部關(guān)鍵點(diǎn)（X 坐標(biāo)為 16） OK select Lab: FY，Value:

10、 -10000 OK ANSYS Utility Menu： Select Everything (9) 計(jì)算分析計(jì)算分析 ANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK (10) 結(jié)果顯示結(jié)果顯示 ANSYS Main Menu：General Postproc Plot Results Deformed shape Def shape only OK（返回到 Plot Results） Contour Plot Nodal Solu DOF Solution, Y-Component of Displacement OK（顯示 Y 方向位移 UY）

11、(見(jiàn)圖 3-24(a) 定義線性單元 I 節(jié)點(diǎn)的軸力 ANSYS Main Menu General Postproc Element Table Define Table Add Lab: bar_I, By sequence num: SMISC,1 OK Close 定義線性單元 J 節(jié)點(diǎn)的軸力 ANSYS Main Menu General Postproc Element Table Define Table Add Lab: bar_J, By sequence num: SMISC,1 OK Close 畫(huà)出線性單元的受力圖(見(jiàn)圖 3-24(b) ANSYS Main Menu

12、General Postproc Plot Results Contour Plot Line Elem Res LabI: bar_I, LabJ: bar_J, Fact: 1 OK (11) 退出系統(tǒng)退出系統(tǒng) ANSYS Utility Menu：File Exit Save Everything OK (a)橋梁中部最大撓度值為 0.003 374m (b)橋梁中部軸力最大值為 25 380N 圖 3.24 桁架橋撓度 UY 以及單元軸力計(jì)算結(jié)果 【ANSYS 算例算例】3.4.2(2) 基于命令流方式的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析基于命令流方式的桁架橋梁結(jié)構(gòu)分析 !% ANSYS 算例3.4.2

13、(2) % begin % !-注：命令流中的符號(hào)$，可將多行命令流寫(xiě)成一行- /prep7 !進(jìn)入前處理 /PLOPTS,DATE,0 !設(shè)置不顯示日期和時(shí)間 !=設(shè)置單元和材料 ET,1,BEAM3 !定義單元類(lèi)型 R,1,2.19E-3,3.83e-6, , , , , !定義 1 號(hào)實(shí)常數(shù)用于頂梁側(cè)梁 R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定義 2 號(hào)實(shí)常數(shù)用于弦桿 R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定義 3 號(hào)實(shí)常數(shù)用于底梁 MP,EX,1,2.1E11 !定義材料彈性模量 MP,PRXY,1,0.30 !定義材料泊松比 MP,DE

14、NS,1,7800 !定義材料密度 !-定義幾何關(guān)鍵點(diǎn) 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, !-通過(guò)幾何點(diǎn)生成橋底梁的線 L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9 !-生成橋頂梁和側(cè)

15、梁的線 L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10 !-生成橋身弦桿的線 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 !-選擇橋頂梁和側(cè)梁指定單元屬性 LSEL,S,9,16,1, LATT,1,1,1, !-選擇橋身弦桿指定單元屬性 LSEL,S,17,29,1, LATT,1,2,1, !-選擇橋底梁指定單元屬性 LSEL,S,1,8,1

16、, LATT,1,3,1, !-劃分網(wǎng)格 AllSEL,all !再恢復(fù)選擇所有對(duì)象 LESIZE,all,1,1 !對(duì)所有對(duì)象進(jìn)行單元?jiǎng)澐智暗姆侄卧O(shè)置 LMESH,all !對(duì)所有幾何線進(jìn)行單元?jiǎng)澐?!=在求解模塊中，施加位移約束、外力，進(jìn)行求解 /solu NSEL,S,LOC,X,0 !根據(jù)幾何位置選擇節(jié)點(diǎn) D,all,ALL, !對(duì)所選擇的節(jié)點(diǎn)施加位移約束 AllSEL,all !再恢復(fù)選擇所有對(duì)象 NSEL,S,LOC,X,32 !根據(jù)幾何位置選擇節(jié)點(diǎn) D,all,UY, !對(duì)所選擇的節(jié)點(diǎn)施加位移約束 ALLSEL,all !再恢復(fù)選擇所有對(duì)象 !-基于幾何關(guān)鍵點(diǎn)施加載荷 FK,4,

17、FY,-5000 $FK,6,FY,-5000 $FK,5,FY,-10000 /replot !重畫(huà)圖形 Allsel,all !選擇所有信息(包括所有節(jié)點(diǎn)、單元和載荷等) solve !求解 !=進(jìn)入一般的后處理模塊 /post1 !后處理 PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !顯示 Y 方向位移 PLNSOL, U,X, 0,1.0 !顯示 X 方向位移 !-顯示線單元軸力- ETABLE,bar_I,SMISC, 1 ETABLE,bar_J,SMISC, 1 PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 !畫(huà)出軸力圖 finish !結(jié)束 !% ANSYS 算例3.4.2(2) %

18、 end % 【ANSYS 算例算例】3.2.5(3) 四桿桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析四桿桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析 下面針對(duì)【典型例題】3.2.5(1)的問(wèn)題，在 ANSYS 平臺(tái)上，完成相應(yīng)的力學(xué)分析。即 如圖 3-8 所示的結(jié)構(gòu)，各桿的彈性模量和橫截面積都為, 42 29.5 10 N/mmE = ，基于 ANSYS 平臺(tái)，求解該結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移、單元應(yīng)力以及支反力。 2 100mmA= 圖 3-8 四桿桁架結(jié)構(gòu) 解答解答 對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有限元分析的過(guò)程如下。 以下為基于 ANSYS 圖形界面( graphic user interface，GUI)的菜單操作流程；注意：符 號(hào)“”表示針對(duì)菜單中選項(xiàng)的鼠

19、標(biāo)點(diǎn)擊操作。關(guān)于 ANSYS 的操作方式見(jiàn)附錄 B。 1 基于圖形界面的交互式操作基于圖形界面的交互式操作(step by step) (1) 進(jìn)入 ANSYS(設(shè)定工作目錄和工作文件) 程序程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory (設(shè)置工作目錄) Initial jobname(設(shè)置工 作文件名): planetrussRun OK (2) 設(shè)置計(jì)算類(lèi)型設(shè)置計(jì)算類(lèi)型 ANSYS Main Menu: Preferences Structural OK (3) 選擇單元類(lèi)型選擇單元類(lèi)型 ANSYS Main Menu: Preprocessor

20、 Element TypeAdd/Edit/Delete Add Link：2D spar 1 OK (返回到 Element Types 窗口) Close (4) 定義材料參數(shù)定義材料參數(shù) ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material ModelsStructural Linear Elastic Isotropic: EX:2.95e11 (彈性模量)，PRXY: 0 (泊松比) OK 鼠標(biāo)點(diǎn)擊該窗口右上角的 “”來(lái)關(guān)閉該窗口 (5) 定義實(shí)常數(shù)以確定單元的截面積定義實(shí)常數(shù)以確定單元的截面積 ANSYS Main Menu:

21、Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add Type 1 OKReal Constant Set No: 1 (第 1 號(hào)實(shí)常數(shù)), AREA: 1e-4 (單元的截面積) OKClose (6) 生成單元生成單元 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling CreatNodes In Active CSNode number 1 X:0,Y:0,Z:0 ApplyNode number 2 X:0.4,Y:0,Z:0 ApplyNode number 3 X:0.4,Y:0.3,Z:0ApplyNode n

22、umber 4 X:0,Y:0.3,Z:0OK ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create ElementsElem Attributes （接受默認(rèn)值接受默認(rèn)值） User numberedThru nodes OK選擇節(jié)點(diǎn) 1，2 Apply選擇節(jié)點(diǎn) 2，3 Apply選擇節(jié)點(diǎn) 1，3 Apply選擇節(jié)點(diǎn) 3， 4 ApplyOK (7) 模型施加約束和外載模型施加約束和外載 添加位移的約束，分別將節(jié)點(diǎn) 1 X 和 Y 方向、節(jié)點(diǎn) 2 Y 方向、節(jié)點(diǎn) 4 的 X 和 Y 方向位移約束。 ANSYS Main Menu: Solution De

23、fine Loads Apply Structural Displacement On Nodes 用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn) 1 Apply Lab2 DOFs: UX，UY ，VALUE：0 Apply用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn) 2 Apply Lab2 DOFs: UY ，VALUE：0 Apply用鼠標(biāo)選擇節(jié)點(diǎn) 4 Apply Lab2 DOFs: UX,UY ，VALUE：0 OK 加載集中力 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/moment On Nodes 用鼠標(biāo)選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn) 2 Apply FX， VALUE: 2

24、0000 Apply用鼠標(biāo)選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn) 3 Apply FY，VALUE: 25000 OK (9) 分析計(jì)算分析計(jì)算 ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK Should The Solve Command be Executed? Y Close (Solution is done! ) 關(guān)閉文字窗口 (10) 結(jié)果顯示結(jié)果顯示 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape Def + Undeformed OK (返回到 Plot Results) Conto

25、ur Plot Nodal Solu DOF solutionDisplacement vector sum (可 以看到位移云圖) ANSYS Main Menu: General Postproc List Results Nodal solution DOF solutionDisplacement vector sum (彈出的文本文件顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移) ANSYS Main Menu: General Postproc List Results Reaction SoluALL items OK (彈出的文本 文件顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)反力) (11) 退出系統(tǒng)退出系統(tǒng) ANSYS Util

26、ity Menu: File Exit Save EverythingOK 2完整的命令流完整的命令流 以下為命令流語(yǔ)句。注意：以“!”打頭的文字為注釋內(nèi)容，其后的文字和符號(hào)不起 運(yùn)行作用。關(guān)于命令流的調(diào)用方式見(jiàn)附錄 B。 !% 典型例題3.2.5(1) % begin % / PREP7 !進(jìn)入前處理 /PLOPTS,DATE,0 !設(shè)置不顯示日期和時(shí)間 !=設(shè)置單元、材料，生成節(jié)點(diǎn)及單元 ET,1,LINK1 !選擇單元類(lèi)型 UIMP,1,EX, , ,2.95e11, !給出材料的彈性模量 R,1,1e-4, !給出實(shí)常數(shù)(橫截面積) N,1,0,0,0, !生成 1 號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0,

27、0,0) N,2,0.4,0,0, !生成 2 號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0.4,0,0) N,3,0.4,0.3,0, !生成 3 號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0.4,0.3,0) N,4,0,0.3,0, !生成 4 號(hào)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0,0.3,0) E,1,2 !生成 1 號(hào)單元(連接 1 號(hào)節(jié)點(diǎn)和 2 號(hào)節(jié)點(diǎn)) E,2,3 !生成 2 號(hào)單元(連接 2 號(hào)節(jié)點(diǎn)和 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)) E,1,3 !生成 3 號(hào)單元(連接 1 號(hào)節(jié)點(diǎn)和 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)) E,4,3 !生成 4 號(hào)單元(連接 4 號(hào)節(jié)點(diǎn)和 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)) FINISH !前處理結(jié)束 !=在求解模塊中，施加位移約束、外力，進(jìn)行求解 /SOLU !進(jìn)入求解狀態(tài)(在該

28、狀態(tài)可以施加約束及外力) D,1,ALL !將 1 號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定 D,2,UY， !將 2 號(hào)節(jié)點(diǎn)的 Y 方向位移固定 D,4,ALL !將 4 號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定 F,2,FX,20000, !在 2 號(hào)節(jié)點(diǎn)處施加 X 方向的力(20000) F,3,FY,-25000, !在 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)處施加 Y 方向的力(-25000) SOLVE !進(jìn)行求解 FINISH !結(jié)束求解狀態(tài) !=進(jìn)入一般的后處理模塊 /POST1 !進(jìn)入后處理 PLDISP,1 !顯示變形狀況 FINISH !結(jié)束后處理 !% 典型例題3.2.5(1) % end % 【ANSYS 算例算例】3.3.7(3)

29、三梁平面框架結(jié)構(gòu)的有限元分析三梁平面框架結(jié)構(gòu)的有限元分析 針對(duì)【典型例題】3.3.7(1)的模型，即如圖 3-19 所示的框架結(jié)構(gòu)，其頂端受均布力作用， 用有限元方法分析該結(jié)構(gòu)的位移。結(jié)構(gòu)中各個(gè)截面的參數(shù)都為：， 11 3.0 10 PaE = ，相應(yīng)的有限元分析模型見(jiàn)圖 3-20。在 ANSYS 平 74 6.5 10mI - = 42 6.8 10mA - = 臺(tái)上，完成相應(yīng)的力學(xué)分析。 圖 3-19 框架結(jié)構(gòu)受一均布力作用 （a） 節(jié)點(diǎn)位移及單元編號(hào) （b） 等效在節(jié)點(diǎn)上的外力 圖 3-20 單元?jiǎng)澐?、?jié)點(diǎn)位移及節(jié)點(diǎn)上的外載 解答解答 對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有限元分析的過(guò)程如下。 1基于圖形界面的

30、交互式操作基于圖形界面的交互式操作(step by step) (1) 進(jìn)入進(jìn)入 ANSYS(設(shè)定工作目錄和工作文件設(shè)定工作目錄和工作文件) 程序程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory (設(shè)置工作目錄) Initial jobname(設(shè)置工 作文件名): beam3Run OK (2) 設(shè)置計(jì)算類(lèi)型設(shè)置計(jì)算類(lèi)型 ANSYS Main Menu: Preferences Structural OK (3) 選擇單元類(lèi)型選擇單元類(lèi)型 ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete

31、 Add beam：2D elastic 3 OK (返回到 Element Types 窗口) Close (4) 定義材料參數(shù)定義材料參數(shù) ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material ModelsStructural Linear Elastic Isotropic: EX:3e11 (彈性模量) OK 鼠標(biāo)點(diǎn)擊該窗口右上角的“”來(lái)關(guān)閉該窗口 (5) 定義實(shí)常數(shù)以確定平面問(wèn)題的厚度定義實(shí)常數(shù)以確定平面問(wèn)題的厚度 ANSYS Main Menu: Preprocessor Real Constants Add/Edit/Dele

32、te Add Type 1 Beam3 OKReal Constant Set No: 1 (第 1 號(hào)實(shí)常數(shù)), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的橫截面積) OK Close (6) 生成幾何模型生成幾何模型 生成節(jié)點(diǎn) ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling CreatNodes In Active CSNode number 1 X:0,Y:0.96,Z:0 ApplyNode number 2 X:1.44,Y:0.96,Z:0 ApplyNode number 3 X:0,Y:0,Z:0ApplyNode number

33、 4 X:1.44,Y:0,Z:0OK 生成單元 ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Element Auto Numbered Thru Nodes 選擇節(jié)點(diǎn) 1，2(生成單元 1) apply 選擇節(jié)點(diǎn) 1， 3(生成單元 2) apply 選擇節(jié)點(diǎn) 2， 4(生成單元 3)OK (7) 模型施加約束和外載模型施加約束和外載 左邊加 X 方向的受力 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Nodes 選擇節(jié)點(diǎn)選擇節(jié)點(diǎn) 1 apply

34、 Direction of force: FX VALUE：3000 OK 上方施加 Y 方向的均布載荷 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams 選取 單元 1(節(jié)點(diǎn) 1 和節(jié)點(diǎn) 2 之間) apply VALI：4167VALJ：4167OK 左、右下角節(jié)點(diǎn)加約束 ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 選取節(jié)點(diǎn) 3 和節(jié)點(diǎn) 4 Apply Lab:ALL DOF OK

35、(8) 分析計(jì)算分析計(jì)算 ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK Should the Solve Command be Executed? Y Close (Solution is done! ) 關(guān)閉文字窗口關(guān)閉文字窗口 (9) 結(jié)果顯示結(jié)果顯示 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape Def + Undeformed OK (返回到 Plot Results) (10) 退出系統(tǒng)退出系統(tǒng) ANSYS Utility Menu: File Exit Sav

36、e EverythingOK (11) 計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證 與 MATLAB 支反力計(jì)算結(jié)果一致。 2完全的命令流完全的命令流 !% 典型例題3.3.7(3) % begin % / PREP7 !進(jìn)入前處理 ET,1,beam3 !選擇單元類(lèi)型 R,1,6.5e-7,6.8e-4 !給出實(shí)常數(shù)(橫截面積、慣性矩) MP,EX,1,3e11 !給出材料的彈性模量 N,1,0,0.96,0 !生成 4 個(gè)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)(0,0.96,0)，以下類(lèi)似 N,2,1.44,0.96,0 N,3,0,0,0 N,4,1.44,0,0 E,1,2 !生成單元(連接 1 號(hào)節(jié)點(diǎn)和 2 號(hào)節(jié)點(diǎn)) ，以下

37、類(lèi)似 E,1,3 E,2,4 D,3,ALL !將 3 號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定 D,4,ALL !將 4 號(hào)節(jié)點(diǎn)的位移全部固定 F,1,FX,3000 !在 1 號(hào)節(jié)點(diǎn)處施加 X 方向的力(3000) SFBEAM,1,1,PRESS,4167 !施加均布?jí)毫?FINISH !結(jié)束前處理狀態(tài) /SOLU !進(jìn)入求解模塊 SOLVE !求解 FINISH !結(jié)束求解狀態(tài) /POST1 !進(jìn)入后處理 PLDISP,1 !顯示變形狀況 FINISH !結(jié)束后處理 !% 典型例題3.3.7(3) % end % 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 衍架的結(jié)構(gòu)靜力分析衍架的結(jié)構(gòu)靜力分析 一、問(wèn)題描述一、問(wèn)題描述 圖 1 所示為

38、由 9 個(gè)桿件組成的衍架結(jié)構(gòu)，兩端分別在 1，4 點(diǎn)用鉸鏈支承，3 點(diǎn)受到一 個(gè)方向向下的力 Fy ,衍架的尺寸已在圖中標(biāo)出，單位： m。試計(jì)算各桿件的受力。 其他已知參數(shù)如下: 彈性模量（也稱(chēng)揚(yáng)式模量） E=206GPa；泊松比 =0.3； 作用力 Fy =-1000N；桿件 的橫截面積 A=0.125m2. 顯然，該問(wèn)題屬于典型的衍架 靜力分析問(wèn)題，通過(guò)理論求解 方法（如節(jié)點(diǎn)法或截面法）也可以很容易求出個(gè)桿件的受力，但這里為什么要用 ANSYS 軟 件對(duì)其分析呢？ 三、結(jié)果演示三、結(jié)果演示 通過(guò)使用 ANSYS8.0 軟件對(duì)該衍架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，其分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果如表 1 所示。

39、表 1 ANSYS 分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的比較 桿件序號(hào) 123456789 ANSYS 分 析結(jié)果/N 333.33333.33666.67-471.400-666.67471.40666.67-947.81 理論計(jì)算 結(jié)果/N 333.333333.333666.667- 471.405 0-666.667471.405666.667- 942.809 誤差/% 0.30.30.30.500.30.50.30.1 比較結(jié)果表明，使用 ANSYS 分析的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果的誤差不超過(guò) 0.5%，因此， 利用 ANSYS 軟件分析來(lái)替代理論計(jì)算是完全可行的。 四、實(shí)訓(xùn)步驟四、實(shí)訓(xùn)步驟 （一）

40、（一） ANSYS8.0ANSYS8.0 的啟動(dòng)與設(shè)置的啟動(dòng)與設(shè)置 1 啟動(dòng)。點(diǎn)擊：開(kāi)始所有程序 ANSYS8.0 ANSYS，即可進(jìn)入 ANSYS 圖形用戶主界 面。如圖 2 所示。其中，幾個(gè)常用的部分有應(yīng)用菜單，命令輸入欄，主菜單，圖形顯示區(qū) 和顯示調(diào)整工具欄，分別如圖 2 所示。 圖 1 衍架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2 功能設(shè)置。電擊主菜單中的“Preference”菜單，彈出“參數(shù)設(shè)置”對(duì)話框，選 中“Structural”復(fù)選框，點(diǎn)擊“OK”按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，如圖 3 所示。本步驟的目的是 為了僅使用該軟件的結(jié)構(gòu)分析功能，以簡(jiǎn)化主菜單中各級(jí)子菜單的結(jié)構(gòu)。 3 系統(tǒng)單位設(shè)置。由于 ANSYS 軟件系

41、統(tǒng)默認(rèn)的單位為英制，因此，在分析之前，應(yīng) 將其設(shè)置成國(guó)際公制單位。在命令輸入欄中鍵入“/UNITS，SI” ，然后回車(chē)即可。 （注：SI 表示國(guó)際公制單位） （二）（二） 單元類(lèi)型，幾何特性及材料特性定義單元類(lèi)型，幾何特性及材料特性定義 圖 3 Preference 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 圖 4 單元類(lèi)型庫(kù)對(duì)話框圖 5 單元類(lèi)型對(duì)話框 1定義單元類(lèi)型。電擊主菜單中的“Preference Element TypeAdd/Edit/Delete” ， 彈出對(duì)話框，點(diǎn)擊對(duì)話框中的“Add”按鈕，又彈出一對(duì)話框（圖 4） ，選中該對(duì)話框中 的“Link”和“ 2D spar 1”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“OK” ，關(guān)閉

42、圖 4 對(duì)話框，返回至上一級(jí)對(duì)話 框，此時(shí)，對(duì)話框中出現(xiàn)剛才選中的單元類(lèi)型：LINK1，如圖 5 所示。點(diǎn)擊“Close” ，關(guān)閉 圖 5 所示對(duì)話框。注：LINK1 屬于二維平面桿單元，即我們常說(shuō)的二力桿，只承受拉壓， 不考慮彎矩。 2定義幾何特性。在 ANSYS 中主要是實(shí)常數(shù)的定義：點(diǎn)擊主菜單中的 “PreprocessorRealContantsAdd/Edit/Delete”, 彈出對(duì)話框，點(diǎn)擊“Add”按鈕， 第二（1）步定義的 LINK1 單元出現(xiàn)于該對(duì)話框中，點(diǎn)擊“OK” ，彈出下一級(jí)對(duì)話框，如圖 6 所示。在 AREA 一欄桿件的截面積 0.125，點(diǎn)擊“OK” ，回到上一級(jí)

43、對(duì)話框，如圖 7 所示。 圖 6 單元類(lèi)型對(duì)話框圖 7 實(shí)常數(shù)對(duì)話框 圖 8 材料特性對(duì)話框 點(diǎn)擊“Close” ，關(guān)閉圖 7 所示對(duì)話框。 3定義材料特性。點(diǎn)擊主菜單中的“PreprocessorMaterial Props Material Models”, 彈出對(duì)話框，如圖 8 所示,逐級(jí)雙擊右框中 “Structural,Linear,Elastic,Isotropic”前圖標(biāo)，彈出下一級(jí)對(duì)話框，在彈性模量文本 框中輸入：206E9，在泊松比文本框中輸入：0.3，如圖 9 所示，點(diǎn)擊“OK” 返回上一級(jí)對(duì) 話框，并點(diǎn)擊“關(guān)閉”按鈕，關(guān)閉圖 8 所示對(duì)話框。 （三）（三） 衍架分析模型的

44、建立衍架分析模型的建立 1 生成節(jié)點(diǎn)。圖 10 所 示衍架中共有 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其 坐標(biāo)根據(jù)已知條件容易求出 如下：1（0，0，0） ， 2（1，0，0） ，3（2，0，0） ， 4（3，0，0） ，5（1，1，0） ， 6（2，1，0） 。點(diǎn)擊主菜單中 的 “PreprocessorModelingC reateNodesIn Active CS”, 彈出對(duì)話框.在“Node number”一欄中輸入節(jié)點(diǎn)號(hào) 1，在“XYZ Location”一欄中 輸入節(jié)點(diǎn) 1 的坐標(biāo) （0，0，0） ，如圖 10 所 示，點(diǎn)擊“Apply” 按鈕，在生成 1 節(jié)點(diǎn)的同 時(shí)彈出與圖 10 一樣的對(duì) 圖 9 材

45、料特性參數(shù)對(duì)話框 圖 10 節(jié)點(diǎn)生成參數(shù)輸入對(duì)話框 圖 11 生成節(jié)點(diǎn)顯示 話框，同理將 2-6 點(diǎn)的坐標(biāo)輸入，以生成其余 5 個(gè)節(jié)點(diǎn)。此時(shí)，在顯示窗口上顯示所生成 的 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，如圖 11 所示。 2 生成單元格。 點(diǎn)擊主菜單中的 “PreprocessorModelingCreateElementsAutoNumberedThru Nodes”,彈出“節(jié)點(diǎn)選擇”對(duì)話框，如圖 12 所示。依次點(diǎn)選節(jié)點(diǎn) 1、2，點(diǎn)擊 Apply 按鈕，既可生成單元。同理，分別點(diǎn)擊 2、3； 3、4；1、5；2、5；5、6；3、5；3、6；4、6 可生成其 余 8 個(gè)單元。生成后的單元如圖 13 所示。

46、 （四）施加載荷（四）施加載荷 1施加位移約束。點(diǎn)擊主菜單中的 “PreprocessorLoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes”,彈出與圖 12 所示類(lèi)似的“節(jié)點(diǎn)選擇”對(duì)話框，點(diǎn)選 1 節(jié)后，然后點(diǎn)擊“Apply”按鈕，彈出對(duì)話框如圖 14 所示，選 擇右上列表框中的“All DOF”,并點(diǎn)擊“Apply” 按鈕，彈出 對(duì)話框如圖 14 所示，選擇右上列表框中的 UY，并點(diǎn)擊“OK”按 鈕，即可完成對(duì)節(jié)點(diǎn) 4 沿 y 方向的位移約束。 圖 12 節(jié)點(diǎn)選擇對(duì)話框 圖 13 生成單元顯示 2施加集中力載荷。點(diǎn)擊主菜單中的“PreprocessorLoad

47、sDefine LoadsApplyStructuralForce/MomentOn Nodes”,彈出對(duì)話框如圖 15 所示，在 “Direction of force/mom”一項(xiàng)中選擇：“FY”，在“Force/Moment value” 一項(xiàng)中輸 入：-1 000（注：負(fù)號(hào)表示力的方向與 Y 的正向相反），然后點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框， 這樣，就在節(jié)點(diǎn) 3 處給桁架結(jié)構(gòu)施加了一個(gè)豎直向下的集中載荷。 說(shuō)明：根據(jù)圖 1 所示有限元分析的基本過(guò)程，到此為止，有限元分析的前置處理部分 已經(jīng)結(jié)束。 但在使用 ANSYS 軟 件進(jìn)行分 析的過(guò)程 中，施加 載荷這一 步驟往往 既可以在 前置處理

48、中完成（如本實(shí)訓(xùn)一樣），也可以在求解器中完成（如點(diǎn)擊主菜單中的 “SolutionDefine LoadsApplyStuctural”,實(shí)現(xiàn)過(guò)程完全一樣）。 （五）開(kāi)始求解（五）開(kāi)始求解 圖 14 節(jié)點(diǎn) 1 的位移約束 圖 15 施加載荷 點(diǎn)擊主菜單中的 “SolutionSolveCurrent LS”,彈出對(duì)話框（圖 16）， 點(diǎn)擊“OK”按鈕，開(kāi)始 進(jìn)行分析求解。分析完成 后，又彈出一信息窗口 （圖 17）提示用戶已完 成求解，點(diǎn)擊“Close”按鈕關(guān)閉對(duì)話框即可。至于在求解時(shí)產(chǎn)生的 STATUS Command 窗口， 點(diǎn)擊“FileClose”關(guān)閉即可。 說(shuō)明：到此為止，有限元分析

49、的求解器計(jì)算部分已經(jīng)結(jié)束。 （六）分析結(jié)果顯示（六）分析結(jié)果顯示 1顯示變形圖。點(diǎn)擊主菜單中的“General PostprocPlot ResultsDeformed Shape”,彈出對(duì)話框如圖 18 所示。選中“Def + undeformed”選項(xiàng)，并點(diǎn)擊“OK”按鈕， 即可顯示本實(shí)訓(xùn)桁架結(jié)構(gòu)變形前后的結(jié)果，如圖 19 所示。 圖 2-3 用戶主界面 圖 16 求解對(duì)話框 圖 17 求解完成 圖 18 顯示變形圖設(shè)置 2 顯示變形動(dòng) 畫(huà)。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單 （Utility Menu） 中的 Plot Ctrls AnimateDeformed Shape,彈出對(duì)話 框如 圖 20 所示。

50、選中 Def+u ndefo rmed ”選 項(xiàng)， 并在 “Tim e delay”文本框中輸入：0.1,然后點(diǎn)擊“OK”按鈕，即可顯示本實(shí)訓(xùn)桁架結(jié)構(gòu)的變性動(dòng)畫(huà)。 由于集中力 FY 作用在 3 節(jié)點(diǎn)上，因此，3 節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的位移最大。圖 21 是動(dòng)畫(huà)片、顯示桁 架受力變形的過(guò)程，右邊窗口是動(dòng)畫(huà)顯示的控制窗口，可以暫停，也可以拖動(dòng)顯示進(jìn)度條。 圖 19 用戶主界面 圖 20 變形動(dòng)畫(huà)參數(shù)設(shè)置 3列舉支反力計(jì)算結(jié)果。點(diǎn)擊主菜單中的“General PostprocList Results Reaction Solu”， 彈出對(duì)話 框如圖 22 所示。接 受缺省設(shè) 置，點(diǎn)擊 “OK”按 鈕關(guān)閉對(duì) 話框

51、，并 彈出一列 表窗口，顯示了兩鉸鏈點(diǎn)（1、4 節(jié)點(diǎn)）所受的支反力情況，如圖 23 所示。 4.列舉各桿件的軸向力計(jì)算結(jié)果。點(diǎn)擊主菜單中的“General PostprocList Result Element Solution”，彈出對(duì)話框如圖 24 所示，在中間列表框中移動(dòng)滾動(dòng)條至最后，選擇 “By Sequence num”選項(xiàng)，右上列表框中選擇“SMISC”選項(xiàng)，右下文本框中輸入 “SMISC，1”，點(diǎn)擊“OK”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，并彈出一列表窗口，顯示了 9 個(gè)桿單元所受 的軸向力，如圖 25 所示，此外，還給出了最大、最小力及其發(fā)生位置。 說(shuō)明：到此為止，有限元分析的后置處理部分就可以

52、結(jié)束了。實(shí)際上，ANSYS 軟件的 后置處理功能非常強(qiáng)大，除了能顯示上述結(jié)果外，還可以顯示其他許多結(jié)果，比如，各節(jié) 圖 21 動(dòng)畫(huà)仿真控制對(duì)話框 圖 22 顯示支反力參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 點(diǎn)產(chǎn)生的位移（General Postproc List Results Nodal Solution）和各節(jié)點(diǎn)所 受載荷（General Postproc List Results Nodal Loads）等等，有興趣的 讀者可自行嘗試。 （七）（七）ANSYSANSYS 軟件的保存與退出軟件的保存與退出 1保存。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的 “FileSave as Jobname.db,ANSYS”自 動(dòng)將結(jié)果保存，缺省

53、的文件名為：下次打 開(kāi)時(shí)，可直接點(diǎn)擊“file.db” 2退出。點(diǎn)擊應(yīng)用菜單中的 “FileExit”，彈出保存對(duì)話框，選 中“Save Everything”，點(diǎn)擊“OK”按 扭，即可退出 ANSYS。 圖 23 顯示支反力列表 圖 25 顯示軸向力列表 圖 24 單元求解結(jié)果參數(shù)選擇對(duì)話框 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的分析三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的分析 介紹三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的有限元分析。 一、問(wèn)題描述一、問(wèn)題描述 圖 25 所示為一工字鋼梁，兩端均為固定端，其截面尺寸為， 。試建立該工字鋼梁的三維實(shí)體模mdmcmbmaml03 . 0 ,02. 0,2 . 0,16 . 0 ,0 . 1 型，并在考慮重力的情況下對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析。其他已知參數(shù)如下： 彈性模量（也稱(chēng)楊式模量） E= 206GPa；泊松比； 3 . 0u 材料密度；重力加速度； 3 /7800mkg 2 /8 . 9smg 作用力 Fy 作用于梁的上表面沿長(zhǎng)度方向中線處，為分布力，其大小 Fy=-5000N 圖 25 工字鋼結(jié)構(gòu)示意圖 三、結(jié)果演示三、結(jié)果演示 使用 ASSYS 8。0