2层钢架分析.doc

机电工程学院有限元原理及工程结构分析课程设计说明书指导老师： 专业名称：学 号： 设计作者： 提交时间： 一、设计任务书1.1题目（自选一个较为复杂的工程问题，不能与其他课程作业的题目重复）1.2结构图和计算参数（1、构件的几何形状和尺寸；2、材料及性能；3、约束和边界条件；4、载荷）1.3计算内容1） 构件的位移计算；2） 构件的应力分布场计算；1.4计算要求1） 计算说明书应包括主要的计算步骤，计算简图均应列入，并尽量详细描述计算过程；2） 计算说明书应书写清楚，字体工整，图表清晰规范；3） 在规定时间内完成计算并提交计算说明书。二、课程设计指导书2.1目的要求本课程设计是有限元理论及其应用的重要实践环节之一，是一门了解有限元理论、应用有限元方法对工程问题进行计算的实战性很强的课程。通过本课程的学习，熟练掌握通用有限元软件ANSYS对工程问题的计算全过程，进一步综合和深化对有限元以及力学理论中基本理论和基本概念的理解。同时初步培养学生具备利用有限元方法对工程应用问题进行基本建模、加载、计算和结果分析的能力，使学生在计算、分析解决实践工程力学问题的能力有较大的提高，为学生在今后的毕业设计和进入社会工作后对工程问题的力学分析打下扎实的基础。2.2主要计算步骤1) 明确研究对象，合理简化研究对象的力学分析。a、 对实际构件进行合理简化，确定主要研究对象；b、 对载荷和约束进行合理简化处理；c、 画出简化结构分析图；d、 了解构件的材料特性和几何特性。2) 启动ANSYA分析软件，设定ANSYS分析环境；a、 设置项目工程名；b、 设置计算过程、结果存取工作目录；3) 选择适当分析单元模型和材料模型，输入相关材料模型参数。a、 选择适当的单元模型，设置相关截面参数、实常数等；b、 选择适当的材料模型，设置材料模型的参数。4) 创建有限元模型a、 构思建模步骤，创建模型；b、 应用布尔运算对模型进行整合；c、 控制和合并重合单元、节点等。5) 网格划分a、 确定每部分构件的材料、单元；b、 选择网格划分方式；c、 调整已划分网格；6) 加载和计算a、 设置载荷：集中力、分布力等；b、 设置约束：位移、对称面等；c、 设置计算参数并进行计算；7) 后处理a、 取后处理构件变形对比图；b、 取后处理构件节点位移图；c、 取后处理构件节点应力图，主要包括：第一主应力图、应力强度图、mises等效应力图等。2.3计算结果分析利用ANSYS后处理得到构件的变形图、位移图和应力图，针对这些图，分析最大应力发生点、最大变形发生点，分析该点的危险性，提出一个解决方案并进行计算对比。2.4计算说明书内容计算说明书是学生提交计算结果及其分析的重要报告，其主要内容包括下面几个方面：1) 构件结构图2) 材料和单元选择3) 有限元建模4) 网格划分5) 加载6) 计算和后处理7) 结果分析8) ADPL程序三、计算说明书3.1构件结构图（画出计算对象的结构图，图中应包括结构的尺寸、载荷、约束等）3.2材料和单元选择（选择该材料和单元模型，材料和单元模型的特点。具体内容可查help文档和相关书籍）3.3有限元建模（1、描述建模的基本思路。2、描述对工程实际对象简化模拟方法，包括构件的几何简化和约束、载荷的处理方式等。3、对构件进行有限元的建模，给出建模后的模型图。 3.4网格划分（给出网格划分后的有限元模型图，说明使用网格划分的方法，如自由网格划分、扫掠网格划分、映像网格划分等，如果是多种材料、多种单元，说明构件的哪部分是用什么材料、什么单元划分的）3.5加载（说明主要包括：1、施加什么样载荷，如集中力、均布力、施加在面、线、还是节点上等等；2、施加什么样的约束，如什么方向的位移约束等）3.6计算和后处理（如果没有选择默认计算器，请说明对计算器参数选择和原因。后处理主要给出下面几个图形：变形图、位移、第一主应力、应力强度、mises等效应力）3.7结果分析（针对上面给出的图形，分析计算结果，给出计算结论）3.8 ADPL程序（提交和计算相关的ADPL程序）计算机辅助工程建模实训（有限元法及工程结构分析）课程设计大纲课程指导教师： 适用专业： 课程编号03160070学分2 课程性质专业课总学时2周前修课程理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、有限元、计算力学等一、课程设计内容介绍1、ANSYS有限元分析软件简介和功能概括；2、ANSYS图形用户界面及其基本的操作方法；3、创建一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）有限元模型；4、加载、求解、结构后处理；5、结果分析评价。二、课程设计目的与任务有限元原理及工程结构分析课程设计是一门力学专业的综训课程。课程目的和任务旨在使学生了解有限元计算分析的基本方法。通过使用计算机计算工程力学中的若干问题，进一步加深力学课程中的基本概念和基本理论，培养学生解决一些简单工程实际问题的能力，为学生在今后的毕业设计和进入社会工作后对工程问题的力学分析打下扎实的基础。三、课程设计要求1、 了解有限元分析的基本理论和方法；2、 熟悉有限元分析软件ANSYS的图形用户界面和菜单；3、 能熟练创建有限元一维、二维和三维有限元分析模型；4、 会选择合适的有限元单元，同时会用指定的单元对有限元分析模型进行网格划分；5、 能熟练使用工程力学知识来确定模型的约束条件和受力的类型；6、 会使用计算模式对有限元分析模型进行计算；7、 能熟悉掌握有限元分析后处理过程，并对计算结果做出正确评价。四、课程设计内容及安排1、ANSYS图形界面和分析的基本步骤；2、单元和材料的选择；3、创建有限元分析模型；4、有限元模型的计算；5、后处理分析和对结果的评价；6、上机练习计算及辅导。五、考核与成绩评定上机利用ANSYS进行计算，提交计算分析报告。成绩是依据在设计中的表现和设计成果综合评定，包括：平时成绩（30%）：根据设计出勤情况、服从管理情况以及设计态度等因素评定，严重纪律问题直接评为不及格；计算报告（70%）：设计报告的完成情况。 计算说明书题目钢架杆的各截面均为矩形截面，宽度b=0.12m，高度h=0.2m，则横截面的面积A=0.024，轴惯性矩为I=0.00008。材料的弹性模量，泊松比为v=0.3计算步骤软件计算步骤（1）设立工作目录、文件名、标题与分析模块 首先在硬盘上建立一个工作目录，例如D：课程设计，然后启动ANSYS程序软件，通过把ANSYS程序软件的入口界面把工作目录改为在硬盘上已建立的工作目录，同时设立一个工作文件名。或者进入ANSYS程序软件之后，通过实用菜单中的FileChange Directory，FileChange Jobname，FileChange Title进行操作来设立工作目录、文件名与标题。平面桁架的结构分析只需要选择结构分析模块，菜单路径为：Main MenuPreferences，将弹出Preferences for GUI Filtering对话框，在对话框中选取Structural，然后单击【OK】按钮。（2）选择单元类型 选择 Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 命令，出现Element Types 对话框，单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。在Library of Element Types复选框中选择Beam，2D elastic 3，在Element type reference number 输入栏中输入1，单击【OK】按钮，单击对话框上的Close 按钮，关闭该对话框。（3）设置材料属性运行Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models，弹出Define Material Model Behavior对话框，然后双击StructuralLinearElasticIsotropic，弹出Linear Isotropic Properties for Material Number1对话框，在EX文本框中输入2 e11，在PRXY文本框中输入0.3，单击【OK】按钮，选择MaterialExit，关闭该对话框。（4） 设置单元截面形式运行Main MenupreprocessorSectionsBeamCommon Sections,弹出Beam Tool对话框，在SubType下拉列表框中选择矩形，在B文本框中输入0.12，在H文本框中输入0.2，最后单击【OK】按钮。（5）定义实常数运行Main Menu PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，弹出Real Constants对话框，单击【Add】按钮，弹出Element Types对话框，选择Type 1 Beam3，单击 OK 按钮，弹出Real Constants Set Number1 for Beam3对话框，在Real Constant Set NO. 文本框中输入1，在AREAS文本框中输入0.024,在IZZ文本框中输入0.00008，单击【OK】按钮。（6）建立模型首先创建关键点，运行主菜单Main MenuPreprocessorModelingCreate Keypoints In Active CS，弹出创建关键点对话框，在Keypoint number文本框中输入1，在X、Y、Z文本框中分别输入0，0，0，单击【Apply】按钮，那么关键点1（0，0，0）建立完毕。同理建立关键点2（0,1,0），3（0,2,0）,4（1，2，0），5(1,1,0),6(1,0,0)。最后单击【OK】按钮。运行Utility MenuList KeypoinsCoordinates only，可以显示所有关键点的坐标。选择 Utility MenuPLotCtrlsNumbering 命令，出现Numbering Controls 对话框，选中KP Keypointnumbers 和LINE Line numbers 选项，使其状态从Off 变为On，其余均采用默认设置，单击OK 按钮关闭该对话框。运行Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesStraight Line，弹出 创建直线对话框，拾取点1和2，单击【Apply】按钮，再拾取2和3,3和4,4和5,2和5，5和6后单击【OK】按钮。（7）划分网格选择Main MenupreprocessorMeshingMesh Attributes picked lines命令，弹出line Attributs对话框，选中直线L1,到L6，单击【OK】按钮，按如图进行设置。单击OK 按钮关闭该对话框。 Main MenupreprocessorMeshing Size cntr manual size lines picked lines，再选中L1和L2直线，单击【OK】按钮，在对话框中设置NDIV=10。单击OK按钮关闭该对话框。在Mesh Tool工具中点击Mesh，弹出Mesh Lines对话框，点击Pick All（8）施加约束运行Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Keypoins，选择关键点1，单击【OK】按钮弹出对话框，选择ALL DOF，单击【OK】按钮。,选择关键点6，单击【OK】，选择Uy. （9） 施加荷载运行plotctrlsnumbering将NODE node numbers 中的off改为on单击【OK】按钮。可以显示出节点。（10）求解运行Main MenuSolutionSolveCurrent LS，计算分析当前的负载步骤命令，弹出求解对话框，单击【OK】按钮，开始计算。计算分析完毕后弹出计算完毕对话框，在信息窗口中提示计算完成，单击【Close】按钮将其关闭。 （11）后处理运行Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour plotnodal solu，在出现的对话框中选DOF Solution，再选择Displacement vector sum，单击【OK】按钮，则出现下图所示的位移云图。 弯矩图：运行Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table,弹出单元表格数据对话框，单击【Add】按钮，弹出定义附加单元表格条目对话框，在AVPRIN文本框中输入0，在ETABLE文本中输入1，在Results data item列表框中选择By sequence numSMISC,并在第三文本中框中输入SMISC,6。最后单击【OK】按钮。再运行Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotLine Elem Res,弹出选择显示单元结果对话框，在LabI下拉列表框中选择1，在LabJ下拉列表中选择1，在Fact Optional scale factor文本框中输入1，在KUND选项区域中选择Def undeformed选项，最后单击【OK】按钮。则可以出现弯矩图。 剪力图：运行Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table,弹出单元表格数据对话框，单击【Add】按钮，弹出定义附加单元表格条目对话框，在AVPRIN文本框中输入0，在ETABLE文本框中输入2，在results data item列表框中选择By sequence numSMISC,并在第三文本框中输入SMISC，2。最后单击【OK】按钮。再运行Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotLine Elem Res,弹出选择显示单元结果对话框，在LabI下拉列表框中选择2，在LabJ下拉列表框中选择2，在Fact optional scale factor文本中输入1，在KUND选项区域中选择Def shape only选项，最后单击【OK】按钮。则可以出现剪力图。命令流：/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP20090415 11:25:57 01/11/2013/input,menust,tmp,1 /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0!* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,BEAM3 !* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2e11 MPDATA,PRXY,1,0.3 SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 SECOFFSET, CENT SECDATA,0.12,0.2,0,0,0,0,0,0,0,0R,1,0.024,0.00008, , , , , !* K,1,0,0,0, K,2,0,1,0, K,3,0,2,0, K,4,1,2,0, K,5,1,1,0, K,6,1,0,0, SAVELSTR, 1, 2 LSTR, 2, 3 LSTR, 3, 4 LSTR, 4, 5 LSTR, 5, 6 SAVERESUME /COM,ANSYS RELEASE 12.0.1 UP20090415 11:29:11 01/11/2013LSTR, 2, 5 SAVEFLST,5,6,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-6 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,10, , , , ,1 !* FLST,2,6,4,ORD