结构静力分析-梁、杆单元2011.ppt

单元类型下表列出了一般常用的结构单元类型 节点自由度包含 UX UY UZ ROTX ROTY 和ROTZ 材料特性至少需要杨氏弹性模量 EX 在优先设置中 设置 Structural 限制 则GUI方式只显示结构材料特性 实常数主要是壳和线单元需要 平面桁架和钢架的静力分析 学习目标ANSYS中平面模型的建立方法熟悉菜单功能学习重点关键点 线 节点和单元的建立方法区别直接建模与间接建模方法选择设置单元类型 平面桁架如图所示 弹性模量为2 1e11 泊松比0 3 杆件横截面积均为0 01m2 受集中载荷作用F 1000N 求支座反力和各杆内力 问题描述 目标 熟悉ANSYS基本关键字的含义k Keypoints关键点l Lines线a Area面v Volumes体e Elements单元n Nodes节点cm component组元et elementtype单元类型mp materialproperty材料属性r realconstant实常数d DOFconstraint约束f ForceLoad集中力sf SurfaceForceonnodes表面载荷bf BodyForceonNodes体载荷ic InitialConditions初始条件 目标 了解命令流的整体结构 掌握每个模块的标识 文件说明段 BATCH TITILE testanalysis 定义工作标题 FILENAME test 定义工作文件名 PREP7 进入前处理模块标识 定义单元 材料属性 实常数段ET 1 SHELL63 指定单元类型ET 2 SOLID45 指定体单元MP EX 1 2E8 指定弹性模量MP PRXY 1 0 3 输入泊松比MP DENS 1 7 8E3 输入材料密度R 1 0 001 指定壳单元实常数 厚度 建立模型K 1 0 0 定义关键点K 2 50 0 A 1 2 3 4 5 6 由关键点生成面 划分网格ESIZE 1 0 AMESH 1 FINISH 前处理结束标识 SOLU 进入求解模块标识 施加约束和载荷DL 5 ALLSFL 3 PRES 1000SFL 2 PRES 1000 SOLVE 求解标识FINISH 求解模块结束标识 POST1 进入通用后处理器标识 POST26 进入时间历程后处理器 EXIT SAVE 退出并存盘 PREP7 进入前处理模块 定义模型N 1 0 0 通过节点的坐标位置定义各个节点 1号节点1 0 0 N 2 2 0 2号节点2 2m 0 N 3 4 0 3号节点3 4m 0 N 4 6 0 4号节点4 6m 0 N 5 8 0 5号节点5 8m 0 N 6 2 1 6号节点6 2m 1m N 7 4 2 7号节点7 4m 2m N 8 6 1 8号节点8 6m 1m 在前处理模块中 定义单元类型 材料参数和各个单元ET 1 LINK1 定义第1类单元为二维杆单元LINK1MP EX 1 207E9 定义第1类材料弹性模量EX 207GPaR 1 0 01 定义杆件第1类实常数 截面积0 01m 2E 1 2 通过节点连接关系定义各个单元 单元1由1 2节点组成E 2 3 单元2由2 3节点组成E 3 4 单元3由3 4节点组成E 4 5 单元4由4 5节点组成E 1 6 单元5由1 6节点组成E 6 7 单元6由6 7节点组成 E 2 6 单元7由2 6节点组成E 2 7 单元8由2 7节点组成E 3 7 单元9由3 7节点组成E 4 7 单元10由4 7节点组成E 4 8 单元11由4 8节点组成E 7 8 单元12由7 8节点组成E 8 5 单元13由8 5节点组成FINISH 退出前处理模块 进入求解模块 设置求解选项 设置位移边界条件 加载并开始求解 SOLU 进入求解模块 定义力和位移边界条件 并求解ANTYPE STATIC 申明分析类型是静力分析 STATIC或者0 OUTPR BASIC ALL 在输出结果中 列出所有荷载步的基本计算结果D 1 ALL 0 约束1号节点的所有节点位移自由度UX和UYD 5 UY 0 约束5号节点的竖向自由度UYF 6 FY 1000 对6号节点施加 Y方向的集中力1000NF 7 FY 1000 对7号节点施加 Y方向的集中力1000NF 8 FY 1000 对8号节点施加 Y方向的集中力1000NSOLVE 发出求解指令 October30 2001Inventory 0015715 24 梁单元是线单元 用于创建三维结构的一维理想化 梁单元比实体和壳单元更有效 常用于下列工程领域 建筑结构桥梁和道路公共交通 有轨电车 火车 公共汽车 等 October30 2001Inventory 0015715 25 梁 本节将通过以下主题对梁做简要介绍 A 梁的属性B 梁网格划分C 加载 求解 结果D 练习 October30 2001Inventory 0015715 26 梁A 梁的属性 建立梁的第一步 同任何分析一样 先建立几何模型 通常是由关键点和线组成的线框 接着 定义如下的梁属性 单元类型横截面材料特性 梁梁的属性 单元类型选择下面单元类型之一 BEAM188 3 D 线性 2 节点 BEAM189 3 D 二次函数 3 节点 ANSYS还有许多其它梁单元 推荐使用BEAM188和189对绝大部分梁结构都适合 支持线性和非线性分析 包括塑性 大变形和非线性失稳 具有包括用多种材料模拟分层材料 复合材料 截面加强的能力 具有用户定义截面几何尺寸的能力 在前 后处理过程中很容易使用 October30 2001Inventory 0015715 28 梁梁的属性 横截面对BEAM188和189单元的完整定义 包括对横截面的定义 BeamTool提供了方便的操作 Preprocessor Sections CommonSectns 选择想要的形状 然后输入尺寸 按Preview按钮观察截面 然后按OK 若有多个横截面 必须给每个横截面指定编号 任意定义名称 October30 2001Inventory 0015715 29 梁梁的属性 1 1梁横截面预览如下 SECPLOT 除了预先定义好的横截面形状之外 ANSYS允许用户通过建立二维实体模型来建立 自定义 横截面 同标准横截面一样 可以把自定义的横截面保存到横截面库中 以便日后使用 详细信息请参考ANSYS结构分析手册第15章 October30 2001Inventory 0015715 30 梁梁的属性 材料属性线性和非线性材料属性均可 所有梁的属性定义好以后 下一步是对几何模型进行网格划分 October30 2001Inventory 0015715 31 梁B 梁网格划分 用梁单元对几何模型做网格划分包括三个主要步骤 指定线的属性指定线分割划分网格MeshTool提供了上述三个步骤的便利操作 October30 2001Inventory 0015715 32 梁梁网格划分 第1步 线属性梁网格划分的线属性包括 材料号横截面号方向关键点相对于梁轴线 横截面的方位 必须指定所有横截面类型 单个关键点可以分配给多条线 即 不需要为每条线指定单个关键点 每条线的端点都有它的方向关键点 允许横截面绕梁轴线扭转 October30 2001Inventory 0015715 33 梁梁网格划分 方向关键点的示例 October30 2001Inventory 0015715 34 梁梁网格划分 用MeshTool指定单元属性 或选择线后使用LATT命令 拾取线 BEAM188 189的附加属性 October30 2001Inventory 0015715 35 梁梁网格划分 第2步 线分割对BEAM188和189单元 不主张把整个梁当作一个单元 使用MeshTool的 SizeControls 指定想要的线分割数 或用LESIZE命令 October30 2001Inventory 0015715 36 梁梁网格划分 第3步 生成网格先保存数据库文件 Toolbar SAVE DB或使用SAVE命令 按下MeshTool中的Mesh按钮 或执行LMESH ALL命令 生成网格 Picklines October30 2001Inventory 0015715 37 梁梁网格划分 在单元绘图中 按横截面形状显示单元 UtilityMenu PlotCtrls Style SizeandShape 或使用命令 ESHAPE 1 October30 2001Inventory 0015715 38 梁梁网格划分 网格划分完成后 接着施加荷载并求解 October30 2001Inventory 0015715 39 梁C 加载 求解 结果 梁典型加载包括 位移约束施加在节点或关键点上 力施加在节点或关键点上 压力单位长度的载荷施加在单元表面上Solution Apply Pressures OnBeams或使用SFBEAM命令 重力或旋转速度作用在整个结构上 October30 2001Inventory 0015715 40 梁加载 求解 结果 求解 保存数据库文件 求解 或把载荷写入载荷步文件 然后求解所有载荷步 查看结果的方法与应力分析相同 观察变形 观察反力 画应力 应变图 BEAM188和189单元的主要优势是 应力可以直接在单元上观察 与壳和实体单元相同 但必须激活单元形状显示 平面钢架如图所示 弹性模量为2 1e11 泊松比0 3 杆件横截面积均为0 01m2 受集中载荷作用F 10000N 求支座反力和各杆内力 画出杆件弯矩图和剪力图 问题描述 变形结果 实体截面变形结果 剪力图 弯矩图 PREP7 进入前处理模块 定义模型K 1 0 0 通过节点的坐标位置定义各个关键点 1号关键点1 0 0 K 2 0 4 2号关键点2 0m 4 K 3 3 4 3号关键点3 3m 4 K 4 4 4 4号关键点4 4m 4 K 5 4 1 5号关键点5 4m 1 L 1 2L 2 3L 3 4L 4 5 在前处理模块中 定义单元类型 材料参数和各个单元ET 1 BEAM3 定义第1类单元为二维梁单元MP EX 1 210E9 定义第1类材料弹性模量EX 210GPaMP PRXY 1 0 3 输入泊松比R 1 0 01 8 33e 6 0 1 定义梁的实常数 截面积0 01m 2 惯性矩和梁高ESIZE 0 5LMESH ALLFINISH 退出前处理 进入求解模块 设置求解选项 设置位移边界条件 加载求解 SOLU 进入求解模块 定义力和位移边界条件 并求解DK 1 ALL 0 约束1号关键点的所有节点位移自由度DK 5 ALL 0 约束5号关键点的所有节点位移自由度FK 3 FY 10000 对3号关键点施加 Y方向的集中力10000NSOLV