ANSYS-房屋建筑静力学分析.doc

ANSYS-房屋建筑静力学分析【摘要】房屋建筑在工程中常常见到，因此对房屋建筑的受力分析以及结构的优化设计一直都是工程中研究的热点。本文利用ANSYS 12.0平台，对给定受力状态下的房屋建筑进行有限元模拟，并得到房屋建筑中各个结构的位移以及von-Mises等效应力与应变情况，同时对房屋建筑进行优化设计增强它的承载能力。【关键词】 Ansys有限元模拟， 房屋建筑，等效应力1问题描述与几何模型：如下图1-1所示房屋建筑结构，其柱高11.9m，主梁长64m，横跨20m，次梁间距16m，顶棚高15m。材料：梁柱Q345，板Q235。单元：beam188、 shell63。约束：与地面接触的节点固定。载荷：考虑重力g=9.8m/s2，面压力0.25Pa，密度7800kg/m3。 要求：分析四种截面的梁和板受力状态。图1-1表1-1IDNameW1W2W3t1t2t3t41234columngirderbeampeak1.21.04250.65350.61.21.04250.65350.61.2121.6970.8060.06050.09850.04650.0250.06050.09850.04650.0250.0390.05850.02850.0250.0252有限元分析：2.1更改背景颜色、字体、时间2.1.1更改背景颜色选取菜单项 PlotCtrls |Style |Colors |Reverse Video即可。2.1.2更改字体选取菜单项 PlotCtrls |Font Controls，然后分别选择Legend Font与Entity Font,并更改字体为小四，详见下图图1-22.1.3更改时间选取菜单项 PlotCtrls |Window Controls |Window Options在弹出对话框的DATE选项中，选择No Date or Time即可，见图1-4。图1-32.2选择分析模式选取菜单项 Main Menu |Preference ，将弹出 Preference of GUI Filtering（菜单过滤参数选择）对话框，如下图。选中Structural复选框，单击OK即可。图1-42.3定义单元类型题目中要求单元类型为beam3。选取菜单项 Main Menu |Preprocessor |Element Type |Add/Edit/Delete，将弹出Element Types （单元类型）对话框，点取Add，在 Library of Element Types中选取相应单元类型，如图1-6所示。图1-52.4定义材料属性选取菜单项 Main Menu |Preprocessor |Material Props |Material Models，将弹出Define Material Model Behavior对话框，依次输入弹性模量与泊松比，如图1-7，图1-8所示。图1-6图1-7由于本题涉及两种材料，因此需要再次定义材料2的弹性模量与泊松比，在Define Material Model Behavior对话框中选择Material |New Model,然后单击OK，再次输入材料2的弹性模量与泊松比，详见下图。图1-8图1-92.5建立几何模型（1）打开记事本，在记事本中对相应的点以及直线进行记录。图1-10（2）将记事本中的内容复制到命令框里面并敲回车。图1-112.6网格划分本题含有两种材料，因此在划分网格的时候依次进行，先介绍SiC颗粒的网格划分。选择Main Menu |Preprocessor |Meshing |Mesh Tool，打开网格划分工具。点选Global项后的Set，选择要划分网格材料的编号。见下图所示。图1-12图1-132.7定义约束选择选择Main Menu |Preprocessor |Loads |Define Loads |Apply | Structural，定义点选Displacement |On Keypoints，弹出面选择对话框，要求选择欲对其施加位移约束的点。（1）先选择左端，点OK，出现Apply U,ROT on Kps（在面上施加位移约束）对话框，如图下图图1-14约束施加完成，效果图如下图1-152.8定义压力、重力图1-16图1-17图1-182.9求解选择Main Menu |Solution |Solve单击OK进行求解,求解完成后会出现下图。图1-19图1-202.10输出位移、应力图图1-21(位移)图1-22（等效应力）2.11输出各个部分应力图图1-23图1-24（ID=1）图1-25（ID=2）图1-26（ID=3）图1-27（ID=4）至此圆满完成3.优化设计上面看到房屋结构的最大位移比较大，现在通过优化设计来减少其位移。想法1：中间加一根加柱子图1-28由上图可见，中间加柱子明显降低了其最大位移。想法2：改变板厚。图1-29（板厚为0.1m）图1-30再次改变板厚图1-31（板厚为0.05m）图1-32综上可以看到无论是中间加柱子或是改变板厚都能有效的降低最大位移。我们也可以得出此房屋结构在给定的载荷情况下，改变板厚既能有效的减少其最大位移又能节省材料，无疑改变板