ANSYS作业三梁结构的瞬态完全法分析

1 有限元原理与工程应用有限元原理与工程应用 题目题目 梁结构的瞬态完全法分析梁结构的瞬态完全法分析 年级与专业年级与专业机械电子工程机械电子工程 1212 级级 所在学院 系 所在学院 系 机械工程学系机械工程学系 1 梁结构的瞬态完全法分析梁结构的瞬态完全法分析 1 要求要求 如图 1 所示板 梁结构 板件上表面施加随时间变化的均布压力 计算在下 列已知条件下结构的瞬态响应情况 全部采用 A3 钢材料 特性 杨氏模量 2e11 泊松比 0 3 密度 7 8e3 板壳 厚度 0 02 四条腿 2 mN 3 mKgm 梁的几何特性 截面面积 2e 4 惯性矩 2e 8 宽度 0 01 高度 2 m 4 mm 0 02 m 压力载荷与时间的关系曲线如图 2 所示 图 1 质量梁 板结构及载荷示意图 压力 N m2 10000 5000 0 1 2 4 6 时间 s 图 2 板上压力 时间关系 2 操作步骤操作步骤 2 1定义工作文件名及工作标题定义工作文件名及工作标题 1 定义工作文件名 执行 Utility Menu File Change Jobname 命令 在弹出 的 Change Jobname 对话框中输入文件名为 Harmonic 同时勾上 New log and error files 单击按钮 2 定义工作标题 执行 Utility Menu File Change Title 命令 弹出 Change Title 对话框中输入 Harmonic response of the structure 然后单击按钮 3 设置参数 2 图 3 设定参数 4 重新显示 执行 Utility Menu Plot Replot 命令 2 2显示工作平面显示工作平面 1 显示工作平面 执行 Utility Menu WorkPlane Display Working Plane 命 令 2 关闭三角坐标符号的显示 执行 Utility Menu PlotCtrls Window Controls Window Options 命令 弹出 Window Options 对话框 在 Location of triad 下拉列表框中选择 Not shown 选项 单击按钮 2 3建立梁结构模型建立梁结构模型 2 3 1 定义单元类型定义单元类型 1 选择单元类型 执行 Preprocessor Element Type Add Edit Delete 命 令 弹出复选框 Element Type 单击 Add 弹出 Library of Element Types 对话框中选择 Structural Shell 和 Elastic 4node63 单击 Apply 按 钮 2 选择单元类型 在左右列表中分别选择 Structural Beam 和 3D Elastic 4 单击 Apply 按钮 3 选择单元类型 在左右列表中分别选择 Structural Mass 和 3D mass21 单击按钮 单击 Type3 单元类型 单击 Options 按钮 弹 3 出 MASS21 element type options 对话框 在 Rotary inertia options 列表中 选择 3D w o rot iner 选项 单击按钮 图 4 Element Types 对话框 图 5 MASS21 element 对话框 4 4 定义第 1 类单元实常数 执行 Preprocessor Real Constants Add Edit Delete 命令 弹出 Real Constants 复选框 单击 Add 选择 Type 1 Shell63 选项 单击 OK 弹出如下图所示对话框 将参数如图 3 进行设置 单击按钮 图 6 Real Constant 对话框 5 定义第 2 类单元实常数 执行 Preprocessor Real Constants Add Edit Delete 命令 弹出 Real Constants 复选框 单击 Add 选择 Type 2 BEAM4 选项 单击 OK 弹出如下图所示对话框 将参数如图 4 进行设置 单击按钮 5 图 7 Real Constant 对话框 6 定义第 3 类单元实常数 执行 Preprocessor Real Constants Add Edit Delete 命令 弹出 Real Constants 复选框 单击 Add 选择 Type 3 MASS21 选项 单击 OK 弹出如下图所示对话框 将参数如图 5 进行设置 单击按钮 图 8 Real Constant 对话框 6 7 定义材料参数 执行 Preprocessor Material Props Material Model 命 令 弹出 Define Material Model Behavior 在弹出的对话框中进行设置 依 次点击 Structural Linear Elastic Isotropic 弹出 Linear Isotropic Properties for Material Number 1 对话框中的参数设置如图 9 所示 单击按钮即可 图 9 Density 对话框 执行 Preprocessor Material Props Material Model 命令 弹出 Define Material Model Behavior 在弹出的对话框中进行设置 依次点击 Structural Density 弹出 Density for Material Number 1 对话框中的参数设 置如图 10 所示 单击按钮即可 图 10 Density 对话框 7 2 3 2 生成几何模型生成几何模型 1 生成矩形 执行 Preprocessor Modeling Create Areas Rectangle By Dimensions 命令 弹出 Create Rectangle by Dimensions 对话框 依次在 X coordinate 和 Y coordinate 输入 0 length 0 width 最后生成的结果如图 11 所示 图 11 生成矩形 2 生成点 执行 Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS 命令 弹出复 选框 Create Keypoints in Active Coordinate System 依次在 Keypoint number 和 Location in active CS 输入 5 0 0 high 6 length 0 high 7 length width high 8 0 width high 最后生成的结果如图 13 所示 8 图 12 Create Keypoints 对话框 图 13 生成点 3 在关键点间连线 执行 Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line 命令 弹出 复选框 Create Straight Line 选中平面中的点 1 5 2 6 3 7 4 8 建立如图 14 所示的几何模型 单击按钮 9 图 14 关键点连线 2 3 3 划分有限元网格划分有限元网格 1 定义网格密度 执行 Preprocessor Meshing Size Controls ManualSize Global Size 命令 弹出复选框 Global Element Sizes 在 Element edge length 输入 0 1 单 击按钮 如图 15 所示 图 15 Global 对话框 2 划分面网格 执行 Preprocessor Meshing Mesh Areas Free 命令 拾取矩形面 单击 按钮 如图 16 所示 10 图 16 划分网格 2 3 4 生成有限元梁结构生成有限元梁结构 执行 Preprocessor Meshing Mesh Attributes Default Attribs 命令 弹出复选 框 Mesh Attributes 在 Element type number 和 Real constant set number 输入 2 BEAM4 和 2 单击按钮 如图 17 所示 图 17 Meshing Attributes 对话框 11 划分线网格 执行 Preprocessor Meshing Mesh Lines 命令 拾取 L5 L6 L7 L8 单击按钮 如图 18 所示 图 18 划分线网格 2 3 5 生成质量块单元生成质量块单元 1 生成节点 执行 Preprocessor Modeling Create Nodes In Active CS 命令 弹出复选框 Create Nodes in Active Coordinate System 依次在 Node number 和 Location in active CS 输入 5 length 2 width 2 mass hig 如图 19 所示 图 19 Create 对话框 2 选择质量单元 12 执行 Preprocessor Meshing Mesh Attributes Default Attribs 命令 弹出复选 框 Mesh Attributes 在 Element type number 和 Real constant set number 输入 3 MASS21 和 3 单击按钮 3 直接生成单元 执行 Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numberd Thru Nodes 命 令 弹出复选框 Element from Nodes 输入 500 单击按钮 4 指定刚化区域 执行 Preprocessor Coupling Ceqn Rigid Region 命令 弹出拾取框 拾取编 号为 500 的质量节点 单击按钮 在编号为 500 的节点附近继续 拾取编号为 136 138 154 和 156 的节点 单击按钮 最后生成如图 20 的结果 图 20 质量块单元 2 3 6 模态分析模态分析 1 设置分析类型 执行 Solution Analysis Type New Analysis 命令 弹出复选框 New Analysis 选中 Model 单击按钮 13 图 21 New Analysis 对话框 2 设置模态分析方法 执行 Solution Analysis Type Analysis Options 命令 弹出复选框 Model Analysis 选中 Block Lanczos 在 No of modes to extract 和 No of modes to expend 均输入 10 选中 Calculate elem results 单击按钮 图 22 Model Analysis 对话框 3 施加约束条件 14 执行 Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 命令 拾取 232 242 252 262 节点 单击按钮 弹出复选框 Apply U ROT on Nodes 对话框 选中 ALL DOF 选项 单击按钮 图 23 施加约束 4 选择所有物体 选取菜单途径 Utility Menu Select Everything 5 计算求解 执行 Solution Solve Current LS 进行求解 执行 Finish 退出模态求解程 序 15 图 24 模态求解 2 3 7 瞬态动力分析瞬态动力分析 1 选取菜单途径 Main Menu Solution Analysis Type New Analysis 弹出 New Analysis 对话框 选择 Transient 然后单击 OK 在接下来的界面 仍然单击 OK 2 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Time at end of load step 处输入 1 在 Time step size 处输入 0 2 在 16 Stepped or ramped b c 处单击 ramped 单击 Automatic time stepping 为 on 在 Minimum time step size 处输入 0 05 在 Maximum time step size 处输入 0 5 单击 OK 3 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Mass matrix multiplier 处输入 5 选中 Ramped loading 表斜坡信号 单击 OK 4 选取菜单途径 Main Menu Solution Loads Apply Structure Pressure On Areas 弹出 Apply PRES on Areas 拾取窗口 单击 Pick All 弹出 Apply PRES on Areas 对话框 在 pressure value 处输入 10000 单击 OK 17 5 选取菜单途径 Main menu Solution Write LS File 弹出 Write Load Step File 对话框 在 Load step file number n 处输入 1 单击 OK 6 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Time at end of load step 处输入 2 单击 OK 7 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Mass matrix multiplier 处输入 5 选中 Stepped loading 表斜坡信 号 单击 OK 8 选取菜单途径 Main Menu Solution Loads Apply Structure Pressure On Areas 弹出 Apply PRES on Areas 拾取窗口 单击 Pick All 弹出 Apply PRES on Areas 对话框 在 pressure value 处输入 10000 单击 OK 9 选取菜单途径 Main menu Solution Write LS File 弹出 Write Load Step File 对话框 在 Load step file number n 处输入 2 单击 OK 10 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Time at end of load step 处输入 4 单击 OK 11 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Mass matrix multiplier 处输入 5 选中 Stepped loading 表斜坡信 号 单击 OK 18 12 选取菜单途径 Main Menu Solution Loads Apply Structure Pressure On Areas 弹出 Apply PRES on Areas 拾取窗口 单击 Pick All 弹出 Apply PRES on Areas 对话框 在 pressure value 处输入 5000 单击 OK 13 选取菜单途径 Main menu Solution Write LS File 弹出 Write Load Step File 对话框 在 Load step file number n 处输入 3 单击 OK 14 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Time at end of load step 处输入 5 单击 OK 15 选取菜单途径 Main Menu Solution Sol n Controls 弹出 Solution Controls 窗口 在 Mass matrix multiplier 处输入