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题目梁结构的瞬态完全法分析年级与专业机械电子工程12级所在学院（系）机械工程学系1梁结构的瞬态完全法分析1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03，密度78E3；板壳厚度002；四条腿2/MN3/MKGM（梁的几何特性截面面积2E4，惯性矩2E8，宽度001，高度24002。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）10000500001246时间（S）图2板上压力时间关系2操作步骤21定义工作文件名及工作标题（1）定义工作文件名执行UTILITYMENU/FILE/CHANGEJOBNAME命令，在弹出的CHANGEJOBNAME对话框中输入文件名为“HARMONIC”，同时勾上【NEWLOGANDERRORFILES】,单击按钮。（2）定义工作标题执行UTILITYMENU/FILE/CHANGETITLE命令，弹出CHANGETITLE对话框中输入“HARMONICRESPONSEOFTHESTRUCTURE”,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UTILITYMENU/PLOT/REPLOT命令。22显示工作平面（1）显示工作平面，执行UTILITYMENU/WORKPLANE/DISPLAYWORKINGPLANE命令。（2）关闭三角坐标符号的显示执行UTILITYMENU/PLOTCTRLS/WINDOWCONTROLS/WINDOWOPTIONS命令，弹出WINDOWOPTIONS对话框。在LOCATIONOFTRIAD下拉列表框中选择NOTSHOWN选项，单击按钮。23建立梁结构模型231定义单元类型（1）选择单元类型执行PREPROCESSORELEMENTTYPEADD/EDIT/DELETE命令，弹出复选框【ELEMENTTYPE】，单击“ADD”，弹出【LIBRARYOFELEMENTTYPES】对话框中选择“STRUCTURALSHELL”和“ELASTIC4NODE63”，单击APPLY按钮。（2）选择单元类型在左右列表中分别选择“STRUCTURALBEAM”和“3DELASTIC4”，单击APPLY按钮。（3）选择单元类型在左右列表中分别选择“STRUCTURALMASS”和“3DMASS21”，单击按钮。单击“TYPE3”单元类型，单击OPTIONS按钮，弹3出【MASS21ELEMENTTYPEOPTIONS】对话框，在“ROTARYINERTIAOPTIONS”列表中选择“3DW/OROTINER”选项，单击按钮。图4“ELEMENTTYPES”对话框图5“MASS21ELEMENT”对话框4（4）定义第1类单元实常数执行PREPROCESSORREALCONSTANTSADD/EDIT/DELETE命令，弹出【REALCONSTANTS】复选框，单击“ADD”，选择“TYPE1SHELL63”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“REALCONSTANT”对话框（5）定义第2类单元实常数执行PREPROCESSORREALCONSTANTSADD/EDIT/DELETE命令，弹出【REALCONSTANTS】复选框，单击“ADD”，选择“TYPE2BEAM4”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“REALCONSTANT”对话框（6）定义第3类单元实常数执行PREPROCESSORREALCONSTANTSADD/EDIT/DELETE命令，弹出【REALCONSTANTS】复选框，单击“ADD”，选择“TYPE3MASS21”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“REALCONSTANT”对话框6（7）定义材料参数执行PREPROCESSORMATERIALPROPSMATERIALMODEL命令，弹出【DEFINEMATERIALMODELBEHAVIOR】，在弹出的对话框中进行设置，依次点击STRUCTURALLINEARELASTICISOTROPIC，弹出【LINEARISOTROPICPROPERTIESFORMATERIALNUMBER1】，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PREPROCESSORMATERIALPROPSMATERIALMODEL命令，弹出【DEFINEMATERIALMODELBEHAVIOR】，在弹出的对话框中进行设置，依次点击STRUCTURALDENSITY，弹出【DENSITYFORMATERIALNUMBER1】，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7232生成几何模型1生成矩形执行PREPROCESSORMODELINGCREATEAREASRECTANGLEBYDIMENSIONS命令，弹出【CREATERECTANGLEBYDIMENSIONS】对话框，依次在“XCOORDINATE”和“YCOORDINATE”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PREPROCESSORMODELINGCREATEKEYPOINTSINACTIVECS命令，弹出复选框【CREATEKEYPOINTSINACTIVECOORDINATESYSTEM】，依次在“KEYPOINTNUMBER”和“LOCATIONINACTIVECS”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“CREATEKEYPOINTS”对话框图13生成点3在关键点间连线执行PREPROCESSORMODELINGCREATELINESLINESSTRAIGHTLINE命令，弹出复选框【CREATESTRAIGHTLINE】，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233划分有限元网格1定义网格密度执行PREPROCESSORMESHINGSIZECONTROLSMANUALSIZEGLOBALSIZE命令，弹出复选框【GLOBALELEMENTSIZES】，在【ELEMENTEDGELENGTH】输入“01”。单击按钮。如图15所示。图15“GLOBAL”对话框2划分面网格执行PREPROCESSORMESHINGMESHAREASFREE命令，拾取矩形面，单击按钮。如图16所示。10图16划分网格234生成有限元梁结构执行PREPROCESSORMESHINGMESHATTRIBUTESDEFAULTATTRIBS命令，弹出复选框【MESHATTRIBUTES】，在【ELEMENTTYPENUMBER】和【REALCONSTANTSETNUMBER】输入“2BEAM4”和“2”。单击按钮。如图17所示。图17“MESHINGATTRIBUTES”对话框11划分线网格执行PREPROCESSORMESHINGMESHLINES命令，拾取“L5，L6，L7，L8”，单击按钮。如图18所示。图18划分线网格235生成质量块单元1生成节点执行PREPROCESSORMODELINGCREATENODESINACTIVECS命令，弹出复选框【CREATENODESINACTIVECOORDINATESYSTEM】，依次在“NODENUMBER”和“LOCATIONINACTIVECS”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PREPROCESSORMESHINGMESHATTRIBUTESDEFAULTATTRIBS命令，弹出复选框【MESHATTRIBUTES】，在【ELEMENTTYPENUMBER】和【REALCONSTANTSETNUMBER】输入“3MASS21”和“3”。单击按钮。3直接生成单元执行PREPROCESSORMODELINGCREATEELEMENTSAUTONUMBERDTHRUNODES命令，弹出复选框【ELEMENTFROMNODES】，输入“500”，单击按钮。4指定刚化区域执行PREPROCESSORCOUPLING/CEQNRIGIDREGION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236模态分析1设置分析类型执行SOLUTIONANALYSISTYPENEWANALYSIS命令，弹出复选框【NEWANALYSIS】，选中“MODEL”，单击按钮。13图21“NEWANALYSIS”对话框2设置模态分析方法执行SOLUTIONANALYSISTYPEANALYSISOPTIONS命令，弹出复选框【MODELANALYSIS】，选中“BLOCKLANCZOS”，在【NOOFMODESTOEXTRACT】和【NOOFMODESTOEXPEND】均输入10，选中【CALCULATEELEMRESULTS】，单击按钮。图22“MODELANALYSIS”对话框3施加约束条件14执行SOLUTIONDEFINELOADSAPPLYSTRUCTURALDISPLACEMENTONNODES命令，拾取“232、242、252、262”节点，单击按钮。弹出复选框【APPLYU，ROTONNODES】对话框，选中“ALLDOF”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UTILITYMENUSELECTEVERYTHING。5计算求解执行SOLUTIONSOLVECURRENTLS，进行求解。执行FINISH退出模态求解程序。15图24模态求解237瞬态动力分析1选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONANALYSISTYPENEWANALYSIS，弹出NEWANALYSIS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MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口。在TIMEATENDOFLOADSTEP处输入1；在TIMESTEPSIZE处输入02；在16STEPPEDORRAMPEDBC处单击RAMPED；单击AUTOMATICTIMESTEPPING为ON；在MINIMUMTIMESTEPSIZE处输入005；在MAXIMUMTIMESTEPSIZE处输入05。单击OK。3选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口。在MASSMATRIXMULTIPLIER处输入5。选中RAMPEDLOADING（表斜坡信号）单击OK。4选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONLOADSAPPLYSTRUCTUREPRESSUREONAREAS。弹出APPLYPRESONAREAS拾取窗口。单击PICKALL，弹出APPLYPRESONAREAS对话框。在PRESSUREVALUE处输入10000。单击OK175选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONWRITELSFILE，弹出WRITELOADSTEPFILE对话框。在LOADSTEPFILENUMBERN处输入1，单击OK。6选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口。在TIMEATENDOFLOADSTEP处输入2；单击OK。7选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口。在MASSMATRIXMULTIPLIER处输入5。选中STEPPEDLOADING（表斜坡信号）单击OK。8选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONLOADSAPPLYSTRUCTUREPRESSUREONAREAS。弹出APPLYPRESONAREAS拾取窗口。单击PICKALL，弹出APPLYPRESONAREAS对话框。在PRESSUREVALUE处输入10000。单击OK9选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONWRITELSFILE，弹出WRITELOADSTEPFILE对话框。在LOADSTEPFILENUMBERN处输入2，单击OK。10选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口。在TIMEATENDOFLOADSTEP处输入4；单击OK。11选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口。在MASSMATRIXMULTIPLIER处输入5。选中STEPPEDLOADING（表斜坡信号）单击OK。1812选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONLOADSAPPLYSTRUCTUREPRESSUREONAREAS。弹出APPLYPRESONAREAS拾取窗口。单击PICKALL，弹出APPLYPRESONAREAS对话框。在PRESSUREVALUE处输入5000。单击OK13选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONWRITELSFILE，弹出WRITELOADSTEPFILE对话框。在LOADSTEPFILENUMBERN处输入3，单击OK。14选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口。在TIMEATENDOFLOADSTEP处输入5；单击OK。15选取菜单途径MAINMENUSOLUTIONSOLNCONTROLS，弹出SOLUTIONCONTROLS窗口