钢架静力分析

门式钢架结构静力分析如图所示门式钢架收到均布载荷q=2000N/m作用，跨度为18m，柱高为4.5m，中间屋脊高度为5.4m，截面尺寸如图，结构材料为钢材，弹性模量E=2.1X1011MPa，泊松比 =0.3。已知柱与梁的横截面积均为热轧H型钢HN400X200，参数如下：W1=0.2，W2=0.2 ，W3=0.4，t1=0.013，t2=0.013，t3=0.008.试求在均布载荷q作用下门式钢架的变形及支座反力，并绘制结构弯矩图及剪力图。先建立关键点和线，然后划分网格，加载求解，最后进行结果查看。单元类型选择BEAM188三维梁单元，单元长度按份进行划分。一、求解过程1. 定义工作目录及文件名step1 启动ANSYS Mechanical APDL Product Launcher窗口，在Licence下来列表框中选择ANSYS Mutiphysics产品，在WorkingDirectory中输入栏中输入工作目录C:ANSYS,在job name栏中输入工作文件名。，以上参数设置完毕后，单击Run按钮运行ANSYS程序2. 定义单元类型与材料属性step1 在Main MenuPreferences命令，弹出Preferences for GUI Flitering对话框。在individual discipline（s） to show in the GUI栏中选择Structure复选框，过滤掉ANSYS GUI菜单中与结构分析无关的选项，单击ok按钮关闭该对话框。Step2 选择Main MenuPreferencesElement typeAdd/Edit/Delete命令，弹出Element type。单击Add按钮，弹出Library of Element Types对话框，在Library of Element Types列表中选择Structure Beam中的3D elastic 2 node 188单元。单击OK关闭该对话框，单击Close关闭Element Types对话框。Step3 选择Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 命令，弹出Define Material Model Behavior对话框，在Material Models Available栏中依次展开StructuralLinearElasticIsotropic选项，弹出Linear isotropic Properties for Material Number1输入Ex为2.1e11，PRXY为0.3，单击“ok”按钮,关闭该对话框。在Define Material Model Behavior 对话框中选择Materialexit命令，关闭该对话框。Step4 Main MenuPreprocessorSectionBeamCommon Sections命令，弹出Beam Tool对话框，在Sub-Type下拉列表框中选择工字型截面，在下面的参数栏中输入参数输入参数，0.2， 0.2，0.4；0.013,0.013,0.008，单击ok按钮关闭该对话框。Step5 选择Utlity Menu-File Save as jobname.db命令，保存上述操作过程。也可按工具栏保存键 保存操作。3 创建几何模型选择Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsin Active CS命令，弹出Create Keypoints in Active Coordinate System对话框，在NPT Keypoint number输入栏中输入1，在X、Y、Z Location in active CS输入栏中输入0、0、0，单击apply按钮建立关键点1，然后按照所示关键点坐标值建立其他关键点，关键点号123456X坐标00918189Y坐标04.55.44.5010建立完所有关键点后的结果Step2 连接关键点，建立线。选择Main MenuPreprocessorModelingCreate LinesLinesStraight Line 命令，弹出Create Straight Line拾取菜单，选择关键点1、2，单击Create Straight Line拾取菜单的Apply按钮，生成直线；在选择关键点2、3生成直线；然后选择关键点3、4生成直线。在选择关键点4、5生成直线。然后单击OK按钮，关闭Create Straight Line拾取菜单。总结：生成直线时，可以单击Create Straight Line拾取菜单中的Apply，也可以直接按鼠标左键来完成操作。Step3 显示关键点和线的编号。选择Utility MenuPlotCtrlsNumbering命令，弹出Plot Numbering Controls对话框，分别选择KP Keypoint Numbers和LINE line numbers 复选框，使其状态由off变为on，单击ok关闭对话框。选择Utility MenuPlotLines命令，此时图形显示为标有关键点和杆元编号的杆系。Step4 保存4 划分网格Step1设置网格属性。选择Main MenuPreprocessorMeshingMeshing AttributesPicked Lines命令，弹出Lines Attributes拾取菜单，用鼠标选择直线1，单击Apply按钮，弹出Lines Attributes对话框，在Pick Orientation Keypoint（s）栏中选择yes复选框，其余选项保持默认设置，单击按钮apply按钮，选择5点作为左侧柱的方向点。在用鼠标选择直线4，单击apply按钮，弹出Lines Attributes对话框，在Pick Orientation Keypoint（s）栏中选择yes复选框，其余选项保持默认设置，单击按钮apply按钮，选择1点作为右侧柱的方向点。最后利用鼠标选择直线2和3，单击apply 按钮，弹出弹出Lines Attributes对话框，在Pick Orientation Keypoint（s）栏中选择yes复选框，其余选项保持默认设置，单击按钮apply按钮，选择6点作为两段梁的方向点。Step2 设置划分份数。选择Main MenuPreprocessorMeshingSize CntrlsManual SizeLinesAll Lines命令，弹出Element Size on All Selected Lines对话框，在NDIV No. of element divisions输入栏中输入50，单击ok，退出该对话框。Step3 划分网格。 选择Main MenuPreprocessorMeshingMesh Lines 命令，弹出Mesh Lines拾取菜单，单击Pick All按钮，生成所有单元。Step4 显示单元。选择Utility MenuPlotCtrlsStyleSize and Shape命令，弹出Size and Shape对话框，选中/ESHAPE Display of element复选框，使其状态由off变为on，单击ok按钮退出该对话框。单击床头右侧的轴侧图形显示按钮，此时ANSYS图形显示。Step5 保存，选择Main MenuFinish退出前处理器。5 加载求解Step1 选择Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn Keypoints命令，弹出Apply U，ROT on KPs拾取菜单。 用鼠标拾取关键点1和5，点击Apply按钮，弹出Apply U，ROT on KPs对话框，在lab2 DOFs to be constrained 列表中选取All DOF选项，单击Apply，对关键点1和5固定约束Step2 施加载荷。选择Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn beams命令，弹出Apply PRES on Beams拾取菜单，选中Min，Max，Inc菜单按钮，在输入栏中输入51,150,1，单击Apply按钮，弹出Apply PRES on Beams对话框，在Pressure value at node I和Pressure value at node J 输入栏中均输入2000，单击ok按钮退出该对话框。Step3 选择Main MenuSolutionAnalysis TypeNew Analysis命令，弹出New Analysis对话框，选择分析类型为Static，单击OK关闭对话框。Step4 选择Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，弹出Solve Current Load Step对话框，单击ok，ANSYS开始求解计算。Step5 求解结束时，弹出Note对话框，单击Close关闭该对话框。Step6 保存，加载及求解过程结束。6 查看求解结果变形结果：Step1 选择Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape命令，弹出Plot Deformed Shape对话框，在KUND items to be plotted 栏中选择Def+underformed单选按钮，单击ok按钮，ANSYS显示窗口将显示变形后和未变形的几何形状。节点反力：Step2 选择Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solu 命令，弹出List Reaction Solution对话框，在Lab item to be listed 列表框中选择All struc force F, 单击ok按钮，显示支座节点反力作用结果列表。Steps3选择Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table命令，弹出Element Table Date对话框，单击Add按钮，弹出Define Additional Element Tables Items对话框，在User label for item输入栏中输入IMOMENT，在Item，Comp Results data item的左边下拉表框中选择By sequence num选择，在右边下拉列表框中选择SMISC选项，在下面的输入栏中输入2，单击Apply按钮。再次在User label for item输入栏中输入JMOMENT，在Item，Comp Results data item的左边下拉表框中选择By sequence num选择，在右边下拉列表框中选择SMISC选项，在下面的输入栏中输入15，单击Apply按钮。重复上述操作，在User label for item输入栏中输入ISHEAR，在Item，Comp Results data item的左边下拉表框中选择By sequence num选择，在右边下拉列表框中选择SMISC选项，在下面的输入栏中输入5，单击Apply按钮。再次在User label for item输入栏中输入JSHEAR，在Item，Comp Results data item的左边下拉表框中选择By sequence num选择，在右边下拉列表框中选择SMISC选项，在下面的输入栏中输入18，单击OK按钮。此时显示对话框。Close关闭对话框。注：输出BEAM188梁单元的弯矩和剪力结果。弯矩和剪力结果Step4 选择Main Menu-General PostprocElement TableList Element Table命令，弹出List Element Table Data对话框，在Lab1-9 items to be listed 下拉列表框中选择IMOMENT,JMOMENT,ISHEAR,JSHEAR选项，单击ok按钮，弹出PRETAB Command列表框，从中可以看出各个单元的弯矩和剪力结果。Step5，绘制弯矩图。选Main MenuGeneral PostprocPlot Results Contour PlotLine Elem Res命令，弹出Plot Line-Element Results对话框，在Labl Elem table item at node I 下拉列表框中选择IMOMENT选项，在LabJ Elem table item at node J 下拉列表框中选择JMOMENT选项，单击OK按钮关闭该对话框，ANSYS窗口显示弯矩图。Step6，绘制剪力图。选择选Main Menu-General Postp