三维实体结构的分析

1、三维实体结构的分析三维实体结构的分析一、问题描述图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端, 其截面尺寸为， I = .Om,a = 0.16m,b = 0.2m,c = 0.02m," = 0.03m o试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重 力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下:m 9R 丁字物菇珈示音圉弹性模量（也称杨式模量）E=206GPa；泊松 比=0.3；材料密度夕= 7800kg/J ；重力加速度g =9.8?/；作用力Fy作用于梁的上表面沿长度方向中线 处，为分布力，其大小Fy=-5000N三、结果演示Library。£ EL«n

2、71;nt Typ<sStructural Nass Link BeamATri 5(1。&node 2Axi-h4r 4nod« 258node 83APipeI Brick 8node 45olid8node 185 20nod« 18620node 95iBrick 8node 45ShQll Constraint Hyperelastic Mooney-RivlinVEJLibrary of Eleaent Typestype ref*r«nce numberCancel质1 oa Mr来加I而使用ASSYS 80 0软件对该工字钢梁进行结构

3、静力分析，显示其节点位移云图。四、实训步骤（一）ASSYS8.0的启动与设置与实训1第一步骤完全相皮107 M;来同，请参考。（二）单元类型、几何特性及材料特性定义1定义单元 类型。点击主 菜单中的aPreprocesso r>Element Type >Add/Ed it/Delete” ,弹 出对话框，点囱OO "何在J吐余潞r"二年击对话框中的“Add.按钮，又弹出一对话 框（图26）,选中该对话框中的“Solid”和“Brick8node45”选项，点击“OK”，关闭图26对话框，返回至上一级对话框，此时，对话框中出现 刚才选中的单元类型：Solid45

4、,如图27所示。点击“Close”,关闭图27所示对话框。注:Solid45 单元用于建立三维实体结构的有限元分析模型, 该单元由8个节点组成，每个节点具有X、Y、Z方向的三个移动自由度。2.定义材料特性。点击主菜单中的a Preprocessor>Material Props >MaterialModels"，弹出窗口如图28所示，逐级双击右JJ Define lat exial ludcl Dchaviuzrlaterial Edit lazorite Helpp Material Models Definedi Material Models AvailableMa

5、terial Ho lei Humber二J翦？i TiP=«rsotropic Jr the tropic金 ti u.«icHorilirqsTlGAfi iy7h*rnal Expansion21DanpirgJjoo 舟装I蛙枇*:壬炸框中“StructuralLinearElasticIsotropic ”前图标，弹出下一级对话框，在“弹性模量”（EX）文本框中输入：2.06ell,在“泊松比”（PRXY） 文本框中输入：0.3,如图29所示，点击“OK” 按钮，回到上一级对话框，然后，双击右框中的 “Density”选项，在弹出对话框的“DENS” 一 栏中输入

6、材料密度：7800,点击“OK”按钮关 闭对话框。最后，点击图231所示窗口右上角“关闭”该窗口。（三）工字钢三维实体模型的建立M Create Keypoints in Active Coordinate Syste>K Create Keypoints in Active Coordinate SystemNPT Keypoint numberX? Yz Z Location in active CS-0.0800OKApplyCane el质I on过上乐击余鼎r妗31.生成关键点。图30所示的工字钢梁的横截 面由12个关键点连线而成，其各点坐标分别为: 1 (-0.08A0)、2

7、 (0.08A0)、3 (0.08,0.02,0)、 4(0.015,0.02,0 )、5 ( 0.015,0.18,0 ).6( 0.08,0.18,0 )、 7 ( 0.08,0.20,0 )、8 (-0.08,0.20,0 )>9(-0.08,0.18,0 )、 10 (-0.015,0.18,0) 、 11 (-0.015,0.02,0)、12 (-0.08,0.02,0) o点击主菜单中的 “Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS ,弹出对话框。在 aKeypoint number一栏中输入

8、关键点号1, 在“XYZ Location”一栏中输入关键点1的坐标(-0.08, 0, 0),如图 30 所示,点击 “Apply” 按钮，同理将212点的坐标输入，此时，在显 示窗口上显示所生成的12个关键点的位置。2.生成直线。点击主菜单中的PickU传 ic)xO SmaleC BO：<1Count1V8K C CircleMaxiituiLHiniituiLAsa No.L1SC 0£ It.eaiSORIX/1 C 4ApplyRe setC aiu c 1Fick EL工Help1ZI Jt 4 L 、& trr* ，、 t.»a Preproc

9、essor>Modeling>Create >Lines >Lines>StraightLine弹出关键点选择对话框，依次点选关键点1、2,点击“Apply”按钮，即可 生成第一条直线。同理，分别点击2、3； 3、4； 4、5； 5、6； 6、7； 7、8； 8、9； 9、10； 10、11; 11、12； 12、1可生成其余11条直线。生成后的组成工字钢梁横截面的直线如图31所Zj OOO3.生 成平面。 点击主 菜单中 的“Prepr ocessor>Modeling>Create >Areas>Arbitrary>By Line

10、s”，弹出“直线选择”对话框，依次点选112 直线，点击“OK”按钮关闭对话框，即可生成 工字钢的横截面。4.生成三维实体。点击主菜单中的aPreprocessor>Modeling»Operate>Extrude>Areas>Along Normal "，弹出平面选择对话框32, 点选上一步骤生成的平面，点击“OK”按钮。 之后弹出另一对话框33,在“DIST” 一栏中输 入：1 （工字钢梁的长度），其他保留缺省设置,点击OK按钮关闭对话框，即可生成工字钢梁的三维实体模型。如图34所示。 （四）网络划分1 .设 定单元 大小。 点击主 菜单中 的“

11、PrepQA T 七国匆二雄木Set按钮，弹出“网格尺0 abrrflrocess or>Mes hing>MeshTool ,弹出对 话框，在"Size Control 标签中的Global 一栏点击 寸设置”对话框，在SIZE 一栏中输入：002,其他 保留缺省设置，点击OK按钮关闭对话框。2 .接着上一步，在图35的划分网格的对话框中，选中单选框“Hex”和“Sweep”，其他保缺省设置，然后点击“Sweep”按钮，弹出体选 择对话框，点选34中的工字钢梁实体，并点击0K按钮，即可完成对整个实体结构的网格划分,其结果如36所示。(五)施加载荷1 .施加位移约束。点击

12、主菜单的 Preprecessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structuaral>Displacemengt>On Areas”，弹出面选择对话框，点击该工字梁的 左端面，点击“0K”按钮，弹出对话框如图示， 选择右上列表框中的“A11D0F”，并点击“0K” 按钮，即可完成对左端面的位移约束，相当于梁 的固定端。同理，对工字钢的右端面进行固定端 约束。2 .施加分布力(Fy)载荷。(1)选择施力节点。点击应用菜单中的 “Select>Entities.”，弹出对话框如图37 所示，在第一个列表框中选择“Nodes”选项， 第

13、二个列表框中选择“By Location”选项，选 中 中coordinates”单选框，并在 中in, Max” 参数的文本框中输入：0. 5 (表示选择工字钢梁 沿的中间横截面上的所有节点)，其他参数保钮，在显示窗口上显示出工字框中选中“Ycoordinates”单缺省设置，点击“Apply”按 钮完成选择。点击“Plot”按 钢梁中间横截面上的所有节 点。然后，在图37所示对话 选框，在“Min, Max”参数文 本框中输入：0.2 （表示工字钢梁的上表面）选中“Reselect”（表示在现有活动节点一一即上述选择的中间横截面中，再选择y坐标等于0.2的节点为活动节点）单选框，其他参数保

14、留缺省设置囱QK时故41公（参见图37）,然后依次点击 “Apply” 和 “Plot” 按钮， 即可在显示窗口上显示出工 字钢梁上表面沿长度方向中 线处的一组节点，这组节点即 为施力节点。（2）施加载荷。点击主菜单中的aPreprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>On Loads”，弹出“节点选择”对话框，点击“Pick All"按钮，即可选中（1）中所选择的这组需要 施力的节点，之后弹出另一个对话框，在该对话 框中的"Direction of force/m

15、om 一项中选择:“FY,在 Force/moment value” 一项中输入：-5000（注:负号表示力的方向与Y的方向相反）,其他保留缺省装置，如图38所示，然后点击“0K”按钮关闭对话框，这样，通过在该组节点 上施加与Y向相反的作用力，就可以模拟该实训 中所要求的分布力Fy二-5000N。（3）恢复选择所有节点。在求解之前必须选择所有已创建的对象为活动对 象（如点、线、面、体、单元 等），否则求解会出错。因此, 点击应用菜单中的需要注意的是，此时显示窗口仅显示施力节点及作用力的方向箭头。若要显示整个工字钢梁的网络模型,可点击应用Select>Everything 即可 完成该项工

16、作。菜单中的"Plot>Elements"即可。3 .施加重力载荷。点击主菜单中的aPreprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity , 在弹出对话框的“ACELY” 一栏中输入：9.8 （表 示沿Y方向的重力加速度为9.8m/s,系统会自 动利用密度等参数进行分析计算），其他保留缺 省设置，点击“0K”关闭对话框。到此为止,有限元分析的前置处理部分已经结 束。（六）求解点击主菜单中的 aSolution>Solve>CurrentLS”，在弹

17、出对话框中点击“0K”按钮，开始进 行分析求解。分析完成后，又弹出一信息窗口提 示用户已完成求解，点击“Close”按钮关闭对 窗口,点击“File>Close”关闭即可。话框即可。至于在求解时产生的STATUS CoIlinand说明：到此为止，有限元分析的求解部分已经 结束。（七）分析结果浏览1.绘制节点位移云图。点击主菜单中的aGeneral Postproc>Plot Results>ContourPlot>Nodal Solu"，弹出对话框，选中右上列表框“Translation”栏中的“UY”选项，其他 保留缺省设置。点击“0K”按钮，即可显示本实

18、 训工字钢梁各节点在重力和Fy作用下的位移云 图，如图40所示。同理，通过在图39所示对话 框中选择不同的选项，也可以绘制各节点的应力以及沿其他方向的云图。2.列举各节点的位移解。点击主菜单中的Genera质I QO七酎十口郢沙舟(ILMSOL) t «n/ C onpKUMDIten3 to be plottedFeet Ox2 尔cd. scale factor/BFaCKT IntArpol4tian NodasI Corner or41yl,2 Corner mi dui d«4 AIL Mppli cxbl0AXTRIH Iff MU Eor KQV xr»inOKApplyCancelHelpId c xs-44- 1 1乂 YA t=J -'、FL M1 Postproc>Plot Results>Contour Plot>NodalSolu”，弹出对话框如图39所示，全部保留缺省设置，点击“0K”按钮关闭对话框，并弹出一 列表窗口，显示了该工字钢梁各节点的位移情 况，显然，由于受力方向为y方向，因此，从窗 口数据看出，各节点沿y的位移最大。3.显示变形动画。