简支T字梁的内力分析(含一个方孔T型梁)

1、1 2011 届届 工程力学 系系专专 业业 工程力学 学学 号号 20113066 学生姓名学生姓名 卢 焕 富 指导教师指导教师 孔 艳 平 完成日期完成日期 2014 年年 7 月月 7 日日石家庄铁道大学创新实践论文简支T字梁的内力分析 2摘摘 要要ANSYS 是目前在工业上常使用的计算机辅助分析软件包。当物体的模型在软件中建立完成并网格化后，只需附加适当的条件，即可直接利用有限元素法来计算，进而了解所建立的模型或产品的特性。本课题以含一个方孔的简支 T 字梁为研究对象，利用 ANSYS 软件，对其内力分布进行了研究与分析2。首先，设置元素的属性，如元素的种类、特性参数、材料性质等，并

2、建立 T 字梁的实体模型，然后建立出相应的三维模型，通过直接建立节点，得到有限元素模型，再对该模型设置边界条件和添加约束，最后进行求解，就可以得到梁的弯矩图、剪力图以及应力图。设计工程师可在计算机上模拟物体在收到外力影响后所产生的应力及应变情形，从所分析出来的特性数据中，可判断出此产品设计的可行性1。本文结果在将来的工程中也具有一定的参考价值。关键词：ANSYS 简支 T 字梁 内力图 均布力 有限元3目目 录录第 1 章 绪论.11.1 课题研究的背景和意义 .11.2 ANSYS软件的初步了解.11.2.1 前处理模块PREP7.11.2.2 分析计算模块 SOLUTION.11.2.3

3、后处理模块 POST1 和 POST26.1第 2 章 论文研究的内容和过程.32.1 研究内容 .32.2 ANSYS 内力分析过程.32.2.1 建立梁的有限元.32.2.2 ANSYS 求解器：施加荷载并执行求解.4第 3 章 创新扩展.8第 4 章 心得体会.11参考文献.12石家庄铁道大学创新实践论文1第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景和意义简支 T 字梁是比较基础也是比较常见的模型，因此，对其在承受各种荷载的情形下，进行正确的应力和应变分析都是十分有必要和有意义的，在实际工程更为复杂的情况下，也可以简化成熟悉的模型，便于工程师分析该工程的实用性。但是随着现在长大桥梁或其他大规模

4、工程的发展，梁施工质量的进一步要求，单纯的依靠理论计算不仅计算强度大，而且观察其变形、受力等情况不太明显3。在这种情况下如迈达斯、ANSYS 等一些数值模拟软件相应的发展了起来。根据前人对梁模型受力情况的研究以及梁数值建模时的简化方法和参数选取，综合分析，本课题采用 ANSYS 有限元数值模拟来进行研究。通过 ANSYS 可以很直观的看出并读出梁结构各处的应变、应力分布，确定危险段，以及读出危险段数值是否满足设计要求。方便、直观、简单、快捷、准确，对于实际施工时预先处理，防止不必要损失，提前预防，保证施工过程及使用过程的安全性具有重要意义4。1.2 ANSYS 软件的初步了解ANSYS 软件主

5、要包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块三个部分。1.2.1 前处理模块 PREP7前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。1.2.2 分析计算模块 SOLUTION 前处理完成后，用户可以在求解阶段获得分析结果。在此阶段，可以定义分析类型、分析选项、荷载数据和荷载步选项，然后进行求解。石家庄铁道大学创新实践论文21.2.3 后处理模块 POST1 和 POST26 ANSYS 软件的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块 POST1 和时间历程后处理模块 POST26。通过有好的用户界面，可以很容易获得求解过程的计算结果并对其进行显示。这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以

6、及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种5。石家庄铁道大学创新实践论文3第 2 章 论文研究的内容和过程2.1 主要研究内容本章以简支 T 字梁为工程实例进行内力分析，主要参数如下：梁长度L=10m，横截面尺寸为宽 100mm，高度 150mm，腹板厚度 40mm，翼缘厚度20mm，弹性模量 2.07E+11MPa，泊松比 0.3。2.2 ANSYS 内力分析过程2.2.1 建立梁的有限元1. 设置工作名称和图形标题Utility MenuFileChange Jobname，制定分析的工作名称为 I-BEAM；Utility MenuFileChange Title，指定图形显示区域的

7、标题为 LWS。2.设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences select Structural ok3.选择计算类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select Beam 2 node 188 OK (back to Element Types window) Close (the Element Type window)4.定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Struct

8、ural Linear Elastic Isotropic input EX:2.1e11, PRXY:0.3 OK5.创建梁截面ANSYS Main Menu: Preprocessor Sections Beam Common Sections 定义 T字形截面：ID=1，W1=1，W2=1.5，C1=0.1，C2=0.2OK 6.建立节点 Main MenuPreprocessorModelingCreate Keypoints In Active CS，在弹出对话框中依次输入节点号 1，坐标(0,0)；节点号 2，坐标(10,0)。单击 OK 完成设石家庄铁道大学创新实践论文4定。7.

9、建立梁单元MainMenuPreprocessorModelingCreateLineslines Straight Lines，弹出对象拾取框，在关键点 1 和 2 之间建立一条直线，形成梁单元。8.网格划分前的设定对划分单元之前，需要先指定划分形成的线段元的属性。通过菜单选项 Main MenuPreprocessorMeshingMesh AttibutesPicked Lines，出现 Line Attibutes 拾取框。选中刚定义的直线，点击 Apply 按钮，进入 Line Attibutes 对话框，单击OK 完成设定。选择菜单选项 Main MenuPreprocessorM

10、eshingSize CntrlsManual SizeLinesAll Lines，在 NDIV 中填写 90。9.对直线进行网格划分通过菜单选项 Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool，打开 Mesh Tool面板。单击 Mesh 按钮，在 Mesh Line Picker 对象拾取框，在图形显示区域中选择要划分网格的线，单击对象拾取框的 OK 按钮，完成单元的划分。如图 2-12.2.2 ANSYS 求解器：施加荷载并执行求解10. 模型施加约束 最左端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply

11、Structural 图 2-1 T 型梁的网格划分图石家庄铁道大学创新实践论文5Displacement On Nodes pick the node at (0,0) OK select UX, UY,UZ,ROTX OK 最右端节点加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes pick the node at (10,0) OK select UY,UZ,ROTX OK 施加 y 方向的载荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads App

12、ly Structural Pressure On Beams Pick All VALI:1000 OK11. 分析计算 ANSYS Main Menu: Solution Solve Current LS OK(to close the solve Current Load Step window) OK12. 结果显示 ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Deformed Shape select Def + Undeformed OK (back to Plot Results window) 如图石家庄铁道大学创新实践论文6图

13、 2-2 T 型梁的变形图ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu Nodal SolutionDOF solutionDisplacement vector sum ,点击 OK 得总位移等值图图 2-3 T 型梁的总位移等值图石家庄铁道大学创新实践论文7ANSYS Main Menu: General PostprocPlot Results Contour Plot Nodal Solu Nodal SolutionStressvon Mises stress 点击 OK 得应力图图 2-

14、4 T 型梁的应力图ANSYS Main Menu: General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu Nodal SolutionDOF solutionY-Component of rotation 点击 OK 得 位移等值图 2-5 T 型梁的位移等值图石家庄铁道大学创新实践论文8第 3 章创新扩展现在工程中，很少出现单纯的简直 T 型梁，多少都会有空洞的出现，为此，我在简直 T 型梁的基础上，增加了一个方孔，得到以下结论：图 3-1 含一个方孔 T 型梁的网格划分图石家庄铁道大学创新实践论文9图 3-2 T 型梁的位移等值图图

15、3-3 T 型梁的应力图石家庄铁道大学创新实践论文10图 3-4 T 型梁的应力变化曲线石家庄铁道大学创新实践论文11第 4 章心得体会创新实践，在刚刚开始的时候，我对 ANSYS 完全不了解，感觉有很大的困难，在接下来的日子里，上午在教室操作，下午我们去图书馆借阅书籍，去网上查阅资料。紧张而忙碌的日子，慢慢的理解，虚心向同学们请教，及时的向老师询问问题，一遍又一遍的操作，一遍又一遍地尝试，终于慢慢的理解了 ANSYS的应用。特别是模型的建立，以及网格的划分，以及创新实践中方孔的形成，这里花费了很多的精力。这次实践让我认识到没有学不会的东西，只要用心去做，努力去做，就会得到收获。这是我学习生涯的一个美好回忆，这也让我多了一项技能。在这只几天的实习中，让我熟悉并掌握了 ANSYS 软件的应用，同时我也要感谢同学们的帮助，以及老师的悉心教导。石家庄铁道大学创新实践论文12参考文献1 张向东. 隧道力学M. 江苏: 中国矿业大学出版社, 20102 谭上俞, 肖盛燮, 陶庆东. 城市下穿式矩形框架隧道的力学分析J. 西部交通科技, 2011, (11): 35-373 李建平. 盾构隧道混凝土管片受力分析J. 山西建筑, 2012, 38(24): 189-1904 Mroueh H, Shahrour I. A simplified