ansys有限元受力分析课件

1、起重机桁架结构的受力分析摘要：本文利用ansys14.5平台研究货物起重机的受力情况，通过对起重机架的建模和求解，进一步熟悉了ansys的分析过程，并求出了起重机架的变形，位移和应力等方面的力学量，为起重机架结构和材料的改进提供了依据。1 引言如下图所示的货物起重机，由两个桁架结构组成，它们通过交叉支撑结合在一起。每个桁架结构的两个主要构件是箱型钢架。每个桁架结构通过内部支撑来加固，内部支承焊接在方框钢架上。连接两个桁架的交叉支承销接在桁架结构上。所有构件材料都是中强度钢，EX=200E9Pa，EY=300E9Pa，=0.25，G=80E9。它在端部承受10KN沿Y轴负方向的载荷时，用有限元软

2、件求出最大受力点及应力和位移情况。内部支承及交叉支承梁截面 桁架结构主要构件梁截面2 计算模型2.1 设置工作环境启动Mechanical APDL Product Launcher 14.5，弹出Mechanical APDL Product Launcher 14.5窗口。设置参数、工作目录、工作名称，单击Run进入ANSYS 14.5 GUI界面。在主菜单元中选择Preferences命令，选择分析类型为Structural，单击OK按钮，完成分析环境设置，如图2.1所示。 图2.12.2 定义单元与材料属性在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>El

3、ement Type> Add/Edit/Delete命令，弹出图2.2所示的Element Type对话框，选择单元类型为LINK180，单击OK按钮。图2.2在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models命令，弹出图2.3所示的Define Material Model Behavior对话框，选择材料模型为结构、线性、弹性、各向异性，然后输入EX=2E11，EY=3E11，PRXY=0.25，GXY=8E10，输入密度7800，单击OK按钮完成。图2.3下面定义截面特性，在GUI中选择M

4、ain MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete命令，弹出Real Constants对话框，单击Add按钮选择LINK180，输入实常号1，截面积0.0014，单击Apply按钮，设置常数编号2，截面积0.0011，单击OK按钮完成，此时Real Constants对话框中列出了已定义的两个不同的实常数，完成单元及材料属性的定义，如图2.4和图2.5所示。 图2.4 图2.52.3 建立有限元模型在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Ac

5、tive CS命令，弹出Create Nodes in Active Coordinate System对话框。输入第一个节点号11以及节点11的坐标，单击Apply按钮，继续输入节点号及坐标，直至完成所有的节点号和坐标，直至完成表2-1所示的所有节点，结果如图2.6所示。节点号XYZ110011223/80.1+0.9/4*31346/80.1+0.9/4*21469/80.1+0.9/4*415812/80.11616/38/60.4178/37/60.7180112100-12223/8-(0.1+0.9/4*3)2346/8-(0.1+0.9/4*2)2469/8-(0.1+0.9/4

6、)25812/8-0.12616/38/6-0.4278/37/6-0.72801-1表2-1图2.6 在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elem Ents>Elem Attributes命令，弹出如图2.7所示的Element Attributes对话框。设置参数如图所示，单击OK按钮完成，在GUI界面选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes命令，弹出所示对话

7、框，将工作区中的11号节点与12号节点连接，单击Apply按钮，生成单元，继续如下表2-2所示连接，生成结果如图所示。节点1节点2111212131314141515161617171818121217171313161614212222232324242525262627272828222227272323262624表2-2图2.7 在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Elem Attributes命令，弹出Element Attributes对话框。将实常数改为2，如图2.8所示。

8、在GUI界面中选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes命令，将表2-3所示节点连接成单元。完成的单元如图所示。在命令输入/ESHAPE，1运行，可以在工作区中显示单元的实际模型如图2.9和2.10所示。 节点1节点212221323142416261727221723162614表2-3图2.8图2.9图2.102.4 施加边界条件由于建立的是有限元模型，直接生成了节点和单元，所以跳过划分网格，直接进入加载步骤。在界面中选择Main Menu>P

9、reprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structual>Displacement>On Nodes命令，弹出对话框，在工作区域拾取11、21、18、28 4个节点，如图所示，单击OK按钮，弹出对话框，选择ALL DOF，单击OK按钮，完成节点约束，如图2.11所示。图2.11在界面中选择Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，弹出图所示的对话框，在工作区中拾取节点15，单击OK按钮

10、，弹出Apply F/M on Nodes对话框在对话框中选择施加载荷的方向为FY，加载方式为常量，大小为-10000，单击OK按钮完成加载，加载完成如图2.12所示。 图2.12接下来耦合节点自由度。在界面中选择Main MenuPreprocessorcoupling/CeqnCouple DOFs命令，弹出Define Coupled Dofs。在工作区中选择节点15和节点25，单击OK按钮，在弹出的Define Coupled DOFs对话框。输入耦合节点编号1，选择要耦合的自由度为ALL，单击OK按钮，完成边界条件施加。过程如图2.13所示。图2.133 求解结果完成了建模，施加边界

11、条件，完成了计算前的准备工作，然后进行求解，在GUI界面选择Main Menu>Solution>Solve>Current LS命令，完成求解，结果如下图所示。图2.14 起重机桁架的变形图图2.15起重机桁架位移图 图2.16起重机桁架平移矢量 图2.16起重机桁架X方向应力图图2.17起重机桁架第一主应力图2.18起重机桁架支反力图2.19起重机桁架X方向的轴力图2.20 应力最大的点的坐标及坐标信息4 结论由以上的分析可以看出起重机桁架所受的最大变形是0.019342m,在10000N力的作用下其变形很小，根据国标GB/T10051.1-1988，说明起重机材料和变形

12、是满足使用要求的。从平移矢量图可以看出，其变形情况和桁架受力情况一致；从分析结果还可看到其最大应力为0.288E8Pa,并可看到最大应力对应的坐标信息，由此就找出了起重机桁架最容易失效的地方，为构件结构和材料的改进提供了依据。参考文献1 曾攀.有限元基础教程.北京：高等教育出版社，20092 张建伟.ANSYS14.0超级学习手册.北京：人民邮电出版社，20133 刘浩.ANSYS15.0有限元分析.北京：机械工业出版社，2014附录log文件/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 14.5 UP20120918 16:13:00 01/06/2015/input,menust,t

13、mp,''/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0!* /NOPR KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI fi

14、ltering have been set to display:/COM, Structural !* /PREP7 !* ET,1,LINK180!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2E11 MPDATA,EY,1,3E11 MPDATA,EZ,1, MPDATA,PRXY,1,0.25 MPDATA,PRYZ,1, MPDATA,PRXZ,1, MPDATA,GXY,1,8E10 MPDATA,GYZ,1, MPDATA,GXZ,1, MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7800 R,1,0.0014, ,0 !* R,

15、2,0.0011,0,0 !* n,11,0,0,1 n,12,2,3/8,0.1+0.9/4*3 n,13,4,6/8,0.1+0.9/4*2 n,14,6,9/8,0.1+0.9/4n,15,8,12/8,0.1 n,16,16/3,8/6,0.4 n,17,8/3,7/6,0.7n,18,0,1,1 n,21,0,0,-1 n,22,2,3/8,-(0.1+0.9/4*3) n,23,4,6/8,-(0.1+0.9/4*2) n,24,6,9/8,-(0.1+0.9/4) n,25,8,12/8,-0.1n,26,16/3,8/6,-0.4 n,27,8/3,7/6,-0.7 n,28,

16、0,1,-1 TYPE, 1 MAT, 1REAL, 1 ESYS, 0 SECNUM, TSHAP,LINE !* e,11,12 e,12,13 e,13,14 e,14,15 e,15,16 e,16,17 e,17,18 e,18,12 e,12,17 e,17,13 e,13,16 e,16,14 e,21,22 e,22,23 e,23,24 e,24,25 e,25,26 e,26,27 e,27,28 e,28,22 e,22,27 e,27,23 e,23,26 e,26,24 TYPE, 1 MAT, 1REAL, 2 ESYS, 0 SECNUM, TSHAP,LINE

17、!* e,12,22 e,13,23 e,14,24 e,16,26 e,17,27 e,22,17 e,23,16 e,16,14 /ESHAPE,1 /USER, 1 /VIEW, 1, -0.608062369507 , 0.460162417711 , 0.646924032724/ANG, 1, -17.7114328942 /REPLO FLST,2,4,1,ORDE,4 FITEM,2,11 FITEM,2,18 FITEM,2,21 FITEM,2,28 !* /GO D,P51X, , , , , ,ALL, , , , , FLST,2,1,1,ORDE,1 FITEM,2

18、,15 !* /GO F,P51X,FY,-10000FLST,4,2,1,ORDE,2 FITEM,4,15 FITEM,4,25 CP,1,ALL,P51X FINISH /SOL/STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 PLDISP,2!* /EFACET,1 PLNSOL, U,SUM, 0,1.0!* /VSCALE,1,1,0 ! !* PLVECT,U, , , ,VECT,ELEM,ON,0 !* /PSF,DEFA, ,1,0,1 /PBF,DEFA, ,1 /PIC,DEFA, ,1 /PSYMB,CS,0 /PSYMB,NDIR,0 /PSYMB,ESYS,0 /PSYMB,