迈达斯软件应用之热应力

12.热应力分析概述对钢丝和铜丝构成的简单结构进行热应力(thermalstress)分析。材料钢丝弹性模量(Es) :30×106psi热膨胀系数(αs) :70×10-7in/in℉铜丝弹性模量(Ec) :16×106psi热膨胀系数(αc) :92×10-7in/in℉刚性梁弹性模量(EB) :1.0×1015psi截面桁架单元(垂直) 面积 :0.1in2梁单元(刚体) Iyy :1.0in4荷载1.在节点5施加集中荷载4,000lbf2.温度荷载初始温度:15℉最终温度:25℉整体坐标系原点整体坐标系原点图12.1分析模型模型1为刚性梁单元吊挂在长度20in的铁丝和铜丝吊杆上结构，模型2是以梁自由度约束在主节点上的刚性连接条件替换模型的刚性梁的结构，运行对10℉温度变化的热应力分析以后与正解做比较。设定基本环境打开新文件以‘热应力分析1.mgb’为名保存。文件/新文件文件/保存(热应力分析)设定单位体系。工具/单位体系长度>in;力>lbf图12.2设定单位体系设定结构类型。结构类型设定为X-Z平面。为了考虑温度荷载输入初始温度.初始温度是温度变化发生前的结构整体的温度。模型/结构类型结构类型>X-Z平面初始温度(15)点格(关),捕捉点(关),捕捉轴线(关)捕捉节点,捕捉单元,正面(开)图12.3设定结构类型定义材料以及截面定义材料和截面。用用户定义的类型和数值类型定义材料和截面。模型/材料和截面特性/材料一般>名称(钢材);设计类型>用户定义用户定义>规范>无分析数据>弹性模量(3.0E+7)线膨胀系数(7.0E-6)一般>名称(Copper);设计类型>用户定义分析数据>弹性模量(1.6E+7)线膨胀系数(9.2E-6)一般>名称(弹性梁);设计类型>用户定义分析数据>弹性模量(1.0E+15)图12.4定义材料模型/特性/截面数值名称>桁架;截面形状>箱形截面尺寸>H(0.5);B(0.5);tw(0.1);tf1(0.1)截面特性值>面积(0.1)名称>梁单元;截面形状>箱形截面尺寸>H(1.0);B(1.0);tw(0.1);tf1(0.1)截面特性值>Iyy(1.0)图12.5定义截面建立节点和单元用建立节点的复制功能输入节点。模型/节点/建立节点节点号坐标(x,y,z)(0,0,0)复制>复制次数(2);距离(dx,dy,dz)(10,0,0)图12.6建立节点用节点到线单元的扩展单元功能输入桁架单元。模型/单元/扩展单元单元号,全选扩展类型>节点线单元单元类型>桁架材料>2:Cooper;截面>1:桁架dx,dy,dz(0,0,-20);复制次数(1)图12.7建立桁架单元用扩展单元功能建立梁单元。模型/单元/扩展单元单选(节点:4,5)扩展类型>节点线单元单元类型>梁单元材料>3:弹性梁;截面>2:梁单元dx,dy,dz(10,0,0);复制次数(1)图12.8建立梁单元(钢体)在树型菜单的工作栏中修改2号单元的材料。树型菜单>工作单选(单元:2)用鼠标点击“1:钢材”然后拖到画面上放在单元2上,这样单元2的材料会变成用鼠标点击“1:钢材”然后拖到画面上放在单元2上,这样单元2的材料会变成

“1:钢材”.放放拖图12.9修改单元2的材料输入边界条件给桁架单元的上端输入铰接条件。模型/边界条件/一般支承单选(节点:1,2,3)选择>添加;支承条件类型>Dx,Dz(开)单选(节点:4)选择>添加;支承条件类型>Dx(开) 图12.10输入边界条件输入荷载定义荷载工况为输入节点荷载和温度荷载定义荷载工况。荷载/静力荷载工况名称(节点荷载);类型>用户定义的荷载名称(温度荷载);类型>用户定义的荷载图12.11输入荷载工况输入节点荷载在5号节点施加重力方向的集中荷载4,000lbf（图12.12）.荷载/节点荷载单选(节点:5)荷载工况名称>节点;选择>添加节点荷载>FZ(-4000)图12.12输入节点荷载输入温度荷载为了反映10℉的温差产生的荷载,整体结构的温度输入为25℉(25-15=10℉)。荷载/温度荷载/系统温度荷载工况名称>温度荷载温度>最终温度(25)图12.13输入温度荷载运行结构分析运行结构分析节点号(关),单元号(关)分析/运行分析查看分析结果建立荷载组合条件本例题查看以下组合条件产生的应力。荷载组合条件1(LCB1):1.0节点荷载+1.0温度荷载结果/荷载组合/一般荷载组合列表>名称>LCB1荷载工况和系数>荷载工况>节点荷载(ST);系数(1.0)荷载工况>温度荷载(ST);系数(1.0)图12.14荷载组合条件查看温度荷载下的反力查看温度荷载下的反力。温度荷载引起的桁架单元上端的反力大小在钢丝的情况下34.065lbf，铜丝的情况下–17.032lbf。钢丝和铜丝连接在刚体上，所以约束了竖向的位移。对热膨胀系数小的钢丝内部产生了拉力，反力方向为＋z；对热膨胀系数大的铜丝内部产生了压力，反力方向为－z。结果/反力/反力/弯矩荷载工况/荷载组合(ST:温度荷载)反力>Fz显示类型>数值(开);图例(开)数值小数点以下位数(3)图12.15查看对温度荷载的反力查看桁架应力查看节点荷载下的桁架单元应力。节点荷载作用的桁架单元因钢体梁单元的作用,发生同样的沉降(0.013in),根据轴方向的刚度比例分配应力。结果/应力/桁架单元应力荷载工况/荷载组合(ST:节点荷载)选择应力>全部显示类型>数值(开);图例(开)截面输出位置>全部数值小数点以下位数((3)适用于选择确认(开)图12.16节点点荷载下的桁架应力力查看温度荷载下的的桁架应力。各单元的上下部被被约束，会发生两种种材料的热膨膨胀系数之差差的荷载，重重新根据各单单元的轴方向向刚度比例分担发生生的荷载。结果/应力/桁架单元应应力荷载工况/荷载组组合(ST:温度荷载)选择压力>全部显示类型>数值((开);图例(开)截面输出位置>全全部图12.17温度荷载下的桁架应力力查看荷载组合条件件1下的桁架应力力。桁架单元应力是把把对节点荷载载条件和温度度荷载条件发发生的应力线线形组合的结结果。结果/应力/桁架应力荷载工况/荷载组组合(CB::LCB1)选择应力>全部显示类型>数值((开);图例(开)截面输出位置>全全部图12.18查看桁架单单元的应力建立模型2把‘热应力分析1..mgb’以‘热应力分析2.mgbb’为名保存。在热应力分析2中中用刚体连接接条件代替刚刚体梁反映刚刚体反应。文件/另存为(热应力分析2)修改材料在输入的单元必须有刚度，所以不能输入“0”。为防止刚体效应把把弹性模量修修改为很小的的值。模型/特性/材料一般>材料号(3);名称(弹性梁)类型>用户定义用户定义>规范>>无分析数据>弹性模模量(1.0)图12.19修改材料添加刚体连接条件件利用刚体连接条件件把节点4,6的Dz方向的自由度度从属于主节点5。刚体连接条件的详细说明参照用户手册的刚体连接条件的详细说明参照用户手册的“主节点和从属节点（刚体连接功能）”部分模型/边界条件/刚性连接节点号,单选(节点:4,6)选择>添加/替换;主节点点号(55)刚性连接的自由度度>DZ(开)图12.20添加刚体连连接条件运行结构分析运行结构分析。节点号(关),单元号(关)分析/运行分析查看桁架应力查看荷载组合条件件1(LCBB1)下的桁架应力力。结果/应力/桁架单元应应力荷载工况/荷载组组合(CB::LCB11)选择应力>全部显示类型>数值((开);图例(开)截面输出位置>全全部数值小数点以下位数((3)图12.21查看桁架单单元的应力使用刚体连接条件件时也发生了了与刚体梁(刚性性梁单元)同样的应力力。热应力分析的目的的是为了认识识材料热膨胀胀系数不同时时的