ANSYS作业三梁结构的瞬态完全法分析

有限元原理与工程应用题目梁结构的瞬态完全法分析年级与专业机械电子工程12级所在学院（系）机械工程学系梁结构的瞬态完全法分析要求如图1所示板-梁结构，板件上表面施加随时间变化的均布压力，计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。全部采用A3钢材料，特性：杨氏模量=2e11，泊松比=0.3，密度=7.8e3；板壳：厚度=0.02；四条腿（梁的几何特性：截面面积=2e-4，惯性矩=2e-8，宽度=0.01，高度=0.02。压力载荷与时间的关系曲线如图2所示。图SEQ图\*ARABIC1质量梁-板结构及载荷示意图压力（N/m2）10000500001246时间（s）图SEQ图\*ARABIC2板上压力-时间关系操作步骤定义工作文件名及工作标题定义工作文件名：执行UtilityMenu/File/ChangeJobname命令，在弹出的ChangeJobname对话框中输入文件名为“Harmonic”，同时勾上【Newloganderrorfiles】,单击按钮。定义工作标题：执行UtilityMenu/File/ChangeTitle命令，弹出ChangeTitle对话框中输入“Harmonicresponseofthestructure”,然后单击按钮。设置参数图SEQ图\*ARABIC3设定参数重新显示：执行UtilityMenu/Plot/Replot命令。显示工作平面显示工作平面，执行UtilityMenu/WorkPlane/DisplayWorkingPlane命令。关闭三角坐标符号的显示：执行UtilityMenu/PlotCtrls/WindowControls/WindowOptions命令，弹出WindowOptions对话框。在Locationoftriad下拉列表框中选择Notshown选项，单击按钮。建立梁结构模型定义单元类型选择单元类型：执行Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，弹出复选框【ElementType】，单击“Add”，弹出【LibraryofElementTypes】对话框中选择“StructuralShell”和“Elastic4node63”，单击Apply按钮。选择单元类型：在左右列表中分别选择“StructuralBeam”和“3DElastic4”，单击Apply按钮。选择单元类型：在左右列表中分别选择“StructuralMass”和“3Dmass21”，单击按钮。单击“Type3”单元类型，单击Options按钮，弹出【MASS21elementtypeoptions】对话框，在“Rotaryinertiaoptions”列表中选择“3Dw/orotiner”选项，单击按钮。图SEQ图\*ARABIC4“ElementTypes”对话框图SEQ图\*ARABIC5“MASS21element…”对话框定义第1类单元实常数：执行Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete>命令，弹出【RealConstants】复选框，单击“Add”，选择“Type1Shell63”选项，单击“OK”，弹出如下图所示对话框，将参数如图3进行设置，单击按钮。图SEQ图\*ARABIC6“RealConstant…”对话框定义第2类单元实常数：执行Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete>命令，弹出【RealConstants】复选框，单击“Add”，选择“Type2BEAM4”选项，单击“OK”，弹出如下图所示对话框，将参数如图4进行设置，单击按钮。图SEQ图\*ARABIC7“RealConstant…”对话框定义第3类单元实常数：执行Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete>命令，弹出【RealConstants】复选框，单击“Add”，选择“Type3MASS21”选项，单击“OK”，弹出如下图所示对话框，将参数如图5进行设置，单击按钮。图SEQ图\*ARABIC8“RealConstant…”对话框定义材料参数：执行Preprocessor>MaterialProps>MaterialModel命令，弹出【DefineMaterialModelBehavior】，在弹出的对话框中进行设置，依次点击Structural>Linear>Elastic>Isotropic，弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1】，对话框中的参数设置如图9所示，单击按钮即可。图SEQ图\*ARABIC9“Density…”对话框执行Preprocessor>MaterialProps>MaterialModel命令，弹出【DefineMaterialModelBehavior】，在弹出的对话框中进行设置，依次点击Structural>Density，弹出【DensityforMaterialNumber1】，对话框中的参数设置如图10所示，单击按钮即可。图SEQ图\*ARABIC10“Density…”对话框生成几何模型生成矩形执行Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>ByDimensions命令，弹出【CreateRectanglebyDimensions】对话框，依次在“X-coordinate”和“Y-coordinate”输入“0,length”，“0,width”，最后生成的结果如图11所示。图SEQ图\*ARABIC11生成矩形生成点执行Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS命令，弹出复选框【CreateKeypointsinActiveCoordinateSystem】，依次在“Keypointnumber”和“LocationinactiveCS”输入“5，0，0，high”，“6，length，0，high”，“7，length，width，high”，“8，0，width，high”，最后生成的结果如图13所示。图SEQ图\*ARABIC12“CreateKeypoints…”对话框图SEQ图\*ARABIC13生成点在关键点间连线执行Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>StraightLine命令，弹出复选框【CreateStraightLine】，选中平面中的点“1,5”“2,6”“3,7”“4,8”，建立如图14所示的几何模型。单击按钮。图SEQ图\*ARABIC14关键点连线划分有限元网格定义网格密度执行Preprocessor>Meshing>SizeControls>ManualSize>Global>Size命令，弹出复选框【GlobalElementSizes】，在【Elementedgelength】输入“0.1”。单击按钮。如图15所示。图SEQ图\*ARABIC15“Global…”对话框划分面网格执行Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free命令，拾取矩形面，单击按钮。如图16所示。图SEQ图\*ARABIC16划分网格生成有限元梁结构执行Preprocessor>Meshing>MeshAttributes>DefaultAttribs命令，弹出复选框【MeshAttributes】，在【Elementtypenumber】和【Realconstantsetnumber】输入“2BEAM4”和“2”。单击按钮。如图17所示。图SEQ图\*ARABIC17“MeshingAttributes”对话框划分线网格执行Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines>命令，拾取“L5，L6，L7，L8”，单击按钮。如图18所示。图SEQ图\*ARABIC18划分线网格生成质量块单元生成节点执行Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS命令，弹出复选框【CreateNodesinActiveCoordinateSystem】，依次在“Nodenumber”和“LocationinactiveCS”输入“5，length/2，width/2，mass_hig”，如图19所示。图SEQ图\*ARABIC19“Create…”对话框选择质量单元执行Preprocessor>Meshing>MeshAttributes>DefaultAttribs命令，弹出复选框【MeshAttributes】，在【Elementtypenumber】和【Realconstantsetnumber】输入“3MASS21”和“3”。单击按钮。直接生成单元执行Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumberd>ThruNodes命令，弹出复选框【ElementfromNodes】，输入“500”，单击按钮。指定刚化区域执行Preprocessor>Coupling/Ceqn>RigidRegion命令，弹出拾取框，拾取编号为“500”的质量节点，单击按钮。在编号为“500”的节点附近继续拾取编号为“136,138,154”和“156”的节点，单击按钮。最后生成如图20的结果。图SEQ图\*ARABIC20质量块单元模态分析设置分析类型执行Solution>AnalysisType>NewAnalysis命令，弹出复选框【NewAnalysis】，选中“Model”，单击按钮。图SEQ图\*ARABIC21“NewAnalysis”对话框设置模态分析方法执行Solution>AnalysisType>AnalysisOptions命令，弹出复选框【ModelAnalysis】，选中“BlockLanczos”，在【No.ofmodestoextract】和【No.ofmodestoexpend】均输入10，选中【Calculateelemresults】，单击按钮。图SEQ图\*ARABIC22“ModelAnalysis”对话框施加约束条件执行Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes命令，拾取“232、242、252、262”节点，单击按钮。弹出复选框【ApplyU，ROTonNodes】对话框，选中“ALLDOF”选项，单击按钮。图SEQ图\*ARABIC23施加约束选择所有物体选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。计算求解执行Solution>Solve>CurrentLS，进行求解。执行Finish退出模态求解程序。图SEQ图\*ARABIC24模态求解瞬态动力分析选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis，弹出NewAnalysis对话框。选择Transient，然后单击OK，在接下来的界面仍然单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>Sol’nControls，弹出SolutionControls窗口。在Timeatendofloadstep处输入1；在Timestepsize处输入0.2；在Steppedorrampedb.c处单击ramped；单击Automatictimestepping为on；在Minimumtimestepsize处输入0.05；在Maximumtimestepsize处输入0.5。单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>Sol’nControls，弹出SolutionControls窗口。在Massmatrixmultiplier处输入5。选中Rampedloading（表斜坡信号）单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>OnAreas。弹出ApplyPRESonAreas拾取窗口。单击PickAll，弹出ApplyPRESonAreas对话框。在pressurevalue处输入10000。单击OK选取菜单途径Mainmenu>Solution>WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。在Loadstepfilenumbern处输入1，单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>Sol’nControls，弹出SolutionControls窗口。在Timeatendofloadstep处输入2；单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>Sol’nControls，弹出SolutionControls窗口。在Massmatrixmultiplier处输入5。选中Steppedloading（表斜坡信号）单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>OnAreas。弹出ApplyPRESonAreas拾取窗口。单击PickAll，弹出ApplyPRESonAreas对话框。在pressurevalue处输入10000。单击OK选取菜单途径Mainmenu>Solution>WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。在Loadstepfilenumbern处输入2，单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>Sol’nControls，弹出SolutionControls窗口。在Timeatendofloadstep处输入4；单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>Sol’nControls，弹出SolutionControls窗口。在Massmatrixmultiplier处输入5。选中Steppedloading（表斜坡信号）单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structure-Pressure>OnAreas。弹出ApplyPRESonAreas拾取窗口。单击PickAll，弹出ApplyPRESonAreas对话框。在pressurevalue处输入5000。单击OK选取菜单途径Mainmenu>Solution>WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。在Loadstepfilenumbern处输入3，单击OK。选取菜单途径MainMenu>Solution>Sol’nControls，弹出SolutionControls窗口。在Timeatendofloadstep处输入5；单击OK。选取菜单途径Main