ANSYS变截面梁.docx
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ANSYS变截面梁.docx
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ANSYS变截面梁
注:
此为网上下载文档,其中有许多看不太明白的地方,故按个人想法进行了更改,更改后的文档也许看的亦不明白,大概了解方法即可。
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一、前言
变截面梁,即两端截面不同的梁。
在工程中通常将梁受力吃紧的一端采用较大的截面,另一端采用较小的截面,以实现等强度设计,节省原材料。
这种变截面梁生活中普遍存在,远至古代娶亲用的花轿轿杆、农村大车车辕,直至当今建筑钢结构中各种采光大蓬横梁(包括弯曲横梁)、各种连杆摇臂结构等。
特别是悬臂梁几乎处处可见,就连输电用的水泥电杆也做成根粗尖细的。
由于这种变截面梁在工程中普遍存在,在ANSYS程序结构分析中,专门设置了变截面梁单元的功能,使用起来特别方便。
具体操作过程在下面的实例分析中详细介绍。
自由度耦合即构件连接处两个节点的自由度(包括移动自由度和转动自由度)变化是一致的,主节点如何变化,从节点随着同样变化。
自由度耦合在静力分析时常用在连接件上,特别用在具有转动的连接件上。
例如:
汽车挂挡手柄连接端的球铰,各种销钉与耳环的连接,各种转盘与转轴的连接等。
自由度耦合的概念与自由度释放的概念正好相反。
在ANSYS程序中没有自由度释放功能,只有自由度耦合功能,但用自由度耦合功能完全可以达到自由度释放的目的。
这种功能具体操作过程,也在下面的实例分析中详细介绍。
二、雨蓬计算分析
该雨蓬结构是由11根变截面工字钢梁、1根等截面工字钢梁、3根圆管钢梁、1根槽钢梁和6根拉杆钢组成。
其结构如下:
图1雨蓬结构
1.原始数据
(1)坐标数据
关键点号XYZ
1:
0,0,0
2:
0,0,6300
3:
0,4500,0(第一拉杆上端点)
4:
0,1000,0(变截面梁Z轴方向)
5:
0,1000,0(第一排工字钢Z轴方向)
6:
0,1000,6300(第六排槽钢Z轴方向)
7:
0,0,4200(拉杆与雨棚连接点,亦自由度耦合处)
(2)材料数据
主钢梁变截面工字钢:
大端300×150×8×6,小端150×150×8×6
第一横梁工字钢:
150×100×8×6
第二、第三、第四横梁圆管钢:
Φ102×4Ri=47R0=51
第五横梁槽钢:
160×80×8×6
拉杆:
Φ102×4A=1231.5
=0.0001
(3)载荷
由玻璃均布载荷计算而得:
中间节点:
F=5560N
边节点:
F=2780N
角节点:
F=1690N
(4)单元
梁单元:
BEAM188
杆单元:
LINK8
(5)边界条件
主梁固定于墙上:
位移和转角全约束;
拉杆与主梁连接:
位移耦合,转角自由;
拉杆与墙连接:
位移约束,转角自由。
2计算方法
有限元几何非线性方法
3操作命令
(1)前处理
a.选择单元类型
选择单元类型菜单路径:
【Preprocessor】→【ElementType】→【Add/Edit/Delete】
执行选择单元类型菜单路径命令,弹出定义单元类型对话框,单击[Add…]按钮,弹出单元类型库对话框,然后选择“Beam2node188”梁单元,单击[OK]按钮。
用同样方法选择“LinkSpar8”杆单元,单击[OK]按钮。
b.设置单元实常数
设置单元实常数菜单路径:
【Preprocessor】→【RealConstants】→【Add/Edit/Delete】
执行设置单元实常数菜单路径命令,弹出对话框后,单击[Add…]按钮,选择“Type2LINK8”单元,并单击[OK]按钮,弹出定义实常数对话框,在“ID”中输入“1”,在“AREA”中输入“1231.5”,单击[OK]按钮。
c.设置单元截面数据
变截面工字钢梁截面设置:
大端截面设置:
执行菜单路径命令【Preprocessor】→【Sections】→【Beam】→【Commonsections】,弹出定义截面特性对话框后,在“ID”中设置梁单元截面代号“1”,在“Name”中设置梁单元截面名称“M1”,在[Sub-Type]中选择工字钢截面图形。
在“W1”中输入“150”,在“W2”中输入“150”,在“W3”中输入“300”,在“t1”中输入“8”,在“t2”中输入“8”,在“t3”中输入“6”,单击[OK]按钮。
小端截面设置:
执行菜单路径命令【Preprocessor】→【Sections】→【Beam】→【Commonsections】,弹出定义截面特性对话框后,在“ID”中设置梁单元截面代号“2”,在“Name”中设置梁单元截面名称“M2”,在[Sub-Type]中选择工字钢截面图形。
在“W1”中输入“150”,在“W2”中输入“150”,在“W3”中输入“150”,在“t1”中输入“8”,在“t2”中输入“8”,在“t3”中输入“6”,单击[OK]按钮。
尖劈梁截面设置:
执行菜单路径命令【Preprocessor】→【Sections】→【Beam】→【TaperSection】→【ByXYZLocation】,弹出定义变截面特性对话框后,在“ID”中设置变截面梁单元截面代号“3”,在“Name”中设置变截面梁单元截面名称“M3”。
在“BeginningSectionID”中选择变截面梁起始截面代号“1M1”,在“XYZLocationofBeginningSect”中输入变截面梁起始截面坐标“0,0,0”;在“EndingSectionID”中选择变截面梁结束截面代号“2M2”,在“XYZLocationofEndingSection”中输入变截面梁结束截面坐标“0,0,6300”,单击[OK]按钮。
普通工字钢梁截面设置:
执行菜单路径命令【Preprocessor】→【Sections】→【Beam】→【Commonsections】,弹出定义截面特性对话框后,在“ID”中设置梁单元截面代号“4”,在“Name”中设置梁单元截面名称“M4”,在[Sub-Type]中选择工字钢截面图形。
在“W1”中输入“100”,在“W2”中输入“100”,在“W3”中输入“150”,在“t1”中输入“8”,在“t2”中输入“8”,在“t3”中输入“6”,单击[OK]按钮。
圆管梁截面设置:
设置梁单元截面数据菜单路径:
【Preprocessor】→【Sections】→【Beam】→【CommonSections】
执行设置梁单元截面数据菜单路径命令,弹出对话框后,在“ID”中设置梁单元截面代号“5”,在“Sub-Type”中选择圆管钢截面图形。
在“Ri”中输入“47”,在“R0”中输入“51”,单击[OK]按钮。
槽钢梁截面设置:
执行菜单路径命令【Preprocessor】→【Sections】→【Beam】→【Commonsections】,弹出定义截面特性对话框后,在“ID”中设置梁单元截面代号“6”,在[Sub-Type]中选择槽钢截面图形。
在“W1”中输入“80”,在“W2”中输入“80”,在“W3”中输入“160”,在“t1”中输入“8”,在“t2”中输入“8”,在“t3”中输入“6”,单击[OK]按钮。
d.设置材料性能数据
设置材料性能数据菜单路径:
【Preprocessor】→【MaterialProps】→【MaterialModels】
执行设置材料性能数据菜单路径命令,弹出定义材料性能数据对话框,选择右侧材料有关变量依次双击“Structural”“Linaer”“Elastic”“Isotropic”(也可以依次双击“Favorites”“LinaerStatic”“LinaerIsotropic”)后,在出现的对话框中,输入弹性模量“EX=2.06E5”和泊松比“PRXY=0.3”数值,输入密度数值“7.85E-9”,单击[OK]按钮,并退出对话框。
e.建立几何模型
(a)生成关键点菜单路径:
【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Keypoints】→【OnWorkingPlane】
执行生成关键点菜单路径命令,在弹出的工作平面对话框中,依照上述坐标次序,输入各关键点坐标值:
“X,Y,Z”,最后单击工作平面对话框中的[OK]按钮。
轴侧显示菜单路径:
【UtilityMenu】→【Plotctrls】→【PanZoomRotate】→【ISO】
(b)生成直线菜单路径:
【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Lines】→【StraightLine】,选择关键点1,2
执行生成直线菜单路径命令,弹出生成直线对话框,采用鼠标在图形窗口依次点击前、后两个关键点,生成一条直线,单击对话框中的[OK]按钮。
(c)将直线分成4等份菜单路径:
【Preprocessor】→【Operate】→【Booleans】→【Divide】→【LineintoNLn’s】,弹出对话框后,选择直线1,单击[Apply]按钮,输入划分数“4”,单击[OK]按钮。
(d)直线相加菜单路径:
【Preprocessor】→【Modeling】→【Operate】→【Booleans】→【Add】→【Lines】
(e)5段直线赋置属性菜单路径:
【Preprocessor】→【Meshing】→【MeshingAttribute】→【Pickedlines】
执行赋属性菜单路径命令,弹出对话框后,单击对话框中的[PickAll]按钮,弹出赋属性对话框,选择属性:
材料号“MAT”为“1”,实常数号“REAL”为默认值,单元类型号“TYPE”为“1BEAM188”,截面号“SECT”为“3”,并激活“PickOrientationKeypoints”,单击[Apply]按钮,用鼠标在主梁下选择确定梁单元Z轴方向的“K”点(关键点4或5都行),单击[OK]按钮。
(f)5段直线设置划分尺寸菜单路径:
【Preprocessor】→【Meshing】→【SizeCtrls】→【ManualSize】→【Lines】→【PickedLines】
执行设置划分尺寸菜单路径命令,采用鼠标在图形窗口拾取全部直线,单击[Apply]按钮,在弹出的对话框“NDIV”中输入尺寸数值“1”,单击[OK]按钮。
(g)5段直线划分网格采用分网工具,其菜单路径:
【Preprocessor】→【Meshing】→【MeshTool】
执行分网工具菜单路径命令,弹出分网工具对话框。
先在分网工具窗口中确定网格实体:
“Lines”,单击[Mesh]按钮后,单击[PickAll]按钮。
单击工具栏中的[SAVE-DB]按钮,保存实体网格文件。
(h)复制直线菜单路径:
【Preprocessor】→【Modeling】→【Copy】→【Lines】
执行复制直线菜单路径命令,弹出对话框后,单击[PickAll]按钮,在弹出对话框“NumberofCopies-”中输入“11”,在“DX”中输入“2250”,单击[OK]按钮(目的在于生成11根变截面梁)。
(i)生成横线菜单路径:
【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Lines】→【StraightLine】
执行生成直线菜单路径命令,弹出生成直线对话框,采用鼠标在图形窗口依次点击前、后两个关键点,生成所有横直线,单击对话框中的[OK]按钮。
(j)给各横直线赋置属性菜单路径:
【Preprocessor】→【Meshing】→【MeshingAttribute】→【Pickedlines】
执行赋属性菜单路径命令,弹出对话框后,采用鼠标在图形窗口拾取第一横直线,单击[Apply]按钮,弹出赋属性对话框,选择属性:
材料号“MAT”为“1”,实常数号“REAL”为默认值,单元类型号“TYPE”为“1BEAM188”,截面号“SECT”为“4”,并激活“PickOrientationKeypoints”,单击[Apply]按钮,用鼠标在第一横直线起点上选择确定梁单元Z轴方向的“K”点(关键点6),单击[OK]按钮。
第二、第三、第四横直线为圆管钢,截面号为“5”,梁单元Z轴方向的“K”点选择第五横直线上任意一点即可;第五横直线为槽钢,截面号为“6”,梁单元Z轴方向的“K”点选择第五横直线起点下一点(也可选关键点4或5),单击[OK]按钮。
(k)各横直线划分尺寸设置为“1”、网格划分同前。
(l)合并菜单路径:
【Preprocessor】→【NumberingCtrls】→【MergeItems】
执行合并菜单路径命令,弹出对话框后,在“Label”中选择“All”,单击[OK]按钮。
(m)复制关键点菜单路径:
【Preprocessor】→【Modeling】→【Copy】→【Keypoints】
执行复制关键点菜单路径命令,弹出对话框后,用鼠标在图形窗口选择拉杆上端点,单击[Apply]按钮,在弹出对话“NumberofCopies”中输入“6”,在“DX”中输入“4500”,单击[OK]按钮。
执行复制关键点菜单路径命令,弹出对话框后,用鼠标在图形窗口选择拉杆下端点之间的关键点,复制距离为“DX=4500”,复制后使各拉杆下端点位置形成两个关键点号。
(n)生成直线菜单路径:
【Preprocessor】→【Modeling】→【Create】→【Lines】→【Lines】→【StraightLine】
执行生成直线菜单路径命令,弹出对话框后,用鼠标在图形窗口选择拉杆上、下端点,生成拉杆线。
注意:
在选择下端点时,要选择后生成的关键点号。
(o)拉杆线的属性赋置、划分尺寸设置和网格划分同前。
(p)自由度耦合设置
该题6根拉杆下端与变截面梁的连接为铰链连接,即每个连接节点3个方向的转动自由度应释放为自由。
在ANSYS程序中,自由度耦合的概念与其他程序中自由度释放的概念正相反。
对于该题而言,拉杆下端与变截面梁铰链连接,应设置连接点处为两个节点,一个节点为拉杆的,另一个节点为变截面梁的,并使他们3个方向的位移自由度各自耦合,3个方向的转动自由度不作任何处理。
自由度耦合设置菜单路径:
【Preprocessor】→【Conpling/Ceqn】→【CouplingDOFs】
执行自由度耦合设置菜单路径命令,弹出对话框后,在图形窗口拾取耦合节点,单击[OK]按钮,再次在该位置拾取耦合点,单击[Apply]按钮,弹出自由度耦合对话框,在“NSET”中输入耦合集号“”,在“Lab”中选择耦合自由度方向“”,单击[Apply]按钮,直到完成所有6对节点位移自由度的耦合(6对节点共建18个耦合集),单击[OK]按钮。
单击工具栏中的[SAVE-DB]按钮,保存实体网格文件。
(2)加载求解
a.施加位移约束
施加位移约束菜单路径:
【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Displacement】→【OnNodes】
执行施加位移约束菜单路径命令,弹出施加位移约束选择节点对话框,采用鼠标在图形窗口拾取主梁与墙连接点,单击[Apply]按钮,弹出施加位移约束选择分量窗口,选择节点位移分量:
“UX=UY=UZ=0,ROTX=ROTY=ROTZ=0”(不是ALLDOF),单击[Apply]按钮。
再拾取拉杆与墙连接点,选择节点位移分量:
“UX=UY=UZ=0”,单击[OK]按钮。
b.施加载荷
选择节点菜单路径【Solution】→【DefineLoads】→【Apply】→【Structural】→【Force/Moment】→【OnNodes】
执行选择节点菜单路径命令,弹出对话框后,在图形窗口拾取雨蓬中间各节点,单击[Apply]按钮,弹出的对话框后选择“FY”,在[VALUE]框中输入“-5560”,单击[Apply]按钮;拾取雨蓬边缘各节点,单击[Apply]按钮,弹出的对话框后选择“FY”,在[VALUE]框中输入“-2780”,单击[Apply]按钮;拾取雨蓬各角节点,单击[Apply]按钮,弹出对话框后选择“FY”,在[VALUE]框中输入“-1690”,单击[OK]按钮。
d.选择求解方法
选择菜单路径:
【MainMenu】→【Solution】→【AnalysisType】→【Sol’ncontrol】,弹出对话框后,在“AnalysisOptions”中选择“LargeDisplacemantStatic”,单击[OK]按钮。
e.用当前载荷步解题
选择菜单路径:
【MainMenu】→【Solution】→【CurrentLS】,弹出状态窗口和求解窗口,退出状态窗口,单击求解窗口中的[OK]按钮,进行解题。
当出现此句英语:
“Solutionisdone!
”则结果正确,单击[Close]按钮。
(3)后处理
a.显示变形
选择菜单路径:
【GeneralPostproc】→【ReadResults】→【FirstSet】→【PlotResults】→【ContourPlot】→【NodalSolu】,在弹出的对话框中,单击“DOFSolution”项,选择变形分量(例如:
Y—Componentofdisplacement),单击[OK]按钮,出现带标尺的变形图。
b.显示当量应力
选择菜单路径:
【GeneralPostproc】→【ReadResults】→【FirstSet】→【PlotResults】→【NodalSolu】,在弹出的对话框中,单击“Stress”项,选择“VonMisesstress”项,单击[OK]按钮。
再选择菜单路径:
【UtilityMenu】→【Plotctrls】→【Style】→【SizeandShape】,在弹出的对话框中,激活“Displayofelemet”项,单击[OK]按钮,出现带标尺的应力图。
c.显示弯曲应力
定义单元表格菜单路径:
【GeneralPostproc】→【Elementtable】→【Definetable】
执行定义单元表格菜单路径命令,弹出对话框以后单击[Add…]按钮,在滚动框中选择“BySequencenum”,在右框中选择“SMISC”,在右下框中“SMISC,”后面输入应力的序列号“34”(BEAM4梁单元弯曲应力序列号为“LS,4”,各种梁单元应力的序列号是不同的,见在线帮助),单击[OK]按钮。
绘制表格(或列表)菜单路径:
【GeneralPostproc】→【Elementtable】→【Plottable】(【ListElemTable】)
执行绘制表格(或列表)菜单路径命令,弹出对话框以后,单击[OK]按钮,绘制表内应力图形(或列出表格数据)。
d.支反力显示
列表方式显示支反力菜单路径:
【GeneralPostproc】→【ListResults】→【ReactionSolu】
执行列表方式显示支反力菜单路径命令,弹出用列表方式显示支反力窗口,选择“AllItems”项,单击[OK]按钮。
e.将图形存入文件
首先选择菜单路径:
【UtilityMenu】→【Plotctris】→【Style】→【Backgroud】,单击“DisplaypictureBackgruod”(改变背景颜色,如果背景颜色已经改变则不要执行此步)。
再选择菜单路径:
【UtilityMenu】→【PlotCtrls】→【Hardcopy】→【ToFile】,弹出的对话框后,在“Saveto:
”中定义用户文件名,单击[OK]按钮。
f.输出结构总体积和总重量菜单路径
【GeneralPostproc】→【Elementtable】→【Definetable】
【GeneralPostproc】→【Elementtable】→【SumofEachItem】
【UtilityMenu】→【Paramenters】→【GetScalarData】
【UtilityMenu】→【Paramenters】→【ScalarParamenter】
执行菜单路径命令1,弹出对话框以后,单击[Add…],弹出单元表对话框,在“lab”中输入用户定义名“EVOL”,在左下列选择“Geometry”,在右列选择“ElemVolumeVolu”,单击[OK]按钮。
执行菜单路径命令2,弹出对话框以后,单击[OK]按钮,得到单元总体积值。
执行菜单路径命令3,弹出对话框以后,在左列选择“ResultsData”,在右列选择“ElemTableSums”,单击[OK]按钮,弹出对话框以后输入用户定义名“VTOT”,单击[OK]按钮。
执行菜单路径命令4,弹出对话框以后,在“Items”中选择“VTOT=”,再在“Selection”中乘以材料比重数值“例如:
7.85E-6”(VTOT=*7.85E-6),单击[Accept]按钮,在“Items”中得到单元总重量值(单位:
VTOT=千克重)。
该雨蓬结构需用钢材吨。
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- 关 键 词:
- ANSYS 截面