ANSYS实例分析75道(含结果~).doc
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1、|【ANSYS 算例】3.4.2(1) 基于图形界面的桁架桥梁结构分析 (step by step)下面以一个简单桁架桥梁为例,以展示有限元分析的全过程。背景素材选自位于密执安的“Old North Park Bridge“ (1904 - 1988),见图 3-22。该桁架桥由型钢组成,顶梁及侧梁,桥身弦杆,底梁分别采用 3 种不同型号的型钢,结构参数见表 3-6。桥长 L=32m,桥高H=5.5m。桥身由 8 段桁架组成,每段长 4m。该桥梁可以通行卡车,若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置,假设卡车的质量为 4000kg,若取一半的模型,可以将卡车对桥梁的作用力简化为 P1 ,P 2 和 P
2、3 ,其中 P1= P3=5000 N, P2=10000N,见图 3-23。图 3-22 位于密执安的 “Old North Park Bridge“ (1904 - 1988)图 3-23 桥梁的简化平面模型(取桥梁的一半)表 3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数构件 惯性矩 m4 横截面积 m2顶梁及侧梁(Beam1) 63.8103.190桥身弦梁 (Beam2) 785底梁 (Beam3) 6.4 3.解答 以下为基于 ANSYS 图形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜单操作流程。(1) 进入 ANSYS(设定工作目录和工作文件) 程序 ANSY
3、S ANSYS Interactive Working directory(设置工作目录) Initial jobname(设置工作文件名):TrussBridge Run OK(2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu:Preferences Structural OK(3) 定义单元类型|ANSYS Main Menu:Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Beam: 2d elastic 3 OK (返回到 Element Types 窗口) Close(4) 定义实常数以确定梁单元的截面参数ANSYS Main Menu
4、: Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete Add select Type 1 Beam 3 OK input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3,Izz: 3.83e-6(1 号实常数用于顶梁和侧梁) Apply input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3,Izz: 1.87E-6 (2 号实常数用于弦杆) Apply input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3,Izz: 8.47E-6
5、 (3 号实常数用于底梁) OK (back to Real Constants window) Close (the Real Constants window)(5) 定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX: 2.1e11, PRXY: 0.3(定义泊松比及弹性模量) OK Density (定义材料密度) input DENS: 7800, OK Close(关闭材料定义窗口)(6) 构造桁架桥模型生成桥体
6、几何模型ANSYS Main Menu:Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS NPT Keypoint number:1,X,Y,Z Location in active CS:0,0 Apply 同样输入其余 15 个特征点坐标(最左端为起始点,坐标分别为 (4,0), (8,0), (12,0), (16,0), (20,0), (24,0), (28,0), (32,0), (4,5.5), (8,5.5), (12,5.5),(16.5.5), (20,5.5), (24,5.5), (28,5.5)) Lines Li
7、nes Straight Line 依次分别连接特征点 OK网格划分ANSYS Main Menu: Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Lines 选择桥顶梁及侧梁 OK select REAL: 1, TYPE: 1 Apply 选择桥体弦杆 OK select REAL: 2, TYPE: 1 Apply 选择桥底梁 OK select REAL: 3, TYPE:1 OK ANSYS Main Menu:Preprocessor Meshing MeshTool 位于 Size Controls 下的 Lines:Set Elemen
8、t Size on Picked Pick all Apply NDIV:1 OK Mesh Lines Pick all OK (划分网格)(7) 模型加约束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 选取桥身左端节点 OK select Lab2: All DOF(施加全部约束) Apply 选取桥身右端节点 OK select Lab2: UY(施加 Y 方向约束) OK(8) 施加载荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply S
9、tructural Force/Moment On Keypoints 选取底梁上卡车两侧关键点(X 坐标为 12 及 20) OK select Lab: FY,Value: -5000 Apply 选取底梁上卡车中部关键点(X 坐标为 16) OK select Lab: FY ,Value: -10000 OK ANSYS Utility Menu: Select Everything(9) 计算分析ANSYS Main Menu:Solution Solve Current LS OK(10) 结果显示ANSYS Main Menu:General Postproc Plot Resu
10、lts Deformed shape Def shape only OK(返回到 Plot Results) Contour Plot Nodal Solu DOF Solution, Y-Component of Displacement OK(显示 Y 方向位移 UY)(见图 3-24(a)定义线性单元 I 节点的轴力ANSYS Main Menu General Postproc Element Table Define Table Add Lab: bar_I, By sequence num: SMISC,1 OK Close定义线性单元 J 节点的轴力ANSYS Main Menu
11、 General Postproc Element Table Define Table Add Lab: bar_J, By |sequence num: SMISC,1 OK Close画出线性单元的受力图(见图 3-24(b)ANSYS Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Line Elem Res LabI: bar_I, LabJ: bar_J, Fact: 1 OK(11) 退出系统ANSYS Utility Menu:File Exit Save Everything OK(a)桥梁中部最大挠度值为 0.003
12、 374m (b)桥梁中部轴力最大值为 25 380N图 3.24 桁架桥挠度 UY 以及单元轴力计算结果【ANSYS 算例】3.4.2(2) 基于命令流方式的桁架桥梁结构分析 !% ANSYS 算例3.4.2(2) % begin %!-注:命令流中的符号 $,可将多行命令流写成一行-/prep7 !进入前处理/PLOPTS,DATE,0 !设置不显示日期和时间!=设置单元和材料 ET,1,BEAM3 !定义单元类型R,1,2.19E-3,3.83e-6, , , , , !定义 1 号实常数用于顶梁侧梁R,2,1.185E-3,1.87e-6,0,0,0,0, !定义 2 号实常数用于弦杆
13、R,3,3.031E-3,8.47E-6,0,0,0,0, !定义 3 号实常数用于底梁MP,EX,1,2.1E11 !定义材料弹性模量MP,PRXY,1,0.30 !定义材料泊松比MP,DENS,1,7800 !定义材料密度!-定义几何关键点 K,1,0,0, $ K,2,4,0, $ K,3,8,0, $K,4,12,0, $K,5,16,0, $K,6,20,0, $K,7,24,0, $K,8,28,0, $K,9,32,0, $K,10,4,5.5, $K,11,8,5.5, $K,12,12,5.5, $K,13,16,5.5, $K,14,20,5.5, $K,15,24,5.5
14、, $K,16,28,5.5,!-通过几何点生成桥底梁的线L,1,2 $L,2,3 $L,3,4 $L,4,5 $L,5,6 $L,6,7 $L,7,8 $L,8,9 !-生成桥顶梁和侧梁的线L,9,16 $L,15,16 $L,14,15 $L,13,14 $L,12,13 $L,11,12 $L,10,11 $L,1,10 !-生成桥身弦杆的线 L,2,10 $L,3,10 $L,3,11 $L,4,11 $L,4,12 $L,4,13 $L,5,13 $L,6,13 $L,6,14 $L,6,15 $L,7,15 $L,7,16 $L,8,16 !-选择桥顶梁和侧梁指定单元属性 LSEL
15、,S,9,16,1,LATT,1,1,1, |!-选择桥身弦杆指定单元属性 LSEL,S,17,29,1,LATT,1,2,1,!-选择桥底梁指定单元属性 LSEL,S,1,8,1,LATT,1,3,1,!-划分网格 AllSEL,all !再恢复选择所有对象LESIZE,all,1,1 !对所有对象进行单元划分前的分段设置 LMESH,all !对所有几何线进行单元划分 !=在求解模块中,施加位移约束、外力,进行求解/soluNSEL,S,LOC,X,0 !根据几何位置选择节点 D,all,ALL, !对所选择的节点施加位移约束AllSEL,all !再恢复选择所有对象 NSEL,S,LOC
16、,X,32 !根据几何位置选择节点D,all,UY, !对所选择的节点施加位移约束ALLSEL,all !再恢复选择所有对象 !-基于几何关键点施加载荷FK,4,FY,-5000 $FK,6,FY,-5000 $FK,5,FY,-10000/replot !重画图形Allsel,all !选择所有信息( 包括所有节点、单元和载荷等)solve !求解!=进入一般的后处理模块 /post1 !后处理PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !显示 Y 方向位移PLNSOL, U,X, 0,1.0 !显示 X 方向位移!-显示线单元轴力 -ETABLE,bar_I,SMISC, 1ETABLE,bar
17、_J,SMISC, 1PLLS,BAR_I,BAR_J,0.5,1 !画出轴力图 finish !结束!% ANSYS 算例3.4.2(2) % end %【ANSYS 算例】3.2.5(3) 四杆桁架结构的有限元分析 下面针对【典型例题】3.2.5(1)的问题,在 ANSYS 平台上,完成相应的力学分析。即如图 3-8 所示的结构,各杆的弹性模量和横截面积都为 , 4229.510N/mE=,基于 ANSYS 平台,求解该结构的节点位移、单元应力以及支反力。210mA=|图 3-8 四杆桁架结构解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。以下为基于 ANSYS 图形界面( graphic use
18、r interface,GUI)的菜单操作流程;注意:符号“”表示针对菜单中选项的鼠标点击操作。关于 ANSYS 的操作方式见附录 B。1 基于图形界面的交互式操作(step by step)(1) 进入 ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory (设置工作目录) Initial jobname(设置工作文件名) : planetrussRun OK(2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences Structural OK(3) 选择单元类型ANSYS Main Menu: Pr
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- ANSYS 实例 分析 75 结果
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