第9章桁架和梁地有限元分析报告.doc

实用标准文案 精彩文档 第9章 桁架和梁的有限元分析 第1节 基本知识 一、桁架和梁的有限元分析概要 1．桁架杆系的有限元分析概要 桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。 桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。 2．梁的有限元分析概要 梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。 梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。 二、桁架和梁的常用单元 桁架和梁常用的单元类型和用途见表９-1。 表９-1 桁架和梁常用结构实体单元列表 单元名称 说 明 Link1 二维结构杆单元。工程中广泛应用，如桁架、连杆、弹簧等 Link8 三维结构杆单元。工程中广泛应用，如桁架、连杆、弹簧和绳索等 Link10 三维仅受拉或仅受压结构杆单元。如绳索、链条的松弛模拟等 Link180 三维有限元应变杆单元。 Beam3 二维弹性梁单元。是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，用于等截面对称梁 Beam4 三维弹性梁单元。是一个轴向拉压和弯曲单元，用于等截面对称梁 Beam23 二维塑性梁单元。是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，用于等截面对称梁 Beam24 三维薄壁梁单元。是一个轴向拉压和弯曲单元，用于等截面对称梁 Beam44 三维渐变不对称梁单元。是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，允许截面不对称 Beam54 二维渐变不对称梁单元。是一个轴向拉压和弯曲单元，允许截面不对称 Beam188 三维线形（2节点）有限应变梁单元。梁的截面形状可以由用户定义 Beam189 三维线形（3节点）有限应变梁单元。梁的截面形状可以由用户定义 通过对桁架和梁进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。 第2节 桁架的有限元分析实例 一、案例1——2D桁架的有限元分析 图9-1 人字形屋架的示意图 问题 人字形屋架的几何尺寸如图9-1所示。杆件截面尺寸为0.01m2 条件 人字形屋架两端固定，弹性模量为2.0×1011 N/m2，泊松比为0.3。 解题过程 制定分析方案。材料弹性材料，结构静力分析，属2D桁架的静力分析问题，选用Link1单元。建立坐标系及各节点定义如图9-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000 N的力作用。 1．ANSYS分析开始准备工作 （1）清空数据库并开始一个新的分析 选取UtilityMenuFileClear Start New，弹出Clears database and Start New对话框，单击OK按钮，弹出Verify对话框，单击OK按钮完成清空数据库。 （2）指定新的工作文件名 指定工作文件名。选取UtilityMenu FileChange Jobname，弹出Change Jobname对话框，在Enter New Jobname项输入工作文件名，本例中输入的工作文件名为“2D-spar”，单击OK按钮完成工作文件名的定义。 （3）指定新的标题 指定分析标题。选取UtilityMenuFileChange Title，弹出Change Title对话框，在Enter New Title项输入标题名，本例中输入“2D-spar problem”为标题名，然后单击OK按钮完成分析标题的定义。 （4）重新刷新图形窗口 选取UtilityMenuPlotReplot，定义的信息显示在图形窗口中。 （5）定义结构分析 运行主菜单Main MenuPreferences，出现偏好设置对话框，赋值分析模块为Structure结构分析，单击OK按钮完成分析类型的定义。 2．定义单元类型 运行主菜单Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框，单击Add按钮新建单元类型，弹出Library of Element Types对话框，先选择单元大类为Link，接着选择2D Spar 1（Link1），单击OK按钮，完成单元类型选择，单击Close按钮完成设置，如图9-2所示。 图9-2 定义单元类型 3．定义实常数 运行主菜单Main MenuPreprocessorReal Constants Add/Edit/Delete命令，弹出实常数定义对话框，单击Add按钮进入