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实验一衍架的结构静力分析
结构静力分析是ANSYS软件中最简单,应用最广泛的一种功能,它主要用于分析结构在固定载荷〔主要包括外部施加的作用力,稳态惯性力如重力和离心力,位移载荷和温度载荷等〕作用下所引起的系统或部件的位移,应力,应变和力。一般情况下,结构静力分析适用于不考虑或惯性,阻尼以及动载荷等对结构响应的影响不大的场合,如温度,建筑标准中的等价静力风载和地震载荷等在结构中所引起的响应。
结构静力分析分为线性分析和非线性分析两类,由于非线性分析涉及大变形,塑性,蠕变和应力强化等内容,较为复杂,不适于作为入门教学。因此,本实训中只讨论ANSYS的线性结构静力分析。
一、问题描述
图1所示为由9个杆件组成的衍架结构,两端分别在1,4点用铰链支承,3点受到一个方向向下的力Fy,衍架的尺寸已在图中标出,单位:m。试计算各杆件的受力。
图1衍架结构简图
图1衍架结构简图
弹性模量〔也称扬式模量〕E=206GPa;泊松比μ=0.3;
作用力Fy=-1000N;杆件的横截面积A=0.125m2
显然,该问题属于典型的衍架静力分析问题,通过理论求解方法〔如节点法或截面法〕也可以很容易求出个杆件的受力,但这里为什么要用ANSYS软件对其分析呢?
二、实训目的
本实训的目的有二:一是使学生熟悉ANSYS8.0软件的用户界面,了解有限元分析的一般过程;二是通过使用ANSYS软件分析的结果和理论计算结果进行比拟,以建立起对利用ANSYS软件进行问题根系的信任度,为以后使用ANSYS软件进行更复杂的结构分析打根底。
图形显示区主菜单应用菜单命令输入栏显示调整工具栏图2用户主界面三、结果演示
图形显示区
主菜单
应用菜单
命令输入栏
显示调整工具栏
图2用户主界面
通过使用ANSYS8.0软件对该衍架结构进行静力分析,其分析结果与理论计算结果如表1所示。
表1ANSYS分析结果与理论计算结果的比拟
杆件序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ANSYS分析结果/N
333.33
333.33
666.67
-471.40
0
-666.67
471.40
666.67
-947.81
理论计算结果/N
333.333
333.333
666.667
-471.405
0
-666.667
471.405
666.667
-942.809
误差/%
0.3
0.3
0.3
0.5
0
0.3
0.5
0.3
0.1
比拟结果说明,使用ANSYS分析的结果与理论计算结果的误差不超过0.5%,因此,利用ANSYS软件分析来替代理论计算是完全可行的。
四、实训步骤
〔一〕ANSYS8.0的启动与设置
1. 启动。点击:开始所有程序ANSYS8.0ANSYS,即可进入ANSYS图形用户主界面。如图2所示。其中,几个常用的局部有应用菜单,命令输入栏,主菜单,图形显示区和显示调整工具栏,分别如图2所示。
图3Preference参数设置对话框2. 功能设置。电击主菜单中的“Preference”菜单,弹出“参数设置”对话框,选中“Structural”复选框,点击“OK”按钮,关闭对话框,如图
图3Preference参数设置对话框
图4单元类型库对话框图5单元类型对话框
图4单元类型库对话框
图5单元类型对话框
〔二〕单元类型,几何特性及材料特性定义
图6单元类型对话框图7实常数对话框图8材料特性对话框1.定义单元类型。电击主菜单中的“PreferenceElementTypeAdd/Edit/Delete
图6单元类型对话框
图7实常数对话框
图8材料特性对话框
的“Link”和“2Dspar1”选项,点击“OK”,关闭图4对话框,返回至上一级对话框,此时,对话框中出现刚刚选中的单元类型:LINK1,如图5所示。点击“Close”,关闭图5
2.定义几何特性。在ANSYS中主要是实常数的定义:点击主菜单中的“PreprocessorRealContantsAdd/Edit/Delete”,弹出对话框,点击“Add…”按钮,第二〔1〕步定义的LINK1单元出现于该对话框中,点击“OK”,弹出下一级对话框,如图6所示。在AREA一栏杆件的截面积0.125,点击“OK”,回到上一级对话框,如图7所示。点击“Close”,关闭图7所示对话框。
3.定义材料特性。点击主菜单中的“PreprocessorMaterialPropsMaterialModels”,弹出对话框,如图8所示,逐级双击右框中“Structural,Linear,Elastic,Isotropic”前图标,弹出下一级对话框,在弹性模量文本框中输入:206E9,在泊松比文本框中输入:0.3,如图9所示,点击“OK”
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