ansys课程设计报告-平面桁架静力学分析

辽宁工程技术大学课程设计
课程大型工程分析软件及应用
题目平面桁架的静力分析
院系力学与工程学院
专业班级
学生姓名
学生学号
2018年01月07 日
力学与工程学院课程设计任务书
课程 大型工程分析软件及应用课程设计
题目 平面桁架的静力分析
专业 姓名
主要内容：
1、 小型铁路桥由横截面积为3250mm 2的钢制杆件组装而成。

一辆火车停在桥上，EX=2.1×105MPa ，μ=0.3，ρ=7.8×103kg/m 3。

试计算位置R 处由于载荷作用而
沿水平方向移动的距离以及支反力，同时，分析各个节点的位移和单元应力。

2、 试件的几何参数
设计报告目录
a=1m
a=1m a=1m b=1m
R
F2=280KN
F1=210KN
第1章概述................................................................................................................... - 3 -
1.1 课程设计的意义、目的..................................................................................................... - 3 - 第2章 ANSYS详细设计步骤........................................................................................ - 3 -
2.1问题分析.............................................................................................................................. - 3 -
2.2基于ANSYS分析的步骤................................................................................................... - 3 -
2.2.1启动ANSYS，进入ANSYS界面........................................................................... - 4 -
2.2.2定义工作文件名和分析标题.................................................................................... - 4 -
2.2.3设定分析类型............................................................................................................ - 4 -
2.2.4选择单元类型............................................................................................................ - 4 -
2.2.5定义实常数................................................................................................................ - 5 -
2.2.6定义力学参数............................................................................................................ - 5 -
2.2.7存盘............................................................................................................................ - 6 -
2.2.8创立关键点先、线.................................................................................................... - 6 -
2.2.9设置、划分网格........................................................................................................ - 8 -
2.2.10施加荷载并求解.................................................................................................... - 10 - 第3章设计结果及分析............................................................................................. - 13 -
3.1显示桁架变形图................................................................................................................. - 13 -
3.2列表显示节点解................................................................................................................. - 14 -
3.3上述分析对应的命令流如下：......................................................................................... - 15 - 结论............................................................................................................................... - 17 - 心得体会....................................................................................................................... - 17 - 参考文献....................................................................................................................... - 18 -
设计报告
第1章概述
1.1 课程设计的意义、目的
1〕ANSYS模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性〔固有频率和振型〕，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷的重要参数，也可作为其他动力学分析的起点，是进行谱分析或模态叠加法普响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

模态分析在动力学分析过程中必不可少的一个步骤，在谱响应分析、瞬态动力学分析的分析过程中均要求先进行模态分析才能进行其他步骤。

2〕根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容；通过调试典型例题或习题积累调试ANSYS程序的经验；通过完成课程设计中中的编程题，逐渐培养学生的编程能力、用ANSYS解决实际问题的能力。

第2章 ANSYS详细设计步骤
2.1问题分析
1、小型铁路桥由横截面积为3250mm2的钢制杆件组装而成。

一辆火车停在桥上，
其载荷施加在桥梁两侧的桁架上，单侧的桁架如图2所示，等效载荷为F1，F2，
EX=2.1×105MPa，μ=0.3，ρ=7.8×103kg/m3。

试计算位置R处由于载荷作用而
沿水平方向移动的距离以及支反力，同时，分析各个节点的位移和单元应力。

2.2基于ANSYS分析的步骤
2.2.1启动ANSYS，进入ANSYS界面
2.2.2定义工作文件名和分析标题
（1）GUI：Utility Menu> Jobname
执行该命令后在弹出的【Change Jobname】对话框输入Truss作为工作文件名，单击OK。

（2）GUI：Utility Menu> Title
在弹出的【Enter new title】设置框中输入“Truss Model〞作为分析标题，单OK按钮，关闭对话框。

（3）GUI：Utility Menu>Plot>Replot
单击该按钮，所命名的分析标题会出现在图形窗口左下角。

2.2.3设定分析类型
（1）GUI：Main Menu>Preferences
在弹出的对话框中选择分析类型，选择Structural，单击OK。

如图2-1所示。

2-1
2.2.4选择单元类型
（1）GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete
弹出【Element Types】对话框。

（2）单击Add…弹出【Library of Element Type】对话框。

（3）在【Library of Element Type】选择栏中选择【Structural Link】选项，然后在其右侧选择栏中选择【3D fibit stn 180】选项，单击OK按钮，确认选择，关闭对话框。

（4）单击Close按钮，关闭【Element Types】对话框。

2.2.5定义实常数
（1）GUI：Main Menu>preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete
弹出【Real Constant】对话框。

（2）单击Add…按钮，弹出【Real Constant Set Number 1，for LINK180】对话框，如图2-2所示。

2-2
（3）在【AREA】设置框中输入“1〞，单击OK，确认输入，关闭对话框。

2.2.6定义力学参数
（1）GUI：Main Menu>preprocessor>Material props>Material library>Material Models
（2）弹出【Define Material Available】窗口。

（3）在【Material Models Available】选择栏中Structural>Linear>Elastic>Isotropic 命令，弹出【Linear Isotropic Properties for Material Number 1】对话框，如图2-3所示。

2-3
（4）在【EX】设置框中输入“2.1e11〞，在【PRXY】一栏输入“0.3〞。

（5）单击OK，确认输入，关闭对话框。

（6）在【Define Material Model Behavior】窗口中选择Exit命令，推出定义材料属性的窗口。

2.2.7存盘
（1）GUI：Ansys Toolbar>SA VE_DB
2.2.8创立关键点先、线
（1）GUI：Mian Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS 执行该命令后，弹出【Create Keypoints in Active Coordinate System】对话框。

（2）在【Keypoint number】设置框中输入“1〞，在【Location in active CS】设置框中输入关键点坐标“0，0，0〞，单击Apply按钮，生成关键点1。

2-4
（3）同理生成关键点2，3，4。

（4）在【Keypoint number】输入框中输入5，在【Location in active CS】设置框中分别输入关键点坐标“1.5，3.118，0〞生成关键点5，同理生成关键点6，7。

2-5
（5）GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>In Active Coord 弹出【Lines in Active Coord】面板。

（6）在图形窗口拾取关键点〔1〕〔2〕，单击Apply按钮生成L1。

（7）同理由关键点〔2〕〔3〕，生成L2，由〔3〕〔4〕生成L3，由〔4〕〔5〕生成L4，由〔5〕〔6〕生成L5，由〔6〕〔7〕生成L6，由〔7〕〔1〕生成L7，由〔7〕〔2〕生成L8，由〔2〕〔6〕生成L9，由〔6〕〔3〕生成L10，由〔3〕〔5〕生成L11，如图2-6。

2-6
2.2.9设置、划分网格
（1）GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Contrls>Manualsize>Lines>All Lines，弹出【Elements Sizes on All Selected Lines】对话框。

〔2〕在【NDIV】、【SPACE】设置框中分别输入“1〞单击OK按钮，确认输入，关闭对话框，如图2-7，2-8。

2-7
2-8
（2）GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Lines 弹出【Mesh Lines】面板。

〔4〕单击pick all 按钮，划分网格，生成有限元模型，如图2-9。

2-9
2.2.10施加荷载并求解
（1）GUI：MainMenu>Solution>Define Loads>Aplly>Structural>Displacement>On Keypoints
弹出【Apply U，ROT on KPs】面板。

〔2〕在图像窗口拾取关键点〔1〕〔4〕，单击apply按钮，弹出【Aplly U，ROT on KPs】对话框。

〔3〕在【DOFs to be constrained】选择栏选择【UX】、【UY】,单击apply按钮，对关键点〔1〕〔4〕施加位移约束，如图2-10，2-11。

2-10 2-11
（3）GUI：Mean Menu >Solution>Define Loads>Apply>structural>Force/Moment>On Keypoints
弹出【Apply F/M on KPs】面板。

〔5〕在图形窗口拾取关键点〔2〕〔3〕，单击apply按钮，弹出【Apply F/M on KPs】对话框。

〔6〕在【Lab】下拉列表中选择【FY】选项，在【V ALUE】设置框中输入“-210000〞，和“-280000〞单击apply按钮。

关闭窗口，如图2-12，2-13所示。

2-12
2-13
（8）在命令流窗口输入“solve〞并回车确认，如图2-14所示，求解有限元模型。

2-14
第3章设计结果及分析
3.1显示桁架变形图
GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape
在弹出的窗口中选择Def+underformed，单击OK。

加载变形后的效果图和未加载前的效果图显示在绘图区域，如图2-15。

2-15
3.2列表显示节点解
GUI：Main Menu>General Postproc>List Result>Nodal Solution
执行该命令后弹出一个对话框，可显示所有位移解，单击DOF Solution，选择Displacement vector sum，单击OK，系统将列出各节点的各方向及总位移，并显示最大位移量的节点编号，如图2-16。

2-16 3.3上述分析对应的命令流如下：
/COM, Structural
/PREP7
ET,1,LINK180
R,1,1, ,
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.1e11
MPDATA,PRXY,1,,0.3
K,1,0,0,0,
K,2,1,0,0,
K,3,2,0,0,
K,4,3,0,0,
K,5,0.5,1,0,
K,6,1.5,1,0,
K,7,2.5,1,0,
K,7,2.5,1,0,
L, 1, 2
L, 2, 3
L, 3, 4
L, 4, 7
L, 7, 6
L, 6, 5
L, 5, 1
L, 5, 2
L, 2, 6
L, 6, 3
L, 3, 7
LESIZE,ALL, , ,1,1,1, , ,1, FLST,2,11,4,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,-11
LMESH,P51X
FINISH
/SOL
FLST,2,2,3,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,4
/GO
DK,P51X, , , ,0,UX,UY, , , , , FLST,2,2,3,ORDE,2
FITEM,2,2
FITEM,2,-3
FLST,2,1,3,ORDE,1
FITEM,2,2
/GO
FK,P51X,FY,-210000
FLST,2,1,3,ORDE,1
FITEM,2,3
/GO
FK,P51X,FY,-280000
solve
FINISH
/POST1
PLDISP,1
PLDISP,1
PRNSOL,U,COMP
结论:
ANSYS将有限元分析、计算机图形学和优化技术相组合，是我们解决实际工程问题不可缺少的工具、他的功能、性能、易用、可靠性以及对运行环境的适应性，满足了我们当前需要，ANSYS软件可以与CAD软件很好的结合，它的优点由：
1〕有限元不需要适用于整个物体的插值阐述，而是对每个单元各自插值，故此可以很容易地模拟具有不规那么复杂形状的结构。

2〕整个系统离散为有限个单元，并将整个系统的方程转换成一组线性联立方程。

从而可以用不同方法对其求解。

3〕可以毫无困难的处理一般的载荷。

4〕边界条件不进入单个有限单元的方程，而是在得到整体方程后再参加边界条件，这样，内部和边界单元都能采用相同的场变量模型。

而且当边界条件改变时，内部常变量模型不需要改变。

5〕因为单元方程是单个建立的，所以可以模拟有几种不同材料构成的物体，处理非线性问题，求解非均匀介质。

6〕可处理动态问题。

7〕单元的尺寸大小可以变化，而且改变有限元模型也比拟容易。

8〕处理大变形和非线性材料带来的非线性问题。

心得体会:
通过这次ANSYS课题设计，我们组收获颇丰，在刚开始的学习，我见识到了这款软件的厉害之处，我们的生活有各种结构，但是我们如果用所学的力学知识去求解，会产生很多问题，如：超静定梁，需要用位移法或力法求解，求解过程非常复杂而且费时间，当我学习了有限元和ANSYS分析后，了解到有限元方法不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析方法。

我们组通过选取结构的关键点，建立模型后，施加载荷，运行程序可以清楚地分析到结构在力的作用下，发生的形变。

ANSYS极大地提高了工作效率，是我们这些力学人必备的学习技能。

参考文献
[1]?ANSYS结构分析及实例解析?张朝晖、机械工业出版
[2] ANSYS 11.0有限元分析入门与提高/胡国良, 任继文编著北京:国防工业出版社,2016
[3] ANSYS有限元原理与工程应用实例大全/盛和太, 喻海良, 范训益编著北京:清华大学出版社,2006
[4] ANSYS高级工程应用实例分析与二次开发/阚前华 ... [等] 编著北京:电子工业出版社,2006
[5] ANSYS在土木工程中的应用/李权编著北京:人民邮电出版社,2005
[6] ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用/尚晓江 ... [等] 编著北京:中国水利水电出版社,2006 [7] ANSYS有限元分析实用教程/李黎明编著北京:清华大学出版社,2005
[8] ANSYS工程计算应用教程/李皓月, 周田朋, 刘相新编著北京:中国铁道出版社,2003
[9] ANSYS 7.0高级分析/陈晓霞主编北京:机械工业出版社,2004
[10] ANSYS工程应用/李兵, 陈雪峰, 卓颉编著北京:清华大学出版社,2010
[11]ANSYS工程应用实例解析,龚曙光编,
[12]ANSYS7.0实例分析与应用郝文化编另<ansys8.0工程结构实例分析>赵海峰
[13]使用ANSYS6.0进行有限元分析谭建国主编
[14]精通ANSYS 7.0,清华大学出版社,宋勇编的,
[15]有限单元法根本原理和数值方法，王瑁成编。