桁架的有限元分析w

桁架的有限元分析
问题：已知模型由轨座，桁架以及垫块三个部分组成。

载荷为186吨，加载与距中间400mm 处的轨座上。

材料为Q345钢，密度为33/108.7m kg ⨯，弹性模量为5102⨯MPa ，泊松比为0.3，摩擦系数为0.05。

要求对模型使用ANSYS 进行有限元分析，分析其安全性。

问题分析：模型是对称的，可以简化模型，用模型的四分之一进行ANSYS 有限元分析，可以减少计算量。

需要在两个剖面处施加对称约束，从而保证中间部分不发生位移。

垫块的底部需要添加一个全约束以防止刚体位移。

图1为简化的模型。

图1 模型
建模以及运算
1将模型导入
将所给的模型文件dggl.sat 导入到ANSYS 中，补充完整模型，即添加垫块。

再将模型分割，得到简化后的模型，即图1。

2 划分网格
将轨座和桁架分割成规整的方体，使用映射网格来将轨座和桁架划分成六面体网格，可以得到比较规整的网格。

使用扫掠划分将垫块划分成六面体网格，网格大小设定为15mm。

划分结果如图2。

图2 网格化分
3 设置单元类型
对于实体模型分析，我们可选用8节点SOLID185单元。

整个分析过程有关于非线性接触的问题，所以要设置接触对单元类型。

选择TARGET170和CONTACT174单元。

4接触对创建
使用设置接触对向导Contact Manager来设置。

设置轨座下表面和垫块上表面作为接触面，桁架为两接触面所对应的目标面。

其中轨座与桁架的接触对需设置成绑定接触，以防止发生滑移。

创建的接触对如图3所示。

图3 接触对的创建
图4 边界条件
5 添加约束
施加约束，要在整体模型的中间部分施加对称约束以及对垫块施加全约束，从而保证无刚体位移。

如图4所示。

6 添加载荷
选择距YOZ平面400毫米处的线，加集中载荷力为1860KN，方向为竖直向下，即Y的负向。

加载结果如图5所示。

图5 添加集中力载荷
7 设置材料参数和载荷步
在Material Models中，设置弹性模量EX为2e5(单位为兆帕)，泊松比PRXY 为0.3；材料的密度Density为7.8e-9（单位为千克每立方毫米）；摩擦系数Friction coefficient为0.05。

设置步长为1，30个子步；打开线性搜索开关。

8 计算、保存结果
计算，将最后结果保存。

9 结果分析
在后处理模块中观察其米塞斯应力大小，如图6所示。

观察可以看出米塞斯应力最大处主要在两个地方，一个是在载荷施加处，此处可以不予考虑。

一处是在垫块与桁架接触的地方。

此处最大米塞斯应力点的第一主应力是负值，由此可知第二主应力和第三主应力均问负值，故模型在此处不受压。

分析米塞斯应力时需将这部分去除掉。

修整米塞斯应力分布图，观察可知最大米塞斯应力为2122MPa，远大于345MP（屈服极限值）。

最大位移值为38.224mm，易知其不满足位移要求。

综上分析过程可知该结构不符合安全性要求。

图6 米塞斯应力图。