《有限元教程》_【20例ANSYS经典实例】

(4) 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models → Structural → Linear → Elastic→ Isotropic: EX:3e11 (弹性模量) → OK → 鼠标点击该窗口右上角的“”来关闭该窗口 (5) 定义实常数以确定平面问题的厚度 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add/Edit/Delete →Add →Type 1 Beam3→ OK→Real Constant Set No: 1 (第 1 号实常数), Cross-sectional area:6.8e-4 (梁的横截面积) →OK →Close (6) 生成几何模型 生成节点 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Creat→Nodes→ In Active CS→Node number 1 → X:0,Y:0.96,Z:0 → Apply → Node number 2 → X:1.44,Y:0.96,Z:0 → Apply → Node number 3 → X:0,Y:0,Z:0→Apply→Node number 4 → X:1.44,Y:0,Z:0→OK 生成单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create →Element → Auto Numbered → Thru Nodes → 选择节点 1，2(生成单元 1)→ apply → 选择节点 1， 3(生成单元 2)→ apply →选择节点 2， 4(生成单元 3)→OK (7) 模型施加约束和外载 左边加 X 方向的受力 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Force/Moment → On Nodes → 选择节点 1→ apply →Direction of force: FX →VALUE：3000 → OK→ 上方施加 Y 方向的均布载荷 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply →Structural → Pressure →On Beams → 选取单元 1(节点 1 和节点 2 之间)→ apply →VALI：4167→VALJ：4167→OK 左、右下角节点加约束 ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Structural → Displacement → On Nodes → 选取节点 3 和节点 4 → Apply → Lab:ALL DOF → OK (8) 分析计算 ANSYS Main Menu: Solution → Solve → Current LS → OK → Should the Solve Command be Executed? Y→ Close (Solution is done! ) → 关闭文字窗口 (9) 结果显示 ANSYS Main Menu: General Postproc → Plot Results →Deformed Shape … → Def + Undeformed → OK (返回到 Plot Results) (10) 退出系统 ANSYS Utility Menu: File→ Exit …→ Save Everything→OK (11) 计算结果的验证 与 MATLAB 支反力计算结果一致。
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: 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 (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 → Lines → 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 → Element 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 → Structural → 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 Results → 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
上，完成相应的力学分析。
图 3-19 框架结构受一均布力作用
（a） 节点位移及单元编号
（b） 等效在节点上的外力
图 3-20 单元划分、节点位移及节点上的外载
解答 对该问题进行有限元分析的过程如下。 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): beam3→Run → OK (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preferences… → Structural → OK (3) 选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →beam：2D elastic 3 →OK (返回到 Element Types 窗口) →Close
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) 桥身弦梁(Beam2) 底梁(Beam3)
3.83 106 m4 1.87 106 8.47 106
!%%%%%%%%%% [典型例题]3.3.7(3) %%% end %%%%%
【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 ， P2 和 P3 ，其中 P1= P3=5000 N, P2=10000N，见图 3-23。
!给出材料的弹性模量 !生成 4 个节点,坐标(0,0.96,0)，以下类似
!生成单元(连接 1 号节点和 2 号节点) ，以下类似
!将 3 号节点的位移全部固定 !将 4 号节点的位移全部固定 !在 1 号节点处施加 X 方向的力(3000) !施加均布压力 !结束前处理状态 !进入求解模块 !求解 !结束求解状态 !进入后处理 !显示变形状况 !结束后处理
【ANSYS 算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析 针对【典型例题】3.3.7(1)的模型，即如图 3-19 所示的框架结构，其顶端受均布力作用， 用有限元方法分析该结构的位移。结构中各个截面的参数都为： E 3.0 1011 Pa ，
I 6.5 107 m4 ， A 6.8 104 m2 ，相应的有限元分析模型见图 3-20。在 ANSYS 平台
2.19 103 m2 1.185 103 3.031103
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 → ANSYS → 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
2．完全的命Βιβλιοθήκη Baidu流
!%%%%%%%%%% [典型例题]3.3.7(3) %%% begin %%%%% / PREP7 ET,1,beam3 R,1,6.5e-7,6.8e-4 !进入前处理 !选择单元类型 !给出实常数(横截面积、惯性矩)
MP,EX,1,3e11 N,1,0,0.96,0 N,2,1.44,0.96,0 N,3,0,0,0 N,4,1.44,0,0 E,1,2 E,1,3 E,2,4 D,3,ALL D,4,ALL F,1,FX,3000 SFBEAM,1,1,PRESS,4167 FINISH /SOLU SOLVE FINISH /POST1 PLDISP,1 FINISH