三维实体结构的分析

三维实体结构的分析

一、问题描述

图25所示为一工字钢梁，两端均为固定端，其截面尺寸为，

m d m c m b m a m l 03.0,02.0,2.0,16.0,0.1=====。试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下：

弹性模量（也称杨式模量） E= 206GPa ；泊松比3.0=u ；

材料密度3/7800m kg =ρ；重力加速度2/8.9s m g =；

作用力Fy 作用于梁的上表面沿长度方向中线处，为分布力，其大小Fy=-5000N

三、结果演示 图

25 工字钢结构示意图

使用ASSYS 8。0软件对该工字钢梁进行结构静力

分析，显示其节点位移云图。

四、实训步骤

（一）ASSYS8.0的启动与设置

与实训1第一步骤完全相同，请参考。

（二）单元类型、几何特性及材料特性定义

1定义单元类型。点击主菜单中的

“Preprocessor>Element

Type >Add/Edit/Delete ”，弹

出对话框，点击对话框中的

“Add…”按钮，又弹出一对

话框（图26），选中该对话

框中的“Solid ”和“Brick

8node 45”选项，点击“OK ”，

关闭图26对话框，返回至上

一级对话框，此时，对话框

中出现刚才选中的单元类型：Solid45，如图27所示。点击“Close ”，关闭图27所示对话框。注：Solid45单元用于建立三维实体结构的有限元分析模型，该单元由8个节点组成，每个节点具有X 、Y 、Z 方向的三个移动自由度。

图26单元类型库对话框

图27 单元类型对话框

图28 材料特性参数对话框

2．定义材料特性。点击主菜单中的 “Preprocessor>Material Props >Material Models ”，弹出窗口如图28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”（EX ）文本框中输入：2.06e11，在“泊松比”（PRXY ）文本框中输入：0.3，如图29所示，点击“OK ”按钮，回到上一级对话框，然后，双击右

框中的“Density ”选项，在弹出对话框的“DENS ”一栏中输入材料密度：7800，点击“OK ”按钮关闭对话框。最后，点击图2-31所示窗口右上角“关闭”该窗口。

（三）工字钢三维实体模型的建立

1．生成关键点。图30所示的工字钢梁的横截面由12个关键点连线而成，其各点坐标

分别为：1（-0.08,0,0）、2（0.08,0,0）、3（0.08,0.02,0）、4（0.015,0.02,0）、5（0.015,0.18,0）、6（0.08,0.18,0）、7（0.08,0.20,0）、8（-0.08,0.20,0）、9（-0.08,0.18,0）、10（-0.015,0.18,0）、11（-0.015,0.02,0）、12（-0.08,0.02,0）。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create> 图28 材料特性对话框

图30 节点生成参数输入对话框

Keypoints>In Active CS ”，弹出对话框。在“Keypoint number ”一栏中输入关键点号1，在“XYZ Location”一栏中输入关键点1的坐标（-0.08，0，0），如图30所示，点击“Apply ”按钮，同理将2~12点的坐标输入，此时，在显示窗口上显示所生成的12个关键点的位置。

2．生成直线。点击主菜单中的

“Preprocessor>Modeling>Create >Lines >Lines>StraightLine ”，弹出关键点选择对话框，依次点选关键点1、2，点击“Apply ”按钮，即可生成第一条直线。同理，分别点击2、3；3、4；4、5；5、6；6、7；7、8；8、9；9、10；10、11；11、12；12、1可生成其余11条直线。生成后的组成工字钢梁横截面的直线如图31所示。

3．生成平面。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create >Areas>Arbitrary>By

Lines ”，弹出“直

线选择”对话框，

依次点选1~12

直线，点击“OK ”

按钮关闭对话

框，即可生成工

字钢的横截面。

4．生成三

图31 生成直线显示

图32 面选择对话框

图33 平面拉伸成体的参数设置

维实体。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>>Operate>Extrude>Areas

>Along Normal ”，弹出平面选择对话框32，点选上一步骤生成的平面，点击“OK ”按钮。之后弹出另一对话框33，在“DIST ”一栏中输入：1（工字钢梁的长度），其他保留缺省设置，点击OK 按钮关闭对话框，即可生成工字钢梁的三维实体模型。如图34所示。

（四）网络划

分

1．设定单

元大小。点击

主菜单中的

“Preprocess

or>Meshing>M

eshTool ”,弹

出对话框，在

“Size

Control ”标

签中的Global

一栏点击Set

按钮，弹出 “网格尺寸设置”对话框，在SIZE 一栏中输入：

0.02，其他保留缺省设置，点击OK 按钮关闭对话

框。

2．接着上一步，在图35的划分网格的对话框

中，选中单选框“Hex ”和“Sweep ”，其他保留缺

省设置，然后点击“Sweep ”按钮，弹出体选择对

话框，点选34中的工字钢梁实体，并点击OK 按钮，即可完成对整个实体结构的网格划分，其结果如36所示。

（五）施加载荷

1．施加位移约束。点击主菜单的“Preprecessor>Loads>Define

Loads>Apply>Structuaral>Displacemengt>On Areas

”，弹出面选择对话框，点击该工字梁图34 工字钢梁三维实体模型

图36 划分网格后的工字钢梁模型