ANSYS-Bean188-自定义梁截面

2003年6月 陕　西　工　学　院　学　报

J une.2003第19卷第2期 Journal of Shaanxi Institute of Technology Vol.19　No.2

[文章编号]1002-3410(2003)02-0068-03

如何在ANS YS 中实现自定义梁截面

王玉琴

(陕西理工学院土建系,陕西汉中723003)

[摘　要]　通过在ANSYS 中自定义梁、柱截面形状及尺寸,克服了采用ANSYS 梁横截面库中的截面无法划分区格的缺陷,为实际工程计算和研究提供了方便。文中提供了详细的实施方法,可供参考。

[关　键　词]　ANSYS ;　截面;　区格划分

[中图分类号]　TU311.2 [文献标识码]　A

收稿日期:2003-05-03

作者简介:王玉琴(1967—

),女,陕西富平人,陕西理工学院土建系讲师,西安建筑科技大学在读硕士研究生,主要从事钢结构和材料的研究。

结构分析是建筑设计的一个基本要求,随着计算机技术的发展,大型有限元软件已成为结构分析的有力工具。ANSYS 3软件是美国ANSYS 公司研制的一个功能强大的大型有限元分析软件,具有强大的前处理、求解和后处理功能,目前广泛应用于航空航天、核工业、铁道、石油化工、机械制造、水利水电、生物医学、土木工程、家用产品及科学研究等领域。用有限元方法进行结构分析时,要将截面划分为若干个区格,在使用ANSYS 进行计算时,划分截面区格数目的多少,不仅影响计算的精度,也可能影响计算的收敛性。在钢结构中梁、柱截面形状多为工字型、T 型、H 型等,当用ANSYS 软件进行钢结构分析时,ANSYS 提供了梁横截面库,在此截面库中包括了11种常用的截面形状。但是选用ANSYS 截面库提供的截面,无法对该截面的翼缘、腹板进行区格的划分。为此本文采用一种自定义截面形状和尺寸的方法,解决了上述问题,实现了截面区格的划分。具体原则及示例见下述。1　自我定义梁、柱截面

1.1　单元类型的选择

在ANSYS 中有许多单元,如梁单元、壳单元等,用户应根据计算类型、计算方法、材料等,选择单元类型。

1.2　数据输入并计算

(1)输入材料属性:如材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等。

(2)算出并依次输入截面各点坐标值,将输入的点依次用线连结起来并建立面。

1.3　对各个面进行布尔操作

将各个面进行粘接以及分割操作,防止在截面连接处网格划分困难。

1.4　截面区格的划分

其中包括定义网格尺寸和网格划分。根据计算精度和计算工作量确定网格尺寸。网格越密,计算精度越高,但是计算工作量越大。

1.5　模块的保存

将自定义并且划分区格的截面存入事先建立的截面库中,以备日后使用。

1.6　残余应力问题

先定义初应力文件,然后在结构分析中的第一个载荷部中施加残余应力。

通过上述过程就能实现截面区格的划分,使具体结构分析得以顺利进行。

2　建模实例

以工字形梁截面为例,该梁材料为Q235钢,截面尺寸(见图1)为:翼缘宽b =50mm 、厚t1=5mm ;腹板高h 0=90mm 、梁截面高h =100mm 、厚为tw =4.5mm ;材料的弹性模量E =206000N/mm 2,泊松比(即泊松系数)为μ=0.3。具体步骤如下:

图1　

工字梁截面简图2.1　在ANSYS 下创建文档

(1)在根目录下设置截面库文件夹(若在ANSYS6.1[1]中文件名必须为英

文,在ANSYS5.7中可以为中文),如E :\section 。

(2)启动ANSYS ,建立工作文件夹和文件名后(如工作目录为E :\sec 2

tion ,工作文件名为a1),进入ANSYA6.1的用户图形界面。

(3)选择主菜单ANSYS Main Menu 中的Preferences 命令,弹出Preferences

for GU I Filtering 对话框,选择Structural 后单击O K 按钮关闭对话框。

2.2　定义单元

选择主菜单中的Preprocessor |Element Type |Add/Edit/Delete 命令,弹出

单元列表对话框,单击对话框中的Add 按钮,添加单元。弹出选择单元对话框,在此对话框中选择Beam 组中的3D 3node 189选项,即选择了B EAM189单元。单击O K 按钮,再单击Close 按钮关闭对话框。

2.3　设定材料属性

(1)选择主菜单中的Preprocessor |Material Props|Material Models 命令,弹出设置材料属性的对话框。

(2)单击对话框中右边的项目:Structural |Linear |Elastic |Isotropic ,弹出设置弹性模量和泊松系数的对话框。

(3)在对话框中输入材料的弹性模量EX 为“206000”,泊松系数PRXY 为“0.3”,单击O K 按钮,再单击Close 按钮关闭对话框。

2.4　关键点、线、面的创建

(1)选择主菜单中的Preprocessor |Modeling|Create|Keypoints|In Active CS 命令,弹出设置关键点的对话框。

(2)在对话框中依次输入下列16个关键点的编号和坐标,完成每一个关键点,单击Apply 按钮,16个关键点都完成后,单击O K 按钮关闭对话框。各关键点的编号和坐标如下:

1(0,0,0); 2(50,0,0); 3(50,5,0); 4(0,5,0); 5(22.75,5,0);

6(27.25,5,0);7(22.75,95,0);8(27.25,95,0);9(0,95,0);

10(50,95,0);11(50,100,0);12(0,100,0);13(22.75,100,0);

14(27.25,100,0);15(22.75,0,0);16(27.25,0,0)。

(3)创建直线:选择主菜单中的Preprocessor |Modeling|Create |Lines|Lines|Straight Line 命令,弹出拾取对话框。在图形显示区依次选择1、2;2、3;3、4;5、6;6、8;8、7;7、5;9、10;10、11;11、12;12、9关键点,创建直线完成后,单击O K 按钮关闭对话框。

(4)创建面:选择主菜单中的Preprocessor |Modeling|Create |Areas|Arbitrary|By Lines 命令,弹出拾取对话框。在图形显示区依次选择直线,创建面完成后,单击O K 按钮关闭对话框。

2.5　布尔操作

(1)利用粘接运算将各截面连接为整体:选择主菜单中的Preprocessor |Modeling|Operate |Booleans|G lue|Areas 命令,弹出拾取对话框,单击Pick All 按钮,再单击O K 按钮关闭对话框。

(2)创建分隔直线:同2.7,连接关键点7、13;8、14;5、15;6、16。

(3)选择主菜单中的Preprocessor |Modeling|Operate |Booleans|Divide|Area by Line 命令,弹出

・

96・第2期 王玉琴 如何在ANSYS 中实现自定义梁截面