悬臂梁的有限元分析

工程地质数值模拟成绩考核

——昆明理工大学本科生课程

*****

学院：国土资源工程学院

科系：地科系

专业：勘查111

学号：************

2014年11 月8 日

悬臂梁的有限元分析

1.问题概述。

悬臂梁为矩形截面的钢梁，长10m宽1m、高2m，不计梁的自重，弹性模量为220GPa，泊松比为0.2，在悬臂端作用一集中荷载P=1200kN。试分析该悬臂梁的内力和变形情况。

2.启动ANSYS程序。

(1)在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS8.0】/【ConfigureANSYSProducts】选项，打开【ANSYS8.0Launcher】对话框。

(2)选中【FileManagement】选项卡，输入目录名：

“D:\ANSYSFX\zhang1\Exam01\ANSYSjs”，输入项目名：“Z101Beam”。

(3)单击按钮运行程序，进入ANSYS使用界面。

3.定义材料、实常数和单元类型。

(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】（前处理）/【ElementType】/【Add/Edit/Delete】选项，打开单元类型对话框。单击按钮，打开单元类型库对话框，在右侧两个列表框中分别选取【Beam】选项和【2Delastic3】选项（简称为Beam3单元，以后叙述中记为【Beam】-【2Delastic3】单元，类似的情况记法相同），如图1-16所示。单击按钮，再单击【ElementType】对话框中的按钮。

图1-16【LibraryofElementTypes】对话框

(2)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【RealConstants】/【Add/Edit/Delete】选项，打开实常数对话框，如图1-17所示。单击按钮，打开Beam3实常数对话框，按照提示输入相应的面积、惯性矩和梁高参数，如图1-18所示。单击按钮，单击【RealConstants】对话框中的按钮。

图1-17【RealConstants】对话框

图1-18Beam3实常数对话框

(3)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【MaterialProps】/【MaterialModels】选项，打开定义材料本构模型对话框，如图1-19所示。在【MaterialModelsAvailable】分组框中依次选取【Structural】/【Linear】/【Elastic】/【Isotropic】选项，弹出线弹性材料模型对话框，如图1-20所示，按照提示输入弹性模量和泊松比。单击按钮，再关闭定义材料本构模

型对话框即可。

图1-19定义材料本构模型对话框

图1-20线弹性材料模型对话框

4.建立几何模型。

(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Keypoints】/【InActiveCS】选项，弹出在当前坐标系中创建关键点对话框，如图1-21所示。按照提示输入关键点号和相应的坐标，如KP1（0,0,0）、KP2（10,0,0），单击按钮。

图1-21在当前坐标系中创建关键点对话框

(2)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Lines】/【Lines】/【StraightLine】选项，弹出【创建直线】对话框。按照提示用鼠标在图形区域依次选取要创建直线的

两个关键点（KP1和KP2），然后单击按钮。

5.划分网格。

(1)在【ANSYSMainMenu】菜单中依次选取【Preprocessor】/【Meshing】/【SizeControls】/【ManualSize】/【Lines】/【AllLines】选项，弹出单元尺寸对话框，如图1-22所示。在单元边长文本框中输入：“1”，表示每1m划分为一个单元，然后单击按钮。

图1-22单元尺寸对话框

(2)依次选取【Meshing】/【Mesh】/【Lines】选项，弹出【划分单元】对话框，用鼠标在图形区域里选择要划分单元的线，然后单击按钮，划分好的单元图如图1-23所示。

1

1345678910112

X Y

Z NOV 1 2014

16:15:20

ELEMENTS

图1-23单元网格图

6.加载与求解。

(1)在【ANSYSMainMenu 】菜单中依次选取【Solution 】/【DefineLoads 】/【Apply 】/【Structural 】/【Displacement 】/【onNodes 】选项，弹出在节点上应用位移图形选取对话框，用鼠标选取Node1（直线左端第一个节点），单击按钮，打开在节点上应用位移对话框，如图1-24所示。选取【AllDOF 】（所有自由度）选项，并在【位移值】文本框中输入：“0”，表示固定端，单击按钮。

(2)依次选取【Structural 】/【Force/Moment 】/【onNodes 】选项，弹出在节点上加力和力矩图形选取对话框，用鼠标选取Node10（直线右端点，表示悬臂端），单击

按钮，打开在节点上加力和力矩对话框，如图1-25所示。

选取【Fy 】选项并在力和力矩值文本框中输入：“-1200000”，表示y

方向作用一向下的力，单击按钮。加上荷载和位移边界条件后的几何模型如图1-26所示。

图1-24在节点上应用位移对话框

图1-25在节点上加力和力矩对话框