ANSYS实例分析(三角桁架受力分析 )

三角桁架受力分析
1 问题描述
图1所示为一三角析架受力简图。

图中各杆件通过铰链连接，杆件材料参数及几何参数见表1和表2，析架受集中力F1=5000N, F2=3000N 的作用，求析架各点位移及反作用力。

图1 三角桁架受力分析简图
表1 杆件材料参数
表2 杆件几何参数
2 问题分析
该问题属于析架结构分析问题。

对于一般的析架结构，可通过选择杆单元，并将析架中各杆件的几何信息以杆单元实常数的形式体现出来，从而将分析模型简化为平面模型。

在本例分析过程中选择LINK l 杆单元进行分析求解。

3 求解步骤
3.1 前处理（建立模型及网格划分） 1.定义单元类型及输入实常量
选择Structural Link 2D spar 1单元，步骤如下：
选择Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add Edit/Delete 命令，出现Element Types 对话框，单击Add 按钮，出现Library of Element Types 对话框。

在Library of Element Types 列表框中选择Structural Link 2D spar 1，在Element type reference number 文本框中输入1，单击OK 按钮关闭该对话框。

如图2所示。

E 1/Pa E 2/Pa E 3/Pa ν1 ν2 ν3 2.2E11 6.8E10
2.0E11
0.3
0.26
0.26
L
1/m L 1/m L 1/m A 1/m 2 A 2/m 2 A 3/m 2 0.4 0.5
0.3
6E-4
9E-4
4E-4
图2 单元类型的选择
输入三杆的实常量（横截面积），步骤如下：
选择Main Menu|Preprocessor|Real Constants|Add/Edit/Delete命令，出现Real Constants 对话框，单击Add按钮，出现Element Type for Real Constants对话框，单击OK按钮，出现Real Constant Set Number 1, for LINK1对话框，在Real Constant Set No.文本框中输入1，在Cross-sectional area文本框中输入6E-4，在Initial strain文本框中输入0。

如图3所示。

图3 L1杆横截面积设置
单击Apply按钮，在Real Constant Set No.文本框中输入2，在Cross-sectional area文本框中输入9E-4，在Initial strain文本框中输入0，如图4所示。

图4 L2杆横截面积设置
单击Apply按钮，在Real Constant Set No.文本框中输入3，在Cross-sectional area文本框中输入4E-4，在Initial strain文本框中输入0。

如图5所示。

图5 L3杆横截面积设置
2.定义材料性能参数
对L1、L2、L3的弹性模量及泊松比进行定义，下面只说明L1材料属性定义：
1) 选择Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models命令，出现Define Material Model Behavior对话框。

2) 在Material Models Available一栏中依次单击Structural, Linear,Elastic, Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1对话框，在EX文本框中输入2.2E 11，在PRXY文本框中输入0.3。

如图6所示。

图5 定义L1的材料属性（弹性模量EX及泊松比PRXY）
3.生成几个模型、划分网格
通过关键点生成有限元模型，步骤如下：（自下而上的方式生成模型）
1) 创建关键点。

选择Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Key points|In Active C S
命令，出现Create Key points In Active Coordinate System对话框。

在NPT Key point number：文本框中输入1，在X,Y,Z Location in active CS文本框中分别输入0, 0, 0；单击Apply按钮，NPT Key point number文本框中输入2，在X,Y,Z Location in active CS文本框中分别输入0.4, 00;单击Apply按钮，在NPT Key point number文本框中分别输入3，在X,Y,Z Location in active CS文本框中分别输入0, 0.3, 0。

2) 创建杆模型。

选择Main Menu | Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Lines|In Active CS 命令，出现Lines in Active拾取菜单，在文本框中输入1, 2，单击Apply按钮;在文本框中输入2, 3，单击Apply按钮;在文本框中输入3, 1。

生成的几何模型如图6所示。

划分网格，步骤如下：（只说明L1的划分，L2、L3划分方法与L1相同）
1) 选择Main Menu|Preprocessor|Meshing|Size cntrls|ManualSize|Global令，出现Global Element Sizes对话框，在NDIV No. of element divisions文本框中输入1。

2) 选择Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Default Attribs命令，出现Meshing Attributes对话框，参照图3所示对其进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。

3) 选择Main Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh|Lines命令，出现Mesh Lines拾取菜单，在文本框中输入1。

划分结果如图7所示。

图6 三角桁架的有限元模型
图7 网格划分的结果
3.2 加载求解
1．施加边界条件，L3X、Y方向上位移为零，为边界条件，步骤如下：
选择Main Menu|Solution|Define Loads|Apply Structural|Displacement|On Nodes命令，出现Apply U,ROT on N拾取菜单，在文本框中输入1| 3，单击OK按钮，出现Apply U,ROT on Nodes对话框，参照图3.57对其进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。

2．施加载荷，节点2受到FX及FY的集中力步骤如下：
1) 选择Main Menu | Solution|Define Loads Nodes命令，出现Apply F/M on Apply F/M on Nodes对话框，在Nodes拾取菜单，| Apply|Structural | Force/Moment | On在文本框中输入2，单击OK按钮，出现Apply F/M on Nodes对话框，在Lab Direction of force/mom下拉列表中选择FX，在Apply下拉列表中选择Constant value，在V ALUE Force/moment value文本框中输入5000，图4所示。

2) 单击Apply按钮，在Lab Direction of force/mom下拉列表中选择FY，在Apply as下拉列表中选择Constant value，在V ALUE Force/moment value文本框中输入一3000，单击OK按钮关闭该对话框。

施加载荷及边界条件后模型如图8所示。

3．求解计算，步骤如下：
1 选择Main Menu|Solution|Solve|Current LS命令，出现Solve Current Load Step对话框，单击OK按钮，ANSYS开始求解计算。

图8 施加载荷及边界条件
3.3 后处理（结果查看）
1．查看变形前和变形后的三角桁架，步骤如下：
选择Main Menu|General Post proc|Plot Results|Deformed Shape命令，出现Plot Deformed Shape对话框，在KUND Items to be plotted选项中选择Def+undeformed选项，ANSYS显示窗口将显示变形后和未变形的几何形状，如图9所示。

2．查看位移场值线图，步骤如下：
选择Main Menu|General Postproc|Plot Result|Contour Plot|Nodal Solu命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框。

在Item to be contoured列表框中选择Nodal Solution|DOF solution | Displacement vector sum，单击OK按钮，ANSYS显示窗口将显示位移等值线图，如图10所示。

3．列表查看节点位移计算结果，步骤如下：
选择Main Menu|General Postproc|List Result|Nodal Solution命令，NodalDOFSolution对话框，在Item,Comp Item to be listed列表框中选择DOFsolution出现ListAll DOFs单击OK 按钮，ANSYS显示窗口将显示如图11所示的节点位移计算结果。

4．列表查看节点发作用力计算结果，步骤如下：
选择Main Menu|General Postproc|List Result|Reaction Solu命令，NodalDOFSolution对话框，在LAB Item to be listed列表框中选择All items,单击OK按钮。

计算结果如图11所示。

图9 变形前及变形后的三角桁架
图10 位移场值线图
图10 节点位移计算结果
图11 节点反作用计算结果。