框架结构受力的有限元计算

框架结构受力的有限元计算

一、计算目的

1、掌握ANSYS软件的基本几何形体构造、网格划分、边界条件施加等方法。

2、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。

3、利用ANSYS软件对梁结构进行有限元计算。

二、计算设备

PC，ANSYS软件（版本为11.0）

三、计算内容

实例3: 如图框架结构，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：，，在ANSYS

平台上，完成相应的力学分析。

四、计算步骤

1、分析问题。

分析该物理模型可知，所分析结构简单，使用beam：2D elastic即可。以下主要阐述采用梁单元的模型的计算步骤。

2、建立有限元模型。

a)创建工作文件夹并添加标题；

在个人的工作目录下创建一个文件夹，命名为my_first_work，用于保存分析过程中生成的各种文件。

启动ANSYS后，使用菜单“File”——“Change Directory…”将工作目录指向my_first_work文件夹；使用/FILNAME,BEAM命令将文件名改为BEAM，这样分析过程中

生成的文件均以BEAM为前缀。

偏好设定为结构分析，操作如下：

GUI: Main Menu > Preferences > Structural

b)选择单元；

进入单元类型库，操作如下：

GUI: Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add…

对话框左侧选择Beam选项，在右侧列表中选择2D elastic 3选项，然后单击OK按钮。

本步骤也可以用以下命令行形式代替：

/PREP7 ! 进入前处理器

/ET,1,BEAM3 ! 定义BEAM3单元

c)定义实常数；

根据单元类型定义实常数，操作如下：

GUI: Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add/Edit/Delete > Add…

本例中主要定义梁的截面性质，在AREA对应的文本框中输入梁的横截面积6.8e-4

d)定义材料属性；

定义材料属性（弹性模量和泊松比）的操作如下：

GUI: Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear > Elastic > Isotropic

在弹出的对话框中输入材料参数：杨氏模量(EX): 3e11

该步骤也可以使用以下命令实现：

MP,EX,1,3E11

e)创建实体模型；

合理规划模型的坐标可以减少一定的工作量，在本例中，将坐标原点取在梁的固定端，将梁的方向置放为x方向。

1.创建点：

GUI: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS

在NPT对应的文本框中输入点的编号为1，在X,Y,Z对应的文本框中分别输入点的坐标0,0.96,0。同样方式输入编号为2的另一点，坐标为1.44,0,0。编号为3的另一点：0,0,0。

编号为4的另一点：1.44,0,0

以上步骤可以用命令实现：

K,1，，0.96

K,2,1.44

K,3

K,4,1.44

2.连接线：

将上面的两个点连接成线，操作如下：

GUI: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Straight Line

依次拾取1,3；2，4两点，即形成两者之间的连线。

该步骤可以用命令实现：

L,1，3

L,2，4

3、施加约束、载荷并求解。

a)定义约束；

3,4两点具有约束，利用以下操作定义约束：

GUI: Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Keypoints

选择左边的端点，在出现的对话框右边的选框中选择ALL DOF约束所有自由度，点击OK 按钮确定。

b)施加载荷；

GUI: Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes

选择右边的端点，在出现的对话框Lab对应的下拉菜单中选择FX定义X方向的集中力，

在Value对应的文本框中输入力的值为3000。

施加Y方向均布载荷：

ANSYS Main menu:Solution>Define Loads>Apply>Structual>Pressure>On Beam>选取1,2间的单元>Apply>VALI:4167;V ALJ:4167>OK

c）求解

五、结果分析

1、形变前与形变后的效果对比

Fx,Fy方向的内了