有限元分析技術(shù)課程大作業(yè)

1、有限元分析技術(shù)課程大作業(yè)1 工程介紹現(xiàn)需要對(duì)某露天大型玻璃平面舞臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，該鋼結(jié)構(gòu)布置在xy平面內(nèi)。學(xué)生序號(hào)為079，分格的列數(shù)（x向分格）=010+7+5=12，分格的行數(shù)（y向分格）=9+4=13，共有156個(gè)分格。每個(gè)分格x方向尺寸為1m，y方向尺寸為1m。鋼結(jié)構(gòu)的主梁為高160寬100厚14的方鋼管；次梁為直徑60厚10的圓鋼管（單位為毫米），材料均為碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235；該結(jié)構(gòu)固定支撐點(diǎn)位于左右兩端主梁和最中間的次梁的兩端。玻璃采用四點(diǎn)支撐與鋼結(jié)構(gòu)連接（采用四點(diǎn)支撐表明垂直作用于玻璃平面的面載荷將傳遞作用于玻璃所在鋼結(jié)構(gòu)分格四周的節(jié)點(diǎn)處，表現(xiàn)為點(diǎn)載荷；試對(duì)在垂直于玻璃平面方向

2、的2 的面載荷（包括玻璃自重、鋼結(jié)構(gòu)自重、活載荷（人員與演出器械載荷）、風(fēng)載荷等）作用下的舞臺(tái)進(jìn)行有限元分析（每分格面載荷對(duì)于每一支撐點(diǎn)的載荷可等效于0.5的點(diǎn)載荷）。作業(yè)提交的內(nèi)容：（1）屏幕截圖顯示該結(jié)構(gòu)的平面布置結(jié)構(gòu)；（2）該結(jié)構(gòu)每個(gè)支座的支座反力；（3）該結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的最大位移及其所在位置；（4）對(duì)該結(jié)構(gòu)中最危險(xiǎn)單元（桿件）進(jìn)行強(qiáng)度校核。2 有限元模型的建立該鋼結(jié)構(gòu)中每一分格x方向尺寸為1m，y方向尺寸為1m，x方向分格數(shù)量為12，y方向分格數(shù)量為13。該鋼結(jié)構(gòu)由主梁和次梁構(gòu)成，其中主梁為高160mm、寬100mm、厚14mm的方鋼管，次梁為直徑60mm、厚10mm的圓鋼管。由于在該結(jié)構(gòu)中

3、所有構(gòu)件均為梁?jiǎn)卧?，而Ansys程序中提供了多種梁?jiǎn)卧?，以模擬不同場(chǎng)合的應(yīng)用，且對(duì)于每種梁?jiǎn)卧愋投加刑囟ǖ乃惴āＴ诒敬谓＿^(guò)程中，考慮到需要對(duì)該結(jié)構(gòu)中的危險(xiǎn)單元進(jìn)行強(qiáng)度校核，因此，選擇了BEAM188單元類型來(lái)建立本鋼架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行有限元分析。BEAM188為三維線性有限應(yīng)變梁?jiǎn)卧搯卧阼F木辛哥的梁結(jié)構(gòu)理論，考慮了剪切變形的影響，能夠滿足本次分析的需求。以下為基于ANSYS圖形界面(Graphic User Interface , GUI)的菜單操作流程(1) 進(jìn)入ANSYS（設(shè)定工作目錄和工作文件） 程序 ANSYS ANSYS Interactive Working dire

4、ctory（設(shè)置工作目錄） Initial Jobname（設(shè)置工作文件名）:Analysis Run OK(2) 設(shè)置計(jì)算類型ANSYS Main Menu：Preferences Structural OK(3) 定義單元類型ANSYS Main Menu：Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Beam: 3D 2node 188 OK（返回到Element Types窗口） Close(4) 定義材料參數(shù)ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Stru

5、ctural Linear Elastic Isotropic input EX: 2.0E5, PRXY: 0.3(定義泊松比及彈性模量) OK Close（關(guān)閉材料定義窗口）(5)定義梁?jiǎn)卧孛鍭NSYS Main Menu：Preprocessor Sections Beam Common Sections Beam Tool(6) 構(gòu)造梁模型生成舞臺(tái)幾何模型ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active C

6、S：0，0，0 Apply 通過(guò)復(fù)制關(guān)鍵點(diǎn)操作，形成14行13列的關(guān)鍵點(diǎn)。Preprocessor Copy Keypoints 選擇創(chuàng)建的初始點(diǎn) OK Number of copies:13 DX:1000 OKPreprocessor Copy Keypoints Pick All OK Number of copies:14 DY:1000 OKPreprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line 依次連接特征點(diǎn)1、2和1、14，創(chuàng)建兩條直線 OKPreprocessor Copy Lines 選擇水平線段 OK Number of

7、 copies:12 DX :81000 OKPreprocessor Copy Lines 選擇豎直線段 OK Number of copies:13 DY:1000 OKPreprocessor Copy Lines 選擇水平的一條直線 OK Number of copies:14 DY :1000 OKPreprocessor Copy Lines 選擇豎直的一條直線 OK Number of copies:13 DX:1000 OK(7) 為實(shí)體模型分配單元屬性并劃分網(wǎng)格首先，設(shè)置單元長(zhǎng)度（設(shè)置為120mm）Preprocessor Meshing ManualSize Lines A

8、LL Lines Element edge length:200 OK 網(wǎng)格劃分Preprocessor Meshing MeshTool Global Set OK Mesh 選取表示主梁的線 OKPreprocessor Meshing MeshTool Global Set OK Mesh 選取表示次梁的線 OK最后，合并節(jié)點(diǎn)Preprocessor Numbering Ctrls Merge Items Label All ApplyPlotCtrls Style Size and Shape Display of element on(7) 模型加約束ANSYS Main Menu:

9、 Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Nodes 結(jié)構(gòu)固定支撐點(diǎn)位于左右兩端主梁和最中間的次梁的兩端 OK(8) 施加載荷ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints Box選取舞臺(tái)4個(gè)角點(diǎn)的4個(gè)節(jié)點(diǎn) OK select Lab: FZ，Value: -500 OKANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On

10、 Keypoints Box選取舞臺(tái)周邊的46個(gè)節(jié)點(diǎn) OK select Lab: FZ，Value: -1000 OKANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints Box選取舞臺(tái)中央的132個(gè)節(jié)點(diǎn) OK select Lab: FZ，Value: -2000 OK 3 計(jì)算結(jié)果及其分析(1) 計(jì)算分析ANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK(2) 結(jié)果顯示1) 變形結(jié)果ANSYS Main Menu：General Postpr

11、oc Contour Plot Nodal Solu DOF Solution, Displacement vector sum OK從上圖得出該鋼結(jié)構(gòu)在受到z軸負(fù)方向的力作用后，中間部分向z軸負(fù)方向產(chǎn)生變形位移，由此可以得出節(jié)點(diǎn)的最大位移及其所在位置位于中間圓鋼管的中點(diǎn)處，其最大位移為142.051mm.2) 應(yīng)力結(jié)果ANSYS Main Menu：General Postproc Contour Plot Element Solu Stress, von Mises stress OK由應(yīng)力分布圖分別可知，最大應(yīng)力分布在中間圓鋼管和方鋼管的四個(gè)接點(diǎn)處，為615.784MPa，而材料是碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，其屈服極限是為235MPa，那么，該舞臺(tái)的最危險(xiǎn)的桿件不滿足強(qiáng)度要求。所以材料強(qiáng)度不符合要求。3) 支座反力提取支座反力如下圖所示：ANSYS Main Menu：General Postproc List Results