簡支梁的有限元分析過程

1、目 錄、八 、,刖言目前，在工程領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的數(shù)值模擬方法是有限單元 法，它不但可以解決固體力學(xué)及結(jié)構(gòu)分析方面的問題，而且應(yīng)用 于傳熱學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域,其計算結(jié)果已成為各類工 業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和性能分析的可靠依據(jù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、機械 制造、建筑設(shè)計、石油化工等領(lǐng)域。有限元分析(FiniteElement Analysis,FEA)是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬。利用簡單 而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼 近無限未知量的真實系統(tǒng)。有限元方法是一種應(yīng)用十分廣泛的數(shù) 值分析方法，也是工程科學(xué)的重要工具，其重要性僅次于數(shù)學(xué)。復(fù)雜的工程

2、問題需要借助計算機得到滿足一定精度要求的數(shù) 值結(jié)果。本次課設(shè)所采用的是 CAE軟件的ANSYS命令，它是 目前國際上應(yīng)用最廣泛的有限元軟件。通過本次現(xiàn)代設(shè)計方法課程設(shè)計，學(xué)習(xí)有限元分析方法及 ANSYS命令，了解并掌握利用CAE軟件的ANSYS命令進(jìn)行連 桿，珩架，梁等的力學(xué)分析，將理論與實際工作結(jié)合，并最終達(dá) 到能夠獨立對梁，桿等進(jìn)行有限元內(nèi)力分析。本設(shè)計的研究對象 是一簡支梁。物理模型教程3:平面梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算問題闡述有一簡支梁結(jié)構(gòu)如圖所示，其中，M=10KN.M，q=2KN/m，F(xiàn)=2KN。對該梁進(jìn)行分析，畫出彎矩 圖和剪力圖。q=2KN/mM二汁KNM F2* F二2KN用材料力學(xué)計

3、算所得剪力和彎矩圖如下: 剪力圖：彎矩圖:有限元計算說明將梁劃分為16個單元，17個節(jié)點，用BEAM3來建立單元, 進(jìn)行靜力學(xué)分析交互式的求解過程1. 創(chuàng)建節(jié)點1.1創(chuàng)建梁的各個節(jié)點1. Mai nMenu: Preprocessor Modeling Create NodeIn Active CS。2. 在創(chuàng)建節(jié)點窗口內(nèi)，在NODE后的編輯框內(nèi)輸 入節(jié)點號1,并在X, Y, Z后的編輯框內(nèi)輸入0, 0, 0作為節(jié)點1的坐標(biāo)值。3. 按下該窗口內(nèi)的Apply按鈕。4. 輸入節(jié)點號17,并在X, Y, Z后的編輯框內(nèi)輸 入8, 0, 0作為節(jié)點17的坐標(biāo)值。5. 按下0K按鈕。6. MainMe

4、nu: Preprocessor -Modeling-Create Node Filbetwee nN ds。7. 在圖形窗口內(nèi)，用鼠標(biāo)選擇節(jié)點1和17。8. 按下 Fill betweenNds窗口內(nèi)的 Apply按鈕。9. 按下0K按鈕，完成在節(jié)點1到節(jié)點17之間節(jié) 點的填充。1.2顯示各個節(jié)點1. Utility Menu: Plotctrl Numberings2. 將 Node numbers 項設(shè)置為 On。3. Utility Menu: Plot Nodes4. Utility Menu: List Nodes5. 對出現(xiàn)的窗口不做任何操作，按下 OK按鈕6. 瀏覽節(jié)點信息后，

5、關(guān)閉該信息窗口。2. 定義單元類型和材料特性2.1定義單元類型1. MainMenu: Preprocessor ElementType Add/Edit/Delete2. 按下ElementType窗口內(nèi)的Add按鈕。3. 在單元類型庫中，選擇左側(cè)列表中的BEAM單元家族，及右側(cè)列表中2Delastic3類型。4. 按下0K按鈕完成選擇。5. 按下 Close按鈕關(guān)閉 ElementType窗口。2.2定義材料特性1. MainMenu: Preprocessor MaterialProps Material Models。2. 在材料定義窗口內(nèi)選擇：Structural Lin ear E

6、lastic Isotropic。3. 在EX后的文本框內(nèi)輸入數(shù)值207e5作為彈性模 量。4. 按下0K按鈕完成定義。2.3定義幾何參數(shù)1. MainMenu: Preprocessor RealCon sta nts Add/Edit/Delete2. 按下Real Constants窗口內(nèi)的Add按鈕。3. 按下 Real Con sta nts for Eleme ntType 窗口內(nèi)的 OK按鈕。4. 依次輸入 1, 1, 0.02088, 0.5。5. 按下OK按鈕完成定義。6. 按下 Real Constants窗口內(nèi)的 Close按鈕。3. 創(chuàng)建單元3.1創(chuàng)建單元1. Mai

7、nMenu: Preprocessor Create Elements Auto Numbered Thru Nodes2. 在圖形窗口內(nèi)，用鼠標(biāo)點選節(jié)點1和2。3. 按下按下OK按鈕完成單元1的定義。4. Mai nMenu: Preprocessor ModelCopy Elements Aut o-Numbered。用光標(biāo)選擇單元1,然后點Apply。5. 在ITIME后的編輯框內(nèi)輸入16 （包括被復(fù)制的 單元1）作為要復(fù)制的單元總數(shù)。6. 按下按下OK按鈕完成單元2到單元16的定義。3.2顯示單元資料1. Utility Menu: PlotCtrls Numberings2. 在第一

8、個下拉列表中，選擇 Elements numbers 選項。3. Utility Menu: Plot Elements4. Utility Menu: List Elements Nodes+Attributes5. 瀏覽單元信息后，關(guān)閉該窗口。4. 施加約束和載荷4.1節(jié)點自由度約束1. MainMenu: SolutionDefineLoadsApply Structural Displaceme n On no des2. 用鼠標(biāo)在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點1。3. 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4. 選擇自由度UX和UY，并在VALUE后為其輸 入數(shù)值0。5. 按下Apply按鈕。6. 用

9、鼠標(biāo)在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點13。7. 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。8. 選擇自由度UY，并在VALUE后為其輸入數(shù)值0。9. 按下0K按鈕。4.2施加載荷421施加節(jié)點17處的集中載荷F。1. MainMenu: SolutionDefineLoadLApply Structural Forced Moment On nodes2. 用鼠標(biāo)在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點17。3. 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4. 在第一個下拉列表中選擇FY，并在下面的文本 框內(nèi)輸入其值-2 （向上為丫軸正方向）。5. 按下Apply按鈕。施加節(jié)點9處的彎矩m。1. MainMenu: SolutionDefine

10、LoadLApply Structural Forced Moment On nodes2. 用鼠標(biāo)在圖形窗口內(nèi)選擇節(jié)點9。3. 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4. 在第一個下拉列表中選擇MZ,并在下面的文本 框內(nèi)輸入其值-10 （逆時針為正方向）（對照上面第4步）。5. 按下0K按鈕。施加單元1到單元8上的的分布載荷q。1.MainMenu: SolutionDefineLoads Apply Structural Pressure On Beams2. 用鼠標(biāo)在圖形窗口內(nèi)選擇單元1到單元&3. 按下選擇窗口內(nèi)的Apply按鈕。4. 在LKEY后的文本框內(nèi)輸入數(shù)值1。5. 在VALI和VA

11、LJ后的編輯框內(nèi)分別輸入2,6. 按下0K按鈕。5. 求解5.1定義分析類型1. Main Menu: Solution Anslysis Type New An alysis。2. 選中Static選項。3. 按下0K按鈕。5.2求解1. Main Menu: Solution SolvesCurrentLs。2. 按下 OK 按鈕關(guān)閉 SolveCurrent Load Step窗口。3. 按下Close按鈕關(guān)閉求解結(jié)束后出現(xiàn)的Information 窗口。4. 瀏覽/STATUS Comma nd窗口內(nèi)的信息后，將其 關(guān)閉。6. 后處理6.1顯示梁變形結(jié)果1. MainMenu: Gen

12、eralPostproc PlotResults Con tour Plot Nodal Solu.選擇 DOFSolution 下的 Displacementvectorsum2. 不改變對話框內(nèi)的任何項，按下 OK按鈕。6.2建立單元結(jié)果表創(chuàng)建單元表，計算節(jié)點彎矩。1. MainMenu: GeneralPostproc ElementTable Define Tableo2. 按下 ElementTableData 窗口內(nèi)的 Add按鈕。3. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入IMOMENT。4. 在左側(cè)列表中選擇 Bysequencnum項。5. 右側(cè)列表中選擇SMICS,項。6. 在右側(cè)列表下

13、的文本框內(nèi)輸入 SMICS, 6oI7. 按下Apply按鈕。11 ceilTtliL* I*-【冉I旳 Eff M 料p EM ucrdi*WlhC- 比 LEPEL, LLIlM： I.PPh. LEgIlfrF Ff fIT itfl*Gn Retry ttrin-fiiListiG ru 1.in-n t Hiti-iniaat1 im-10-卻弘亡甲i亡rwtenter 曹吃置輕命亡己ri嘰 ill Se let t xu-ln In 算亠 Se-u I-ELblr 札 心 3血1 EltAKlLSflUF 岸q* irun*flS.8. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入 JMOMENT。9

14、. 重復(fù)上面的步驟4和5。10. 右側(cè)列表下的文本框內(nèi)輸入 SMICS, 12。11. 按下0K按鈕。622創(chuàng)建單元表，計算節(jié)點剪力。1. MainMenu: General Postproc ElementTables Define Tableo2. 按下 ElementTableData 窗口內(nèi)的 Add按鈕。3. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入ISHEAR。4. 在左側(cè)列表中選擇 Bysequencnum項。5. 右側(cè)列表中選擇SMICS,項。6. 右側(cè)列表下的文本框內(nèi)輸入SMICS,2。7. 按下Apply按鈕。8. 在Lab后的文本框內(nèi)輸入JSHEARo9. 重復(fù)上面的步驟4和5o10.

15、右側(cè)列表下的文本框內(nèi)輸入 SMICS, 8。11. 按下0K按鈕。6.3列出所有表格資料列出資料1. MainMenu: General Postproc ListResults ElemeTableData。2. 在 ListElementTable Data 窗口 內(nèi)選擇IMOMENT , JMOMENT , ISHEAR 和 JSHEAR。3. 按下OK按鈕并在瀏覽資料窗口內(nèi)的信息后， 將其關(guān)閉。畫剪力圖1. MainMe nu: Ge neralPostproc PlotResults LinElem Res2. 在第一個下拉列表中選擇ISHEAR，在第二個 下拉列表中選擇JSHEAR

16、o3. 按下0K按鈕。畫彎矩圖1. MainMe nu: Ge neral Postproc PlotResults LinElem Res2. 在第一個下拉列表中選擇IMOMENT，在第二 個下拉列表中選擇JMOMENT o3. 按下0K按鈕。彎矩圖及其相應(yīng)數(shù)據(jù)如下（圖形已經(jīng)過反色處理）：5UD -A TI1II-2 ZHOMirr nxu 址nu: =# i-xraJUOEIECTTANS、；juu & gd g： 3?： J7-J.-77S. 11.144-12.SS7J_333-S.SBS二.百百百孑.V7SANSYSjvk i zca?9r39r00剪力圖及其相應(yīng)數(shù)據(jù)如下:2D41：

17、 8TM35ET3f-LTIVE-iWIM 3=5ttift-R-3-1 22 U2,勺臺臺4. Illill-P 333331.4443,Z1H2KL塁一IMAOZ卑Qsf報衆(zhòng)矣Kao屁尺曲is SSSD OQSO is is so is ss SSCE gi ss S3SE 0i is QSQQ is 3S1*匸亶s s4 si gs1 ai 01 01 Q i 國1 國! 11 01 5S i sG1 3in015h41 g1 s1 01 01V13g5iSi s1國1 s1 1-1 0i 1 s1 3i i ag010z s s 匸I! K)| 0i ts1 01 01 1110 1

18、$ i s 1 Lf1 rl! I zp 1/w11 0 i ra i s1 Lft1Vi (T3 S 玉 s1 GI 01 ffii iSl 5i .i S1 s i M I s |! LT iiI 上圭卄旺遇 SASNPftINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENTSTfiTCURRENTCURRENTCURRENTCUBRENTELEMIMOMENTJMOMENTISHEARJSHEAR2503000000001Zb MM00002533000825000-4 耶56E732100000000125砌10002000012500R.2R678E14953E-13-1750