有限元分析(桁架結構)(共11頁)

1、有限元上機分析報告學院： 機械工程 專業(yè)及班級： 機械設計及其自動化08級7班 姓名： 王浩煜 學號： 20082798 題目編號： 2 1. 題目概況1.1 結構組成和基本數(shù)據(jù)結構：該結構為一個六根桿組成的桁架結構，其中四根桿組成了直徑為800cm的正方形，其他兩根桿的兩節(jié)點為四邊形的四個角。材料：該六根桿截面面積均為100cm2，材料均為Q235，彈性模量為200GPa，對于直徑或厚度大于100mm的截面其強度設計值為190Mpa。載荷：結構的左上和左下角被鉸接固定，限制了其在平面內(nèi)x和y方向的位移，右上角受到大小為2000KN的集中載荷。結構的整體狀況如下圖所示：1.2 分析任務該分析的

2、任務是對該結構的靜強度進行校核分析以驗算該結構否滿足強度要求。2. 模型建立2.1 物理模型簡化及其分析由于該結構為桁架結構，故認為每根桿件只會沿著軸線進行拉壓，而不會發(fā)生彎曲和扭轉等變形。結構中每根桿為鉸接連接，有集中載荷作用于最上方的桿和最右方桿的鉸接點。2.2單元選擇及其分析由于該結構的桿可以認為是只受拉壓的桿件，故可以使用LINK180單元，該單元是有著廣泛工程應用的桿單元，它可以用來模擬桁架、纜索、連桿、彈簧等等。這種三維桿單元是桿軸方向的拉壓單元，每個節(jié)點具有三個自由度：沿節(jié)點坐標系X、Y、Z方向的平動。就像鉸接結構一樣，不承受彎矩。輸入的數(shù)據(jù)有：兩個節(jié)點、橫截面面積（AREA）、

3、單位長度的質(zhì)量(ADDMAS)及材料屬性。輸出有：單元節(jié)點位移、節(jié)點的應力應變等等。由此可見，LINK180單元適用于該結構的分析。3.3 模型建立及網(wǎng)格劃分（1）啟動Ansys軟件，選擇PreferencesStructural，即將其他非結構菜單過濾掉。（2）選擇單元類型：選擇PreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAdd，在出現(xiàn)的對話框中選擇Link3d finit stn 180，即LINK180，點擊“OK”（3）選擇實常數(shù)：選擇PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/DeleteAdd，在出現(xiàn)的對話框中的Cross

4、-sectional area中輸入100，點擊“OK”。（4）材料定義：PreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropic，出現(xiàn)以下窗口，在EX即彈性模量處輸入2e7，點擊“OK”。（5）建立線模型：PreprocessorModelingCreateKeypointsIn active CS，由于坐標值在不輸入情況下默認為0，故直接點擊“Apply”則出現(xiàn)坐標為（0，0）的1點，再在X項輸入800，則出現(xiàn)坐標為（80，0）的2點，依次得到坐標為（0，80）和（80，80）的3點和4點最后選擇“O

5、K”。最后可在繪圖區(qū)域看到4個點。選擇PreprocessorModelingCreateLinesStraight Line，選擇點兩點做一條線，完成后圖形如下所示：（6）劃分網(wǎng)格：選擇PreprocessorMeshingMesh AttributesPicked Lines，選擇桁架結構的六根桿點擊“OK”。出現(xiàn)下圖所示對話框，Real Constant Set Number 為1為要求的，故不需修改，直接點擊“OK”。選擇PreprocessorMeshingMeshTool，在Size Control中的global中點擊“Set”進行單元設置，出現(xiàn)下圖所示對話框，在No.of el

6、ement divisions中填入1，即每個桿為一個單元。點擊“OK”。選擇PreprocessorMeshingMeshToolMesh，在彈出的對話框中，選擇“Pick All”，即將所有桿進行單元劃分。此時選擇ListElementsNodes+Attributes，即可列出單元，如下圖：（7）施加載荷：施加約束：選擇SolutionDefined LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes，選擇節(jié)點1和2，在彈出的對話框中選擇ALL DOF，點擊“OK”。施加力：選擇SolutionDefined LoadsApplyStructuralForc

7、e/MomentOn Nodes，輸入數(shù)據(jù)，如下圖所示：荷載施加完成后的圖如下所示：3.計算分析3.1求解選擇SolutionSolveCurrent LS進行求解，求解過程很快結束：選擇PlotCtrlsStyleSize And Shape，出現(xiàn)以下對話框，在Display Of Element Shape Based On Real Constant Descriptions后面的復選框中點擊，則“Off”變?yōu)椤癘n”,此時顯示為實體模型。再選擇General PostprocPlot ResultsDeformed Shape，在彈出的對話框中選擇“Def+undef edge”，點擊

8、“OK”，此時則可顯示出桁架結構變化前后的位置，如下圖：選擇General PostprocList resultsNodal Solution，在彈出的對話框中選擇dispacement vector sum，列出的節(jié)點位移如下（單位為cm）：按照書上例題所計算的公式，將載荷、長度、彈性模量以及面積帶入得到的結果為：節(jié)點1和2的位移為0，節(jié)點3的位移為（0.448，-1.712）cm，節(jié)點4的位移為（-0.352，-1.352）cm，此結果與例題計算結果相符，說明了該計算是正確的。選擇General PostprocPlot ResultsCountour PlotNodal Solu，在彈

9、出的對話框中選擇Nodal SolutionDOF SolutionDisplacement vector sum，即出現(xiàn)桁架桿件的總位移矢量圖，最大位移出現(xiàn)在施加載荷的附近，為22.09cm，如下：3.2 應力和應變分析選擇General PostprocElement TableDefine Table，出現(xiàn)如下對話框，點擊“Add”，出現(xiàn)如下對話框，在User label for item中輸入Axial stress-i，在Item, Comp Results data item中選擇By sequence num，選擇“LS,”并在其后加1，表示節(jié)點i。同樣的添加軸向應變項目，即在U

10、ser label for item中輸入Axial strain-i，在Item, Comp Results data item中選擇By sequence num，選擇“LEPEL,”并在其后加1，表示節(jié)點i點擊“OK”，如下圖所示：（注：sequence num由幫助文件得到，LINK180單元的Sequence numbers如下圖：）選擇General PostprocElement TableList Elem Table，出現(xiàn)對話框：選擇AXISSTRE和AXIALSTR，點擊“OK”，則列出了每個單元節(jié)點i的軸向應力和軸向應變，見下圖：對于桁架桿單元，其應力在整個桿內(nèi)的分布是完全相同的，即節(jié)點j和節(jié)點i相同，對于應變也是如此。所以單元1的應力為0，單元2的應力為11155N/cm2，即111.55Mpa，單元3為88.45Mpa，單元4的應力為88.45Mpa，單元5的應力為125.09Mpa，單元6的應力為157.76Mpa。Q235的抗拉強度為190Mpa，故每根桿的強度均滿足要求