ansys工程實例(4經(jīng)典例子)

1、輸氣管道受力分析（ANSYS建模）任務(wù)和要求：按照輸氣管道的尺寸及載荷情況,要求在ANSYS中建模，完成整個靜力學(xué)分析過程。求出管壁的靜力場分布。要求完成問題分析、求解步驟、程序代碼、結(jié)果描述和總結(jié)五部分。所給的參數(shù)如下：材料參數(shù)：彈性模量E=200Gpa; 泊松比0.26；外徑R=0.6m；內(nèi)徑R=0.4m；壁厚t=0.2m。輸氣管體內(nèi)表面的最大沖擊載荷P為 1Mpa。四.問題求解（一）問題分析 由于管道沿長度方向的尺寸遠(yuǎn)大于管道的直徑，在計算過程中忽略管道的端面效應(yīng)，認(rèn)為在其長度方向無應(yīng)變產(chǎn)生，即可將該問題簡化為平面應(yīng)變問題，選取管道橫截面建立幾何模型進行求解。 （二）求解步驟定義工作文件

2、名選擇Utility MenuFileChang Jobname 出現(xiàn)Change Jobname對話框，在/FILNAM Enter new jobname 輸入欄中輸入工作名LEILIN10074723，并將New log and eror file 設(shè)置為YES，單擊OK按鈕關(guān)閉對話框定義單元類型1)選擇Main MeunPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delte命令，出現(xiàn)Element Type對話框，單擊Add按鈕，出現(xiàn)Library of Element types對話框。2）在Library of Element types復(fù)選框選擇Strctu

3、ral、Solid、Quad 8node 82,在 Element type reference number輸入欄中出入1，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 3. 定義材料性能參數(shù)1）單擊Main MeunPreprocessorMaterial PropsMaterial models出現(xiàn)Define Material Behavion 對話框。選擇依次選擇Structural、Linear、Elastic、Isotropic選項，出現(xiàn)Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1對話框。 2）在EX輸入2e11，在Prxy輸

4、入欄中輸入0.26，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 3）在Define Material Model Behavion 對話框中選擇MaterialExit命令關(guān)閉該對話框。 4.生成幾何模型、劃分網(wǎng)格 1）選擇Main MeunPreprocessorModelingCreateAreasCirclePartailAnnulus出現(xiàn)Part Annulus Circ Area對話框，在WP X文本框中輸入0，在WP Y文本框中輸入0，在Rad1文本框中輸入0.4，在Theate-1文本框中輸入0，在Rad2文本框中輸入0.6，在Theate-2文本框中輸入90，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 2）選

5、擇Utility MenuPlotctrlsStyleColorsReverse Video，設(shè)置顯示顏色。3）選擇Utility MenuPlotAreas，顯示所有面。4) 選擇Main MenuPreprocessorModelingReflectAreas，出現(xiàn)Reflect Areas拾取菜單，單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Reflect Areas對話框，在Ncomp Plane of Symmetry選項中選擇Y-Z plane X單選項，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。5）選擇Main MenuPreprocessorModelingReflectAreas出現(xiàn)Reflect Are

6、as拾取菜單，單擊Pick All按鈕，出現(xiàn)Reflect Areas對話框，在Ncomp Plane of Symmetry選項中選擇X-Z plane Y單選項，其余選項采用默認(rèn)設(shè)置，單擊OK關(guān)閉該對話框。6）選擇Main MeunPreprocessorNumbering CtrlsMerge Items出現(xiàn)Merge Coincident or Equivalently Defined Items，在Label Type of Item to be Merge 下拉列表中選擇all ，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。7）選擇Main MeunPreprocessorNumbering Ctr

7、lsComprss Numbers，在Label Item to be Compressed下來列表中選擇all，單擊OK關(guān)閉該對話框。8）選擇Utility Menuplotareas命令，ansys顯示窗口將顯示所生成的幾何模型。如圖所示。9) 選擇Utility MenuPlotctrlsNumbering命令，出現(xiàn)Plot Numbering Controls 對話框，選中LINE Line Numbers選項，使其錯哦個OFF變?yōu)镺N，其余選項采用默認(rèn)設(shè)置，單擊OK關(guān)閉對話框。10）選擇Utility MenuWorkplaneChange Active CS toGlobal Cy

8、lindrical命令，將當(dāng)前坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為柱坐標(biāo)系。 11）選擇Utility MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第一個下拉列表中選擇Lines，在第二個下拉列表中選擇by Location，在第三欄中選擇X Coordinates單選項，在Min，Max選項中輸入0.5，在第五欄中選擇From Full單選項，單擊OK關(guān)閉該對話框。選擇Main MeunPreprocessorMeshingSize CntrlsManualsizeLinesAll Lines命令，出現(xiàn)Element Sizes on All Selected Lines對

9、話框，在NDIV NO. Of Element Divisions文本框中輸入4，單擊OK關(guān)閉該文本框。選擇Utility MenuSelectEverything命令，選擇所有實體。 14）選擇Utility MenuSelectNtities命令，出現(xiàn)Elect Ntities對話框，在第一個下拉列表中選擇Lines，在第二個下拉列表中選擇by Location，在第三欄中選擇X Coordinates單選項，在Min，Max選項中輸入0.5，在第五欄中選擇Unselect單選項，單擊OK關(guān)閉該對話框。 15）選擇Main MeunPreprocessorMeshingSize Cntrl

10、sManualsizeLinesAll Lines命令，出現(xiàn)Element Sizes on All Selected Lines對話框，在NDIV NO. Of Element Divisions文本框中輸入20，單擊OK關(guān)閉該文本框。選擇Main MeunPreprocessorMeshingMeshAreasFree命令，出現(xiàn)Mesh Areas拾取菜單，單擊Pick All 按鈕關(guān)閉該菜單。選擇Utility MenuSelectEverything命令，選擇所有實體。選擇Utility MenuPlotElements命令，ANSYS顯示窗口將顯示網(wǎng)格劃分結(jié)果，如圖所示。 19）選擇

11、Utility MenufileSave as命令，出現(xiàn)Save Database對話框，在Save Database to 文本中輸入LEILIN10074723-1.db，保存上述操作過程，單擊ok關(guān)閉該對話框。 5.加載求解 1）選擇Main MenuSolusionAnalysis TypeNew Analysis命令，出現(xiàn)New Analysis對話框，選擇分析類型為Static，單擊OK按鈕關(guān)閉給對話框。 2）選擇Main MenuPlotLines命令，顯示所有線段。 3）選擇Main MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第一個下

12、拉列表中選擇Lines，在第二個下拉列表中選擇By Num/Pick，在第三欄中選擇From Full單選項，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Select Lines拾取菜單，在文本框中輸入3，6，10，12 單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。 4）選擇Main MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第一個下拉列表中選擇Nodes，在第二個下拉列表中選擇Attached to，在第三欄中選擇Lines，All 單選項， 在第四欄中選擇From All單選項，單擊OK關(guān)閉該對話框。 5）選擇Main MenuSolusionDefine LoadsApplyStructu

13、ralPressureon Nodes命令，出現(xiàn)Apply PRES on Nodes拾取菜單，單擊Pick All 按鈕，出現(xiàn)Apply PRES on Nodes對話框，參照下圖對其進行設(shè)置，單OKk關(guān)閉該對話框。 6）選擇Main MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第一個下拉列表中選擇Lines，在第二個下拉列表中選擇By Num/Pick，在第三欄中選擇From Full單選項，單擊OK按鈕，出現(xiàn)Select Lines拾取菜單，在文本框中輸入2，9 單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。 7）選擇Main MenuSelectEntities命令

14、，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第一個下拉列表中選擇Nodes，在第二個下拉列表中選擇Attached to，在第三欄中選擇Lines，All 單選項， 在第四欄中選擇From All單選項，單擊OK關(guān)閉該對話框。 8）選擇Main MenuSolusionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes命令，出現(xiàn)Apply U,ROT on N拾取菜單，單擊Pick All 按鈕，出現(xiàn)Apply U,ROT on N對話框，參照下圖對其進行設(shè)置，單OKk關(guān)閉該對話框。 9）選擇Main MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)

15、Selec Entities對話框，在第一個下拉列表中選擇Lines，在第二個下拉列表中選擇By Num/Pick，在第三欄中選擇From Full單選項，單擊OK按鈕，出現(xiàn)select lines拾取菜單，在文本框中輸入4，7 單擊OK按鈕關(guān)閉對話框。 10）選擇Main MenuSelectEntities命令，出現(xiàn)Select Entities對話框，在第一個下拉列表中選擇Nodes，在第二個下拉列表中選擇Attached To，在第三欄中選擇Lines，All 單選項， 在第四欄中選擇From All單選項，單擊OK關(guān)閉該對話框。 11）選擇Main MenuSolusionDefin

16、e LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes命令，出現(xiàn)Apply U,ROT on N拾取菜單，單擊Pick All 按鈕，出現(xiàn)Apply U,ROT on N對話框，在Lab2 DOFs to be Contrained列表框中選擇UY，在Apply as 下拉列表中選擇Constant value，在VALUE Displacement value文本框中輸入0，單擊OK按鈕關(guān)閉該對話框。 12）選擇Utility MenuSelectEverything命令，選擇所有實體。 13）選擇Utility MenuFileSave as命令，出現(xiàn)Save

17、 Database對話框，在Save Database to 文本中輸入LEILIN10074723-2.db，保存上述操作過程，單擊OK關(guān)閉該對話框。 14）選擇Main menuSolutionSolveCurrent LS命令，出現(xiàn)Solve CurrentLoad Step對話框，單擊OK按鈕，ANSYS開始求解計算。 15）求解結(jié)束時，出現(xiàn)Note提示框，單擊Close關(guān)閉該對話框。 16）選擇Utility MenuFileSave As命令，出現(xiàn)Save Database對話框，在Save Database to 文本中輸入LEILIN10074723-3.db，保存上述操作過程

18、，單擊OK關(guān)閉該對話框。6.查看求解結(jié)果 1）選擇Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour TitleNodal Solu命令，出現(xiàn)Controur Nodal Soulution Data對話框，在 Item to becontonred選項框中選擇NodalSolutionDOF solution Displacement Vector SUM，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示位移場等值線圖。如圖所示。 2）選擇Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour plotNodal Solu命令，出現(xiàn)C

19、ontrour Nodal Soulution Data對話框，在 Item to Becontonred選項框中選擇NodalSoulutionStress X-Component of Stress，單擊OK按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示X方向應(yīng)力等值線圖。如圖所示。 3）選擇Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour plotNodal Solu命令，出現(xiàn)Controur Nodal Soulution Data對話框，在 Item to becontonred選項框中選擇Nodal SoulutionStress Y-Component of

20、 Stress，單擊【OK】按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示Y方向應(yīng)力等值線圖。如圖所示。 4）選擇Main MenuGeneral PostprocPlot ResultContour PlotNodal Solu命令，出現(xiàn)Controur Nodal Soulution Data對話框，在 Item to becontonred選項框中選擇Nodal SoulutionStress von Mises stress，單擊【OK】按鈕，ANSYS顯示窗口將顯示等效應(yīng)力等值線圖。如圖所示。 5）選擇Utility MenufileExit命令，出現(xiàn)Exit from ANSYS對話框，選擇Qui

21、t-No Save！選項，單擊ok，關(guān)閉ANSYS。管道支架結(jié)構(gòu)分析一 問題描述該結(jié)構(gòu)用于支撐管道，如圖所示。該結(jié)構(gòu)需要有很好的長時間的支撐性，且在支撐時，變形不能過大，否則會由于支撐力不夠，造成管道變形，嚴(yán)重的話會造成管道的泄露。另外，所用的材料也要滿足屈服條件，設(shè)計時不能造成結(jié)構(gòu)的破壞。如何設(shè)計該支撐的結(jié)構(gòu)和所用的材料成了其中的關(guān)鍵。材料參數(shù)為7E+008，泊松比為0.33，邊界條件為最下端為固定端，載荷為管道所在弧面上，方向為垂直且指向弧面的均布面力。二 求解步驟定義工作文件名Utility Menu->File->Change Jobname 該工作名為yangxin100

22、54554定義單元類型Main Menu -> Preprocessor-> Element Type -> Add/Edit/Delete創(chuàng)建mesh200和brick 20node 95單元。材料參數(shù)設(shè)定 main menu->preferences->選中結(jié)構(gòu)類選項。Main menu->preprocessor->material props->material models->在material models available 分組框中依次選取 structural/linear/elastic/isotropic選項，設(shè)置彈性

23、模量EX=0.7e9,泊松比=0.33。4.生成幾何模型、劃分網(wǎng)格 Main menu->preprocessor->modeling->create->keypoints->in active cs 選項，輸入關(guān)鍵點號和相應(yīng)的坐標(biāo)，如下： No.XYZ1500024500350-50401500501350640300742240864380966320103060011325401254680135662014209001522840164498017469202）連線Main menu->preprocessor->modeling->cr

24、eate->lines->lines->straightline->3) 倒角Main menu->preprocessor->modeling->create->lines->line fillet->.4）對稱Main menu->preprocessor->modeling->reflect->lines->之后將所有面add在一起。如圖所示：5) 劃分網(wǎng)格，定義mesh200單元，Main menu->preprocessor->meshing->meshtool并在size e

25、lement edge length中設(shè)值為1，之后開始mesh。網(wǎng)格如圖1所示：6）沿著已劃分網(wǎng)格的面法向?qū)υ撁嫱侠?，生成三維塊體單元模型。添加三維塊體單元類型。Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 選擇 “Structural Solid” 和 “Brick 20node 95”。設(shè)置在拖拉方向的單元份數(shù)，然后拖拉面:Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Extrude > Elem Ext Opts .輸入VAL

26、1 = 10Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Operate > Extrude > -Areas- Along Normal +設(shè)置DIST = 10。劃分單元如圖2所示：圖1圖25.加載求解1）Main menu->preprocessor->loads->define loads->apply->structural->displacement->on areas->. Areas為Y=-5的那個面，在復(fù)選框中選擇All DOF 2）Main menu->preproc

27、essor->loads->define loads->apply->structural->pressure->on areas-> Areas為六個圓弧面，在value load presvalue輸入1000。 3）求解Main menu ->solution/solve/current LS->.6.查看求解結(jié)果查看變形Main menu->general postproc/plot results/deformed shape 選中def+undeformed 單擊ok如圖：X方向位移：Y方向位移：Z方向位移：總的位移情況：

28、Mises stress下的情況：去掉拐角處單元后的應(yīng)力情況四、結(jié)果描述、從變形上來看該結(jié)構(gòu)：由于結(jié)構(gòu)受到管道給于的壓力，結(jié)構(gòu)的兩側(cè)都被擠向中間。 、從位移上來看該結(jié)構(gòu)：通過X、Y、Z以及總的位移圖來看，最上面的放管道的地方位移較大，而最下面的放管道的地方位移較小。、從應(yīng)力上來看該結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在最下面的拐角處，最小應(yīng)力出現(xiàn)在六個外伸端和下面得固定端。 五、小結(jié) 綜合結(jié)果描述，對該結(jié)構(gòu)提出一些更改的建議，為了減小變形，可以通過在兩個斜體之間增加橫梁，用以抵抗變形。為了使管道的位移小，在滿足需求的條件下，結(jié)構(gòu)的那六個外伸端的位置應(yīng)設(shè)計的盡量低些。為了防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，可以在最下面的拐

29、角處設(shè)計成為弧面，使應(yīng)力分散，不出現(xiàn)應(yīng)力集中。通過圖形看到，在去掉拐角處的單元后，最大應(yīng)力出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的最上端，且最大應(yīng)力減小了30%左右。最小應(yīng)力出現(xiàn)在六個外伸端和下面的固定端，所以可以考慮設(shè)計成為空心，以減小結(jié)構(gòu)重量，但需考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這需要做進一步分析。某椅子的強度和剛度分析（ANSYS建模）一、問題描述有種椅子不是“常規(guī)”的四條腿支撐的結(jié)構(gòu)，而是如圖1-1：圖1-1這樣的結(jié)構(gòu)較美觀，且會有較大的豎向和前后方向的變形，因此比“常規(guī)”的椅子要舒適些，該結(jié)構(gòu)受力是否合理，能否合理利用材料，正是本題目要分析的內(nèi)容。二、幾何模型的簡化和建立椅子板上的圓角和自重對結(jié)果的影響不大，可忽略不計；椅子

30、腿是一個整體，可用梁單元劃分網(wǎng)格，板可用殼單元劃分網(wǎng)格。這樣可減少計算量、提高計算速度而不至于有大的誤差。幾何模型中只需要有腿的軸線和板的中面。建模步驟如下：(1)Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS. 在對話框中輸入椅子腿的關(guān)鍵點坐標(biāo)1(0,0,0);2(0,0,-0.34);3(-0.4,0,-0.38);4(-0.4,0,-0.76);5(0,0,-0.76);6(0,0.2,-0.76)；Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line 順次連

31、接以上關(guān)鍵點；Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLine Fillet 分別選中椅子腿需要倒角的直線，以0.4的半徑倒圓角；Main MenuPreprocessorModelingReflectLines 將全部線段關(guān)于X-Z平面鏡像,至此椅子腿的軸線生成。(2)Utility MenuWork PlaneOffset WP toKeypoints+ 將工作平面移至關(guān)鍵點1, Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsOn Working Plane 在對話框中輸入椅子靠背上的關(guān)鍵點坐標(biāo) (-0.05

32、,0.2,0);(-0.05,0.2,-0.3)Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesArcsThrough 3 KPs 分別拾取3個關(guān)鍵點以創(chuàng)建靠背的上、下弧線邊界；Main MenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraight Line 分別連接相關(guān)的關(guān)鍵點以生成椅子坐席的邊界；Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines 分別拾取三組4條線段生成椅子靠背和坐席；Main MenuPreprocessorModelingOperateB

33、ooleansGlueLines/Areas 將椅子腿軸線的各段線段粘結(jié)在一起，將椅子坐席的兩塊面也粘結(jié)在一起；至此，椅子的幾何模型已建立，如圖2-1圖2-1 幾何模型三、建立有限元模型(1)定義單元類型Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete. 選擇Beam189(1號)和Shell93(2號)單元；Main MenuPreprocessorSectionsBeamCommon Sections. 在Sub Type中選擇空心矩形截面梁，按如下尺寸定義梁截面:W1=0.02;W2=0.03;t1=0.003;t2=0.003;t3=0.

34、003;t4=0.003,將精細(xì)度定為4；Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete. 添加1組實常數(shù)，選擇shell93單元，將TK(I);TK(J);TK(K);TK(L)均設(shè)置為0.005；(2)定義材料屬性Main MenuMaterial PropsMaterial Models. 依次選擇StructuralLinearElasticIsotropic建立材料模型，這里定義典型的碳素鋼和聚氯乙烯工程塑料分別作為椅子腿和板的材料。1號材料EX=210E9;PRXY=0.27作為碳素鋼鋼；2號材料EX=4.5E9;PRXY=0.

35、33作為聚氯乙烯；(3)劃分網(wǎng)格Main MenuPreporcessorMeshingMesh Tool. 在Element Attributes中設(shè)置椅子板的材料號為2，單元號為2，實常數(shù)號為1；椅子腿的材料號為1，單元號為1；在Size Control中將椅子板上單元尺寸定為0.02；在Mesh中選擇Areas，Shape設(shè)置為QuadMapped3or4 sided,對椅子靠背和坐席進行映射網(wǎng)格劃分；選擇Lines,直接對椅子腿軸線剖分網(wǎng)格；Utility MenuPlotCtrlsStyleSize and Shape. 選中/ESHAPE以顯示單元形狀；至此網(wǎng)格劃分已完成，網(wǎng)格如圖

36、3-1。圖3-1 有限元模型四、加載和求解Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Lines 拾取椅子腿軸線與地面接觸的部分，限制All DOF為0；Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralPressure Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralOn Areas 拾取椅子坐席中的平面部分，施加-5000的壓力；拾取椅子靠背，施加1500的壓力（此處取正值時為壓）；這里模擬的是約65Kg體重的人雙腳完全懸空坐于椅子上并以較

37、大的力靠于靠背上的情形。Main MenuSolutionAnalysis TypeSoln Controls. 在Soln Option選項卡中選擇PCG求解器;Main MenuSolutionSolveCurrent LS求解。五、后處理Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu. 選擇DOF SolutionZ-Component of Displacement 繪制豎向位移云圖，如圖5-1，同樣的方法繪制前后方向位移圖，如圖5-2；Utility MenuSelectEntities. 選擇Lines;By

38、Num/Pick,拾取椅子腿對稱的一半；然后選擇Elements;Attached to Lines,選擇已拾取椅子腿上的單元；Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu.選擇StressVon Mises繪制Mises等效應(yīng)力圖，如圖5-3；Utility MenuSelectEntities 選擇Areas;By Num/Pick;拾取椅子靠背和坐席，然后選擇Elements;Attached to Areas選擇板上的單元；Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour

39、PlotNodal Solu.選擇Stress1st Principle Stress繪制第一主應(yīng)力圖，如圖5-4；Utility MenuSelectEntities .選擇Lines;By Num/Pick,拾取椅子腿對稱的一半；Main MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table. 單擊“Add”，在Item中選擇By sequence numSMISC，分別添加item為SMISC2;SMISC15;SMISC1;SMISC14四組單元列表，然后Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour Pl

40、otLine Elem Res. 分別設(shè)置LabI、LabJ為SMISC1、SIMSC14,縮放系數(shù)Fact設(shè)置為1，繪制軸力圖，如圖5-5；同樣的方法，分別設(shè)置LabI、LabJ為SMISC2、SMISC15，縮放系數(shù)Fact設(shè)置為50，繪制關(guān)于Y軸的彎矩圖，如圖5-6。后處理完成。圖5-1 豎向位移圖圖5-2 前后方向位移圖 圖5-3 椅子腿的Mises應(yīng)力圖圖5-4 坐席和靠背中的第一主應(yīng)力圖5-5 椅子腿的軸力圖圖5-6 椅子腿關(guān)于Y軸的彎矩圖六、結(jié)論(1)本次分析的正確性：本問題為對稱結(jié)構(gòu)承受對稱載荷，響應(yīng)應(yīng)有對稱性，從圖5-1、圖5-2和圖5-4可以看出，位移和應(yīng)力的解都是對稱的，

41、符合推斷；圖5-5和圖5-6的內(nèi)力圖中，軸力和彎矩在正負(fù)和數(shù)值上的分布都符合直觀判斷（如彎矩的拋物線形和線性分布）。故可以定性地確定本次分析的解是正確的；(2)椅子強度的討論：椅子腿的材料是碳素鋼，適用Mises強度條件，從圖5-3中可看到最大Mises等效應(yīng)力發(fā)生在接近地面的彎角處，大小為72.4MPa，遠(yuǎn)低于碳素鋼的典型屈服應(yīng)力230MPa；坐席和靠背的材料是聚氯乙烯，應(yīng)該考慮抗拉強度，從圖5-4中可看到最大的第一主應(yīng)力為18MPa,遠(yuǎn)低于抗拉強度50MPa。故椅子在本問題中的載荷（65Kg體重的人雙腳離地坐于坐席上，并用較大的力靠于靠背）下能夠滿足強度要求，且還有很大的承載潛力（約2倍于

42、現(xiàn)有載荷）；(3)椅子變形的討論：從圖5-1和圖5-2中可看到，椅子坐席和靠背的豎向位移和前后方向位移最大分別達(dá)到了10mm和7mm，而椅子腿的豎向位移和前后方向位移最大都在2-3mm,也就是說椅子有一些“軟”，應(yīng)該是比較舒適的。綜上所述，該椅子能夠滿足強度的要求，對材料的利用較充分，也產(chǎn)生了較大的豎向和前后方向的變形，滿足了一定的舒適性要求。在用于滿足一般體重人的需求時，還可改進如下：適當(dāng)減小椅子腿的截面積和壁厚，并倒圓棱線，這樣可節(jié)省碳素鋼的使用，而且加大了椅子腿的變形，可以協(xié)調(diào)與聚氯乙烯坐席和靠背的變形。鋼框架結(jié)構(gòu)在自重和雪載荷下的靜力學(xué)分析任務(wù)和要求：按照鋼框架結(jié)構(gòu)的尺寸和載荷情況，在

43、ANSYS中建立模型，完成整個靜力學(xué)分析過程。求出鋼框架結(jié)構(gòu)的最大平均應(yīng)力和節(jié)點沿x,y,z三個方向的最大變形，通過對結(jié)果的分析處理，為鋼框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供重要的分析數(shù)據(jù)。計算分析時考慮結(jié)構(gòu)的自重和最大雪載荷，結(jié)構(gòu)自重作為慣性力，以加速度的方式施加；雪載荷為豎向分布載荷，借助表面效應(yīng)單元施加。1、原始數(shù)據(jù)(1) 計算模型和坐標(biāo)數(shù)據(jù)鋼框架結(jié)構(gòu)總尺寸為8m×8.4m×7.2m，模型如圖1、圖2所示。 圖1 圖2坐標(biāo)數(shù)據(jù)：坐標(biāo)點 X Y Z 坐標(biāo)點 X Y Z 1 0 0 0 9 5000 7200 0 2 0 5400 0 10 6700 5400 0 3 1600 540

44、0 0 11 6700 7000 0 4 1600 7000 0 12 8400 5400 05 3300 5400 0 13 8400 7000 06 3300 7000 0 14 10000 0 07 5000 0 0 15 10000 5400 08 5000 5400 0(2) 材料數(shù)據(jù)彈性模量E=2.06E5 泊松比=0.3 質(zhì)量密度=7.85E-9(3) 載荷數(shù)據(jù)1、鋼管和梁的重量鋼重量密度=78.5kN/m3 重力加速度 g=9800mm/s22、屋頂雪載荷 P=0.25kN/m2(4) 邊界條件鋼框架結(jié)構(gòu)與地接觸點的三個方向位移和轉(zhuǎn)角全約束。(5) 單元類型、實常數(shù)和截面類型梁

45、單元：Beam 189主立柱：鋼管180×10 Ri=80mm R0=90mm大橫梁：工字鋼210×180×8×20屋頂各梁：工字鋼150×100×6×10屋頂梁支撐：鋼管50×8殼單元：Shell 93 厚度2.5表面效應(yīng)單元：Surf 1542、分析步驟(1)前處理1、選擇單元類型菜單路徑：【Preprocessor】【Element Type】【Add/Edit/Delete】，執(zhí)行選擇單元類型菜單路徑命令，彈出定義單元類型對 話框，單擊Add.按鈕，彈出單元類型庫對話框，然后選擇“Beam 3node 18

46、9”梁單元，單擊OK按鈕。用同樣的方法選擇“Shell 8 node 93”殼單元和“Surface Effect 3D Structural 154”表面效應(yīng)單元，單擊OK按鈕。2、設(shè)置單元實常數(shù)。菜單路徑：【Preprocessor】【Real Constants】【Add/Edit/Delete】，執(zhí)行設(shè)置單元實常數(shù)菜單路徑命令，彈出對話框后，單擊Add.按鈕，選擇“Shell 93”單元，并單擊OK按鈕，彈出定義實常數(shù)對話框，在“TK(I)”中輸入“2.5”，單擊OK按鈕。3、 設(shè)置梁單元截面數(shù)據(jù)。菜單路徑：【Preprocessor】【Sections】【Beam】【Common S

47、ections】,執(zhí)行設(shè)置梁單元截面數(shù)據(jù)菜單路徑命令，彈出對話框后，在“ID”中輸入“1”,在“Sub-Type”中選擇“”（圓管），在“Ri”輸入“80”，在“R0”中輸入“90”，單擊OK按鈕，完成主立柱的梁單元截面數(shù)據(jù)的設(shè)置。用同樣的方法設(shè)置其余梁單元截面數(shù)據(jù)：大橫截面梁：工字型，W1=180，W2=180，W3=210，t1=8，t2=8，t3=20；屋頂各截面梁：工字型，W1=100，W2=100，W3=150，t1=6，t2=6，t3=10；屋頂梁支撐截面：圓管，Ri=17，R0=25；在設(shè)置截面數(shù)據(jù)時，都要改變截面號“ID”的數(shù)字，分別使用“2”、“3”、“4”。4、 設(shè)置材料性

48、能數(shù)據(jù)。菜單路徑：【Preprocessor】【Material Props】【Material Models】，執(zhí)行設(shè)置材料性能數(shù)據(jù)菜單路徑命令，彈出定義材料性能數(shù)據(jù)對話框，選擇右側(cè)材料有關(guān)變量依次雙擊“Structural”“Linear”“Elastic”“Isotropic”,在出現(xiàn)的對話框中，輸入彈性模量“EX=2.06E5”和泊松比“PRXY=0.3”數(shù)值，單擊OK按鈕，然后雙擊“Density”,輸入材料質(zhì)量密度“7.85E-9”，單擊OK按鈕，并退出對話框。5、 建立幾何模型使用如下菜單路徑生成關(guān)鍵點菜單路徑：【Preprocessor】【Modeling】【Create】【K

49、eypoints】【In Active CS】；生成直線菜單路徑：【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Lines】【Lines】【Straight Line】；用線分線菜單路徑：【Preprocessor】【Modeling】【Operate】【Booleans】【Divide】【Line By Line】；復(fù)制關(guān)鍵點菜單路徑：【Preprocessor】【Modeling】【Copy】【Keypoints】；復(fù)制直線菜單路徑：【Preprocessor】【Modeling】【Copy】【Lines】；生成面菜單路徑：【Preprocessor】【Modeling

50、】【Create】【Areas】【Arbitrary】【By Lines】。建立幾何模型步驟：第一步：用生成關(guān)鍵點菜單路徑命令，按順序輸入各關(guān)鍵點坐標(biāo)數(shù)據(jù)。第二步：用生成直線菜單路徑命令，生成各直線。第三步：用分線菜單路徑命令，用3-4，5-6，10-11，12-13直線分別分2-9，9-15斜線，得到兩斜線上四個關(guān)鍵點。第四步：生成屋頂支撐線。第五步：用復(fù)制直線菜單命令，Z向復(fù)制屋頂直線4次，直線距離為-2000。第六步： 用復(fù)制關(guān)鍵點菜單路徑命令，復(fù)制主立柱底關(guān)鍵點，復(fù)制距離為-8000。第七步：生成所有直線，形成整個鋼框架。第八步：最后用生成面菜單路徑命令，畫出屋面。畫出的模型圖如圖3、

51、圖4所示。圖3 框架模型圖4 屋面模型6、給幾何模型賦屬性。菜單路徑：【Preprocessor】【Meshing】【MeshTool】，彈出分網(wǎng)工具菜單，在頂部下拉菜單中選擇“Lines”，然后單擊Set按鈕，選擇框架結(jié)構(gòu)前面立面的3條主立柱直線，單擊Apply按鈕，彈出附屬性對話框，選擇屬性：材料號“MAT”為“1”，實常數(shù)號“REAL”為“1”，單元類型號“TYPE”為“1 Beam189”,截面號“SECT”為“1”，并激活“Pick Orientation Keypoints”，單擊OK按鈕，用鼠標(biāo)在前面立面選擇確定梁單元Z軸方向的“K”點，單擊OK按鈕。用同樣的方法對后面立面3條主

52、立柱直線賦置屬性，只改變確定梁單元Z軸方向的“K”點。用同樣的方法給大橫梁和屋頂各梁賦置屬性，賦置屬性時只改變截面號和選擇不與該梁共線的一點“K”，確定梁單元Z軸方向，以便使各梁擺放位置與設(shè)計一致。7、設(shè)置網(wǎng)格劃分尺寸。 菜單路徑：【Preprocessor】【Meshing】【MeshTool】，單擊線尺寸Set按鈕,用鼠標(biāo)在圖形窗口拾取直線，單擊Apply按鈕，在彈出的對話框“NDIV”中輸入尺寸數(shù)值，單擊OK。主立柱設(shè)置尺寸數(shù)值為“20”，大橫梁和屋頂各梁設(shè)置為“10”，屋頂梁支撐管設(shè)置為“5”。8、幾何模型劃分網(wǎng)格。 菜單路徑：【Preprocessor】【Meshing】【MeshT

53、ool】，在“Mesh”下拉菜單中選擇“Lines”,然后按Mesh,選擇所有直線，單擊OK按鈕，畫出框架立柱和各梁單元模型，如圖5所示。在頂部下拉菜單選擇“Global”,然后單擊Set按鈕，彈出附屬性對話框，選擇屬性：材料號“MAT”為“1”，實常數(shù)號“REAL”為“1”，單元類型號“TYPE”為“2 Shell93”,截面號“SECT”為“NO Section”，單擊OK按鈕。在“Mesh”下拉菜單選擇中選擇“Areas”,在“Shape”菜單中選擇“Quad”和“Free”,然后單擊Mesh按鈕，選擇屋頂面，單擊OK按鈕，畫出屋頂面單元模型，如圖6所示。圖5 框架單元模型圖6 屋頂面單

54、元模型按單元名選擇Shell93單元，【Select】【Entities.】，彈出選擇菜單，在下拉菜單中選擇“Elements”和“By Elem Name”，在文本框中輸入“Shell93”,從全部中選擇，單擊Apply按鈕，然后單擊Plot。選擇與單元連接的點，在選擇菜單下拉菜單中選擇“Nodes”和“Attached to”，然后選中“Elements”, 從全部中選擇， 單擊Apply按鈕，然后單擊Plot。生成表面效應(yīng)單元，【Preprocessor】【Modeling】【Create】【Elements】【Surf/Contact】【Surf Effect】【General Surface】【No Extra Node】，單擊 Pick All選擇所有，用表面效應(yīng)