ansys梁和橫截面形狀講義

梁分析和橫截面形狀7-PAGE20ANSYS梁分析和橫截面形狀梁的概況梁單元用于生成三維結(jié)構(gòu)的一維理想化數(shù)學(xué)模型。與實體單元和殼單元相比，梁單元可以效率更高的求解。兩種新的有限元應(yīng)變單元，BEAM188和BEAM189，提供了更強(qiáng)大的非線性分析能力，更出色的截面數(shù)據(jù)定義功能和可視化特性。參閱ANSYSElementsReference中關(guān)于BEAM188和BEAM189的描述。何為橫截面？橫截面定義為垂直于梁的軸向的截面形狀。ANSYS提供了有11種常用截面形狀的梁橫截面庫，并支持用戶自定義截面形狀。當(dāng)定義了一個橫截面時，ANSYS建立一個9結(jié)點的數(shù)值模型來確定梁的截面特性（lyy,lzz等），并求解泊松方程得到彎曲特征。下圖是一個標(biāo)準(zhǔn)的Z橫截面，示出了截面的質(zhì)心和剪切中心以及計算的橫截面特性：圖8-1Z向橫截面圖橫截面和用戶自定義截面網(wǎng)格劃分將存儲在橫截面庫文件中。可以用LATT命令將梁橫截面屬性賦給線實體。這樣，橫截面的特性將在用BEAM188或BEAM189對該線劃分網(wǎng)格時包含進(jìn)去。如何生成橫截面用下列步驟生成橫截面：定義截面并與代表相應(yīng)截面形狀的截面號關(guān)聯(lián)。定義截面的幾何特性數(shù)值。ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表橫截面和操作橫截面庫的功能：參閱ANSYSCommandsReference可以得到橫截面命令的完整集合。定義截面并與截面號關(guān)聯(lián)使用SECTYPE命令定義截面。下面的命令將截面號2與定義號的橫截面形狀（圓柱體）關(guān)聯(lián)：命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLIDSECDATA,5,8SECNUM,2GUI:MainMenu>Preprocessor>Settings>-Beam-CommonSectsMainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribs要定義自己的橫截面，使用子形狀（ANSYS提供的形狀集合）MESH。要定義帶特殊特性如lyy和lzz的橫截面，使用子形狀A(yù)SEC。定義橫截面的幾何特性數(shù)值使用SECDATA命令定義橫截面的幾何數(shù)值。下面的命令將用SECTYPE命令定義的尺寸賦值給橫截面。CSOLID形狀有兩個尺寸：半徑和周長上的格柵數(shù)目。命令：SECDATA,4,6GUI:MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSects用BEAM188/BEAM189單元劃分線實體在用BEAM188/BEAM189單元劃分線實體前，要定義一些屬性，包括：要劃分線的梁單元類型生成梁單元的橫截面特性號以梁單元軸向為基準(zhǔn)的橫截面定位生成梁單元的材料特性號使用LATT命令將這些屬性與線實體關(guān)聯(lián)：命令：LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECIDGUI:MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribsMAT與MP命令定義的材料特性相對應(yīng)，材料號由MAT號指定。TYPE與ET命令定義的單元類型相對應(yīng)，類型號由TYPE號指定。KB對應(yīng)于模型中的關(guān)鍵點號。所生成梁單元的橫截面與梁的兩端點和該關(guān)鍵點定義的平面垂直。SECID與SECTYPE命令定義的梁橫截面相對應(yīng)，截面號由SECID號指定。使用梁工具生成橫截面SECTYPE，SECDATA和SECOFFSET命令在GUI的路徑都在梁工具（BEAMTOOL）中。梁工具的樣式取決于所選擇的梁橫截面形狀：梁工具的頂部是截面形狀號[SECTYPE]，中部是截面偏移信息[SECOFFSET]，底部是截面幾何形狀信息[SECDATA]。SECDATA命令定義的尺寸圖8-2梁工具（包括橫截面顯示）取決于所選截面形狀?？梢詥螕袅汗ぞ呦碌摹癏elp”獲取所選截面的幫助信息。在SECDATA也有截面形狀尺寸的說明?？刂茩M截面和用戶網(wǎng)格庫通用截面的數(shù)據(jù)，如CHAN和RECT，可以存儲在橫截面庫中。用SECWRITE命令生成、存儲包括用戶劃分網(wǎng)格的截面的橫截面庫。如果在另一個模型中使用橫截面庫，使用SECREAD命令讀入。側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲分析實例（GUI方式）ANSYSStructuralAnalysisGuide第七章詳細(xì)敘述了屈曲分析。本例分析了懸臂梁在末端承受橫向載荷時的行為。問題描述一根直的細(xì)長懸臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加載荷。本模型做特征值屈曲分析，并進(jìn)行非線性載荷和變形研究。研究目標(biāo)為確定梁發(fā)生分支點失穩(wěn)（標(biāo)志為側(cè)向的大位移）的臨界載荷。問題特性參數(shù)本例使用如下材料特性：楊氏模量=1.0X10e4psi泊松比=0.0本例使用如下的幾何特性：L=100inH=5inB=2in本例的載荷為：P=1lb問題示意圖特征值屈曲分析是線性化的計算過程，通常用于彈性結(jié)構(gòu)。屈曲一般發(fā)生在小于特征值屈曲分析得到的臨界載荷時。這種分析比完全的非線性屈曲分析需要的求解時間要少。用戶還可以做非線性載荷和位移研究，這時用弧長法確定臨界載荷。對于更通用的分析，一般要進(jìn)行崩潰分析。在模型中有缺陷時一定要做非線性崩潰分析，因為此時模型不會表現(xiàn)出屈曲?？梢酝ㄟ^使用特征值分析求解的特征向量來添加缺陷。特征向量是最接近于實際屈曲模態(tài)在預(yù)測值。添加的缺陷應(yīng)該比梁的標(biāo)準(zhǔn)厚度要小。缺陷刪除了載荷-位移曲線的突變部分。通常情況下，缺陷最大不小于10%的梁厚度。UPGEOM命令在前一步分析的基礎(chǔ)上添加位移并更新變形的幾何特征。第一步：設(shè)置分析名稱和圖形選項選擇菜單UtilityMenu>File>ChangeTitle。輸入“LateralTorsionalBucklingAnalysis”并單擊OK。確認(rèn)PowerGraphics正在運(yùn)行。選擇菜單UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Hidden-LineOptions。確認(rèn)PowerGraphics選項打開并單擊OK。將GraphicalSolutionTracking打開。選擇菜單MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>GrphSoluTrack并確認(rèn)對話框中radio按鈕設(shè)置為ON。單擊OK。生成屈曲分析圖的輸出文件。選擇菜單UtilityMenu>PlotCtrls>RedirectPlots>ToGRPHFile。將文件名改為buckle.grph并單擊OK。第二步：定義幾何模型進(jìn)入前處理器并生成梁的關(guān)鍵點。選擇菜單MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>InActiveCS，然后輸入下列關(guān)鍵點號和坐標(biāo)值：關(guān)鍵點號：1坐標(biāo)值：0，0，0關(guān)鍵點號：2坐標(biāo)值：100，0，0關(guān)鍵點號：3坐標(biāo)值：50，5，0在關(guān)鍵點1和2之間生成一條直線。選擇菜單MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>StraightLine。將彈出生成直線對話框。在圖形窗口選擇關(guān)鍵點1和2并單擊OK。存儲模型。選擇菜單UtilityMenu>File>SaveAs。在“SaveDatabaseto”對話框中輸入buckle.db作為文件名并單擊OK。第三步：定義單元類型和橫截面信息選擇菜單MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。將彈出單元類型對話框。單擊Add。將出現(xiàn)單元類型庫對話框。在左列選擇“StructuralBeam”。在右列選擇“3Dfinitestrain,3node189”以選中BEAM189。單擊OK，然后的單元類型對話框中單擊Close。定義梁的矩形截面。選擇菜單MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSects。將出現(xiàn)梁工具對話框。缺省時ANSYS將截面號設(shè)置為1，將子類型設(shè)置為RECT（在子類型處圖示一個矩形）。因為要生成一個矩形橫截面，在子類型處不作修改。在梁工具對話框的底部，可以看到橫截面形狀和尺寸的圖示。在B標(biāo)志的部分輸入0.2作為橫截面的寬度；在H標(biāo)志的部分輸入5.0作為橫截面的高度。單擊OK確定設(shè)置。列出當(dāng)前截面特性。選擇菜單MainMenu>Preprocessor>Sections>ListSections。ANSYS缺省選擇特性號1。單擊OK顯示橫截面信息。在瀏覽過以后，在SLIST窗口單擊Close。第四步：定義材料特性并定位結(jié)點選擇菜單MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>-Constant-Isotropic。單擊OK確認(rèn)材料號為1。將出現(xiàn)各向同性材料特性對話框。在楊氏模量框輸入1E4。在泊松比(miinor))處輸入0..0，并單單擊OK。選擇菜單UtiilityyMennu>Seelectt>Enttitiees來選擇擇線。選擇擇下列選項項：Linnes，ByNNum/PPick，F(xiàn)rommFulll并單擊OK。出現(xiàn)選擇線對話話框。在圖圖形窗口單單擊線實體體。在對話話框中單擊擊OK。作為線的屬性定定義結(jié)點定定位。選擇擇菜單MaainMMenu>>Prepproceessorr>-Atttribbutess-Deffine>>AllLinees。單擊擊PickkOriientaationnKeyypoinntraadio按按鈕旁邊的的radiio按鈕將將其改變?yōu)闉閅es并單單擊OK。ANSYYS將材料特特性號指向向1，將單元元類型號指指向1并將截面面特性號指指向1。出現(xiàn)線屬性對話話框。在圖圖形窗口選選擇關(guān)鍵點點3并在對話話框中單擊擊OK。存儲模型。選擇擇菜單UttilittyMeenu>FFile>>SaveeAs。選選擇OK，當(dāng)ANSYYS詢問是否否覆蓋時，單單擊OK。第五步步：對線劃劃分網(wǎng)格并并確認(rèn)梁的的定位定義網(wǎng)格大小和和分段數(shù)。選選擇菜單MMainMenuu>Preeproccessoor>-MMeshiing-SSizeCntrrls>--Linees-AlllLiines。在在No.OfEElemeentDDivissionss框中輸入10并單擊OK。對線劃分網(wǎng)格。選選擇菜單MMainMenuu>Preeproccessoor>-MMeshiing-MMesh>>Linees。確認(rèn)認(rèn)在“MeshhLinnes”對話框中中Pickk和Singgle選定定，然后在在圖形窗口口選擇線。在在對話框中中單擊OK對線劃分分網(wǎng)格。旋轉(zhuǎn)劃分好網(wǎng)格格的線。選選擇菜單UUtiliityMMenu>>PlottCtrlls>Paan,Zoom,Rootatee。彈出Paan,Zooom,RRotatte對話框框。選擇ISO并單擊Cllose。圖圖形窗口中中梁將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。確認(rèn)梁的定位。選選擇菜單UUtiliityMMenu>>PlottCtrlls>Sttyle>>Size&Shhape。選選擇/ESHHAPE旁邊的raadio按按鈕并單擊擊OK。顯示橫截面形狀狀。選擇菜菜單MaiinMeenu>PPreprrocesssor>>Secttionss>PlotSeectioon并單擊OK。重新顯示網(wǎng)格。選選擇菜單UUtiliityMMenu>>Plott>Eleementts。第六步步：定義邊邊界條件定義固定端的邊邊界條件。選選擇菜單MMainMenuu>Sollutioon>-LLoadss-Appply>--Struucturral-DDispllacemment>>OnKKeypoointss。將彈出出AppllyU,,ROTonKKPs對話話框。定義關(guān)鍵點1為為固定端。在ANSYS輸入窗口，輸入1并回車，然后單擊OK。在對話框中選擇擇“AllDOF”，然后單單擊OK。在ANSYYS圖形窗口口將顯示邊邊界條件。在自由端施加集集中力。選選擇菜單MMainMenuu>Sollutioon>-LLoadss-Appply>--Struucturral-FForcee/Momment>>OnKKeypoointss。將出現(xiàn)現(xiàn)AppllyF//MonnKPss對話框。定義關(guān)鍵點2為為自由端。在ANSYS輸入窗口，輸入2并回車，然后單擊OK。在Directiionooffoorce//mom框框中選擇FY。在數(shù)值處輸入11并單擊OK。在ANSYYS圖形窗口口將出現(xiàn)集集中力標(biāo)志志。存儲模型。選擇擇菜單UttilittyMeenu>FFile>>SaveeAs。選選擇OK，當(dāng)ANSYYS詢問是否否覆蓋時，單單擊Yess。選擇菜單MaiinMeenu>FFinissh。第七步步：作特征征值屈曲分分析進(jìn)入時序后處理理器。選擇擇菜單TiimeHiistPPostppro>DDefinneVaariabbles。TIME變量是缺缺省的。選選擇Cloose。設(shè)置分析選項。選選擇菜單MMainMenuu>Sollutioon>AnnalyssisOOptioons。將將彈出Sttaticc或Steaady-SStateeAnaalysiis對話框框。生成應(yīng)力-剛度度矩陣，存存儲起來在在后續(xù)的特特征值屈曲曲分析中使使用。在SStressssttiffnnessorppresttresss框中，選選擇“PresstresssONN”。定義分析求解方方法為spparseesollver。在在Equaationnsollver框框中選擇SSparssesoolverr。單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>-Sollve-CCurreentLLS。瀏覽/STAAT命令窗口口中的內(nèi)容容，然后單單擊OK開始求解解。當(dāng)“SolutioonissDonne!”窗口出現(xiàn)現(xiàn)時，單擊擊Closse關(guān)閉窗窗口。選擇菜單MaiinMeenu>FFinissh。選擇菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>-AnaalysiisTyype-NNewAAnalyysis。選擇“EigenBBucklling”選項，然然后單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>AnallysissOpttionss。將彈出出特征值屈屈曲選項對對話框。選選擇BloockLLanczzos方法法。在模態(tài)態(tài)數(shù)目框中中輸入4，然后單單擊OK。在MXPAND命命令設(shè)置EElemeentCCalcuulatiionKKey。選選擇菜單MMainMenuu>Sollutioon>-LLoadSteppOptts-ExxpanssionPPass>>ExpaandMModess。在擴(kuò)展模態(tài)對話話框中，輸輸入4作為模態(tài)態(tài)數(shù)，將CCalcuulateeeleemreesultts框由No改為Yess，然后單單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>-Sollve-CCurreentLLS。瀏覽/STAAT命令窗口口中的內(nèi)容容，然后單單擊OK開始求解解。當(dāng)“SolutioonissDonne!”窗口出現(xiàn)現(xiàn)時，單擊擊Closse關(guān)閉窗窗口。選擇菜單UtiilityyMennu>PllotCttrls>>Stylle>Siize&SShapee。確認(rèn)在/ESHHAPE旁邊的raadio按按鈕為ON，然后選選擇OK。在ANSYS輸入入窗口中輸輸入/VIEEW,1,,1,1,,1然后按按回車。在ANSYS輸入入窗口中輸輸入/ANGG,1然后按按回車。顯示求解結(jié)果。選選擇菜單MMainMenuu>GennerallPosstprooc>LiistRResullts>RResulltsSSummaary。當(dāng)當(dāng)查看結(jié)果果完畢后，單單擊Cloose關(guān)閉閉窗口。選擇菜單MaiinMeenu>GGenerralPPostpproc>>ListtRessultss>-ReeadRResullts->>FirsstSeet。繪出梁的第一個個模態(tài)。選選擇菜單MMainMenuu>GennerallPosstprooc>PllotRResullts>DDeforrmedShappe。將彈彈出PlootDeeformmedSShapee對話框。選選擇Deff+unddefeedge并并單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>FFinissh。第八步步：作非線線性屈曲分分析求解引入前面分析中中得到的模模型缺陷計計算結(jié)果。選選擇菜單MMainMenuu>Preeproccessoor>-MModelling--UpdaateGGeom。在在UpdaateGGeomeetry對對話框中，輸輸入0.0002作為為ScallingFacttor，在在loaddsteep框中輸輸入1，在Subbstepp框中輸入1，在Sellectiion框中中輸入fiile.rrst。單單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>-AnaalysiisTyype-NNewAAnalyysis。選擇“Static”選項，單單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>-LoaadSttepOOpts--OutpputCCtrlss>DB//ResuultsFilee，并確認(rèn)認(rèn)選擇了AAllIItemss和Allentiitiess選項，然然后單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>AnallysissOpttionss。設(shè)置Laargedefoormeeffeccts旁邊邊的raddio按鈕鈕為ON，然后后單擊OK。設(shè)定arc-llengtth方法。選選擇菜單MMainMenuu>Sollutioon>LooadSStepOptss>Nonnlineear>AArc-LLengtthOppts。設(shè)設(shè)定Arcc-lenngth方方法為ON，然后單單擊OK。定義本載荷步中中的子步數(shù)數(shù)。選擇菜菜單MaiinMeenu>SSoluttion>>-LoaadSttepOOpts--Timee/Freequennc>TiimeaandSSubstteps。輸輸入100000作為子步步數(shù)并單擊擊OK。設(shè)置求解中斷參參數(shù)。選擇擇菜單MaainMMenu>>Soluutionn>Nonnlineear>AArc-LLengtthOppts。選選擇theeLabb菜單旁邊邊的下拉式式菜單的位位移限制選選項。在最最大位移框框中輸入1.0。在VALL框中輸入入結(jié)點號為為2。選擇DeegreeeofFreeedom旁旁邊的下拉拉菜單為UZ。單擊OK。求解當(dāng)前模型。選選擇菜單MMainMenuu>Sollutioon>-SSolvee-CurrrenttLS。瀏瀏覽/STAAT命令窗口口中的內(nèi)容容，然后單單擊OK開始求解解。同時將將彈出一個個非線性求求解窗口。收收斂圖也將將顯示，并并在幾分鐘鐘內(nèi)完成。當(dāng)“SolutioonissDonne!”窗口出現(xiàn)現(xiàn)時，單擊擊Closse關(guān)閉窗窗口。選擇菜單MaiinMeenu>FFinissh。重畫梁網(wǎng)格。選選擇菜單UUtiliityMMenu>>Plott>Eleementts。定義要從結(jié)果文文件中讀出出的載荷點點位移。選選擇菜單MMainMenuu>TimmeHisstPoostprro>DeefineeVarriablles。當(dāng)當(dāng)出現(xiàn)對話話框時，單單擊OK。當(dāng)彈出AddTimee-HisstoryyVarriablle窗口時時，確認(rèn)NNodallDOFFressult選選項選中，然然后單擊OK。出現(xiàn)DefinneNoodalDataa選擇對對話框。在在圖形窗口口，選擇結(jié)結(jié)點2（梁的右右端結(jié)點）并并單擊OK。出現(xiàn)DefinneNoodalDataa窗口。確確認(rèn)參數(shù)RRef號和和結(jié)點號都都設(shè)置為2。在Useer-sppeciffied框框中輸入TIPLLATDII。選擇UZ平移并單單擊OK。定義從結(jié)果文件件中讀出的的總支反力力。在DeefineeTimme-HiistorryVaariabbles窗窗口選擇AAdd。當(dāng)AddTimme-HiistorryVaariabble窗窗口出現(xiàn)時時，選擇RReacttionforccesrradioo按鈕并選選擇OK。出現(xiàn)DefinneNoodalDataa選擇對話話框。在ANSYYS輸入窗口口中輸入1（梁的左左端結(jié)點）并并選擇OK。單擊Cllose關(guān)關(guān)閉對話框框。出現(xiàn)DefinneReeactiionFForceeVarriablle窗口口。確認(rèn)參參數(shù)Reff號設(shè)置為3，結(jié)點號號設(shè)置為1。選擇SttructtForrceFFY選項并并單擊OK。選擇菜單MaiinMeenu>TTimeHHistPosttpro>>MathhOpeeratoors>Multiplly。在MulltipllyTiime-HHistooryVVariaabless窗口，在在結(jié)果框中中輸入4作為參考考號，輸入入-1.0在1stFacttor框框，在1sstVaariabble框中中輸入3，單擊OK。顯示X變量。選擇菜單單MainnMennu>TiimeHiistPPostppro>SSettiings>>Graph。在在Singglevvariaableno.框框輸入2并單擊OK。繪出載荷和位移移關(guān)系曲線線以確定特特征值法計計算出的臨臨界載荷。選選擇菜單MMainMenuu>TimmeHisstPoostprro>GrraphVariiablees。在1sttvarriablletoograaph框中中輸入1。列出變量隨時間間的變化曲曲線。選擇擇菜單MaainMMenu>