平面桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析報(bào)告

./運(yùn)用ANSYS進(jìn)行平面剛架模擬建模及誤差分析摘要有限單元法〔或稱有限元法是在當(dāng)今工程分析中獲得最廣泛應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法。由于它的通用性和有效性,受到工程技術(shù)界的高度重視。伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)已成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造的重要組成部分。ANSYS軟件是目前世界圍增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程〔CAE軟件,能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件接口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。本文主要分析平面剛架在均布荷載作用下模擬的有限元模型計(jì)算與手工計(jì)算之間的誤差。關(guān)鍵字：ANSYS軟件有限元平面剛架PIANESTEELFRAMEWITHANSYSSIMULATIONMODELINGANDERRORANALYSISABSTRACTFiniteelementmethod<orfiniteelementmethod>isthemostwidelyusedinmodernengineeringanalysisofnumericalcalculationmethod.Becauseofitsversatilityandeffectiveness,attachesgreatimportancetobytheengineeringandtechnology.Alongwiththerapiddevelopmentofcomputerscienceandtechnology,hasnowbecomeacomputeraideddesignandcomputeraidedmanufacturingisanimportantpart.Atpresent,thesoftwareofANSYisthefastestgrowingcomputeraidedengineering<CAE>softwareontheworld,interfacingwiththemajorityofcomputeraideddesignsoftware,realizingthesharingandexchangeofdata.ThispapermainlyanalyzesthemodelofplanarframesoftwareofANSYS.KEYWARDS:softwareofANSYS,finiteelement,planarframe1有限元法簡(jiǎn)介有限元法是一種高效能、常用的數(shù)值計(jì)算方法?？茖W(xué)計(jì)算領(lǐng)域,常常需要求解各類微分方程,而許多微分方程的解析解一般很難得到,使用有限元法將微分方程離散化后,可以編制程序,使用計(jì)算機(jī)輔助求解。有限元法在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的,所以它廣泛地應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場(chǎng)中〔這類場(chǎng)與泛函的極值問題有著緊密的聯(lián)系。自從1969年以來,某些學(xué)者在流體力學(xué)中應(yīng)用加權(quán)余數(shù)法中的迦遼金法<Galerkin>或最小二乘法等同樣獲得了有限元方程,因而有限元法可應(yīng)用于以任何微分方程所描述的各類物理場(chǎng)中,而不再要求這類物理場(chǎng)和泛函的極值問題有所聯(lián)系。2ANSYS軟件簡(jiǎn)介ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析軟件,是世界圍增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程<CAE>軟件,是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ANSYS功能強(qiáng)大,操作簡(jiǎn)單方便,現(xiàn)在已成為國際最流行的有限元分析軟件。目前,中國100多所理工院校均采用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析或者作為標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)軟件。3實(shí)例簡(jiǎn)介3.1問題描述如下圖所示的平面剛架,兩桿均為45a號(hào)工字鋼,A=102QUOTE,截面二次矩I=32240QUOTE,用有限元方法分析該結(jié)構(gòu)的變形,受力節(jié)點(diǎn)的位移,及各桿的軸力、剪力和彎矩,并將所得力圖與手算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)構(gòu)中各個(gè)截面的參數(shù)都為：。4ANSYS結(jié)構(gòu)建模分析4.1定義參數(shù)4.1.1指定工程名和分析標(biāo)題〔1啟動(dòng)ANSYS軟件,選擇File→ChangeJobname命令,彈出如圖所示的對(duì)話框：〔2在對(duì)話框中輸入"dam",同時(shí)把[Newloganderrorfiles]中的復(fù)選框選為yes,單擊確定。4.1.2定義單元類型〔1選擇MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete命令,彈出如圖所示[ElementTypes]對(duì)話框：〔2單擊[ElementTypes]對(duì)話框中的[Add]按鈕,在彈出的如下所示[LibraryofElementTypes]對(duì)話框：〔3選擇左邊文本框中的[Beam]選項(xiàng),右邊文本框中的[2Delastic3]選項(xiàng),單擊確定?！?返回[ElementTypes]對(duì)話框。如下圖所示：<5>單擊[close]按鈕結(jié)束,單元定義完成。4.1.3定義單元常數(shù)〔1在ANSYS程序主界面中選擇MainMenu→Preprocessor→RealConstants→Daa/Edit/Delete命令,彈出如下所示[RealConstants]對(duì)話框：〔2單擊[Add]按鈕,進(jìn)行下一個(gè)[ChooseElementTypes]對(duì)話框,選擇[Beam3]單元,單擊確定,彈出如下對(duì)話框：〔3定義好參數(shù),單擊ok,回到[RealConstants]對(duì)話框,單擊Close。4.1.4定義材料參數(shù)〔1在ANSYS程序主界面,選擇MainMenu→Preprocessor→MaterialPros→MaterialModels命令,彈出如下所示[DefineMaterialBehavior]對(duì)話框：〔2選擇對(duì)話框右側(cè)Structural→Linear→Elastic→Isotropic命令。并單擊[Isotropic]選項(xiàng),接著彈出如下所示[LinearIsotropicProprtiesforMaterialNumber]對(duì)話框：〔3輸入好相應(yīng)的數(shù)字,單擊ok,回到[DefineMaterialBehavior]對(duì)話框,直接關(guān)閉對(duì)話框,至此材料參數(shù)定義完畢。4.2創(chuàng)建幾何模型〔1在ANSYS程序主界面,選擇MainMenu→Preprocessor→Modeling→Creat→Keypoints→InActiveCS命令,彈出如下所示對(duì)話框：〔2創(chuàng)建相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn),單擊OK按鈕,得到相應(yīng)的幾何模型。4.3劃分網(wǎng)格<1>選擇MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool命令,彈出實(shí)體選擇對(duì)話框:<2>在MeshTool→SizeControls→Lines→Set命令,彈出實(shí)體對(duì)話框點(diǎn)擊PickAll→OK,在彈出實(shí)體對(duì)話框如下圖所示,在NDIV中填寫20?！?在MeshTool→Mesh命令,彈出實(shí)體對(duì)話框MeshLines→PickAll,網(wǎng)格已劃分完畢。4.4加載數(shù)據(jù)〔1選擇MainMenu→Preprocessor→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnKeypoints命令,彈出實(shí)體選擇對(duì)話框,在關(guān)鍵點(diǎn)處加載相關(guān)約束如下圖所示?！?選擇MainMenu→Preprocessor→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnNodes命令,彈出實(shí)體選擇對(duì)話框,在關(guān)鍵點(diǎn)處加相應(yīng)荷載如下圖所示。4.5求解〔1選擇MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS命令,彈出如下圖所示窗口,其中[/STATUSCommand]窗口里包括了所要計(jì)算模型的求解信息和荷載信息?！?單擊上圖OK按鈕,程序進(jìn)行計(jì)算。〔3計(jì)算完畢,出現(xiàn)如圖所示對(duì)話框：4.6結(jié)果分析4.6.1顯示變形圖〔1選擇MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→FirstSet命令,讀入最初結(jié)果文件。<2>選擇MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→DeformedShape命令,彈出[PlotDeformedShape]對(duì)話框,如下所示：〔3選擇[Def+undeformed]選項(xiàng),并單擊OK,出現(xiàn)如下最終變形圖。顯示力圖〔軸力圖、剪力圖、彎矩圖選擇ElementTable→DefineTable→Add命令,彈出如下對(duì)話框：然后在SMISC,后面輸入1,點(diǎn)Apply,然后重復(fù)輸入7,2,8,12,完成之后選擇命令PlotResults→ContourPlot→LineElemRes,會(huì)彈出如下對(duì)話框：然后在LabI后面選1,LabJ后面選7,點(diǎn)OK,得到的是軸力圖,選2,8得到的是剪力圖,選6,12得到的是彎矩圖,分別如下圖所示：4.7手算結(jié)果與ansys分析結(jié)果對(duì)比分析手算所得的力圖如下圖所示：4.7.2對(duì)比分析由ANSYS及人工手算所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,可以看出ANSYS軟件計(jì)算結(jié)果的軸力圖和剪力圖跟手算結(jié)果是一樣的,彎矩圖中最大彎矩值也是相等的。某些點(diǎn)處彎矩值可能不一樣,但誤差很小,造成誤差的原因可能是劃分單元的等分不夠。5結(jié)語經(jīng)過近50年特別是近30年的發(fā)展,有限元法的基礎(chǔ)理論和方法已經(jīng)比